콩고민주공화국의 중앙아프리카 구리광화대에서 수입하는 Cu-Co 광석의 광물학적 특성을 X-선 회절 분석, 2차원 X-선 회절 분석과 전자현미분석에 의하여 연구하였다. 검은색 광석은 코발트 광석광물인 헤테로제나이트와 구리 광석광물인 공작석, 초록색 광석은 공작석으로 주로 구성된다. 헤테로제나이트는 반사 현미경 하에서 매우 밝은 흰색을 나타내며 X-선 회절 분석에서는 $4.39{\AA}$과 $2.316{\AA}$ 피크를 가지는 3R 다형으로 확인된다. 그러나 전형적인 3R형에 비하여 낮은 NiO와 $Fe_20_3$의 함량으로 미루어 보아, 3R 다형 이외에 2H 다형도 일부 존재하는 것으로 판단된다. 공작석은 반사 현미경하에서 밝은 회색을 나타내며, 화학식은 $Cu_{1.97}Co_{0.02}Fe^{2+}{_{0.01}}CO_3(OH)_2$이다. 헤테로제나이트와 공작석은 중앙아프리카 구리광화대의 광화작용 중 최후기인 표성부화기에 형성되었으며, 코발트는 일차 광석보다는 표성작용에 의하여 형성된 (산)수산화 광석에 더 많이 부화되었을 것으로 추정된다.
콩고민주공화국의 중앙아프리카 구리광화대에서 수입하는 Cu-Co 광석의 광물학적 특성을 X-선 회절 분석, 2차원 X-선 회절 분석과 전자현미분석에 의하여 연구하였다. 검은색 광석은 코발트 광석광물인 헤테로제나이트와 구리 광석광물인 공작석, 초록색 광석은 공작석으로 주로 구성된다. 헤테로제나이트는 반사 현미경 하에서 매우 밝은 흰색을 나타내며 X-선 회절 분석에서는 $4.39{\AA}$과 $2.316{\AA}$ 피크를 가지는 3R 다형으로 확인된다. 그러나 전형적인 3R형에 비하여 낮은 NiO와 $Fe_20_3$의 함량으로 미루어 보아, 3R 다형 이외에 2H 다형도 일부 존재하는 것으로 판단된다. 공작석은 반사 현미경하에서 밝은 회색을 나타내며, 화학식은 $Cu_{1.97}Co_{0.02}Fe^{2+}{_{0.01}}CO_3(OH)_2$이다. 헤테로제나이트와 공작석은 중앙아프리카 구리광화대의 광화작용 중 최후기인 표성부화기에 형성되었으며, 코발트는 일차 광석보다는 표성작용에 의하여 형성된 (산)수산화 광석에 더 많이 부화되었을 것으로 추정된다.
Mineralogical characteristics of Cu-Co ores from the Central African Copperbelt in the Democratic Repblic of Congo are studied using powder X-ray diffractometer, general area detector X-ray diffractometer, and electron proble microanalyzer. Black ores are mainly composed of heterogenite (cobalt oxid...
Mineralogical characteristics of Cu-Co ores from the Central African Copperbelt in the Democratic Repblic of Congo are studied using powder X-ray diffractometer, general area detector X-ray diffractometer, and electron proble microanalyzer. Black ores are mainly composed of heterogenite (cobalt oxide/hydroxide mineral) and malachite (copper carbonate mineral), whereas green ores are only composed of malachite. Heterogenite shows very bright white color under the reflected microscope, and belongs to 3R polytype, because it has d-spacings at $4.39{\AA}$ and $2.316{\AA}$. Since NiO and $Fe_20_3$ content of heterogenite are lower than those of 3R polytype from other localities, it cannot completely exclude the presence of 2H polytype in heterogenite from this study. Malachite is light grey color under the reflected microscope with approximate chemical formula of $Cu_{1.97}Co_{0.02}Fe^{2+}{_{0.01}}CO_3(OH)_2$. Heterogenite and malachite were probably formed at the supergene emichment stage, the last mineralization stage in the Central African Copperbelt. Cobalt seems to be much more emiched in the black supergene (oxy)hydroxide ore than those in the primary sulfide ore.
Mineralogical characteristics of Cu-Co ores from the Central African Copperbelt in the Democratic Repblic of Congo are studied using powder X-ray diffractometer, general area detector X-ray diffractometer, and electron proble microanalyzer. Black ores are mainly composed of heterogenite (cobalt oxide/hydroxide mineral) and malachite (copper carbonate mineral), whereas green ores are only composed of malachite. Heterogenite shows very bright white color under the reflected microscope, and belongs to 3R polytype, because it has d-spacings at $4.39{\AA}$ and $2.316{\AA}$. Since NiO and $Fe_20_3$ content of heterogenite are lower than those of 3R polytype from other localities, it cannot completely exclude the presence of 2H polytype in heterogenite from this study. Malachite is light grey color under the reflected microscope with approximate chemical formula of $Cu_{1.97}Co_{0.02}Fe^{2+}{_{0.01}}CO_3(OH)_2$. Heterogenite and malachite were probably formed at the supergene emichment stage, the last mineralization stage in the Central African Copperbelt. Cobalt seems to be much more emiched in the black supergene (oxy)hydroxide ore than those in the primary sulfide ore.
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문제 정의
이 연구의 목적은 현재 수입되고 있는 콩고-잠비아 구리광화대 내 Cu-Co를 포함하는 광석광물의 종류와 그 특성을 파악함으로써, 효율적인 선광과 제련을 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.
이번 연구는 한국지질자원연구원의 ‘해외 금속광물 개발을 위한 활용기술’의 위탁과제(몽골 몰리브데나이트 및 콩고 동-코발트광의 광물/광상학적 특성 평가)로서 수행되었다. 연구비를 지원하여 준 한국지질자원연구원에 대하여 감사드린다.
제안 방법
이 기기는 2차원 면적검출기를 이용하기 때문에 기존의 점 검출기(point detector)를 이용한 X선 회절분석기와 달리 측정이 100배 이상 빠르며, 분석할 시료의 위치를 육안으로 확인할 수 있으며, 스테이지를 이용하여 이동시키면서 일정 면적 부분만을 분석할 수도 있다. 2차원 X-선 회절 분석은 경상대학교 공동실험실습관에 보유하고 있는 Bruker AXS D8 DISCOVER with GADDS 기종을 이용하여 수행하였다.
Petropoxy (Palouse Petro Products)를 이용하여 수지(resin)와 경화제(curing agent)를 10 : 1의 비율로 섞어 슬라이드 글라스(slide glass) 위에 바른 후 분리된 시료를 얹고 굳힌 다음 연마편(polished section)이나 연마박편(polished thin section)을 제작하였다.
검정색과 초록색 광석에 대하여 X-선 회절 분석(X-ray Diffraction Analysis)을 실시하여 광석을 이루는 광석광물과 맥석광물을 확인하였다. X-선 회절분석은 경상대학교 지구환경과학과에서 보유하고 있는 Siemens/Brucker D5005 고분해능 X-선 회절분석기를 이용하였으며, 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.
광석광물 내 구성 원소의 종류와 분포 상태를 알아보기 위하여 전자현미분석(Electron Probe MicroAnalysis)을 실시하였다. 전자현미분석은 경상대학교 공동실험실습관이 보유하고 있는 JEOL JXA8100 전자현미분석기를 이용하였으며, 직경 5 µm 전자빔을 이용하여 Co, Cu, Ni, Mg, Mn, Fe 등의 함량을 정량분석하였다.
광석광물의 정확한 감정을 위하여 연마박편을 이용하여 2차원 X-선 회절 분석기(General Area Detector X-ray Diffractometer)를 이용하여 실험하였다. 이 기기는 2차원 면적검출기를 이용하기 때문에 기존의 점 검출기(point detector)를 이용한 X선 회절분석기와 달리 측정이 100배 이상 빠르며, 분석할 시료의 위치를 육안으로 확인할 수 있으며, 스테이지를 이용하여 이동시키면서 일정 면적 부분만을 분석할 수도 있다.
먼저 실체현미경 관찰을 통해 색에 따라 검정색과 초록색으로, 형태에 따라 자형, 반자형, 타형이나 둥근 형태 등으로 구분할 수 있다. 실체현미경하에서 가능한 순수한 종류만을 골라낸 후, 추후 실험에 이용하였다.
전자현미분석은 경상대학교 공동실험실습관이 보유하고 있는 JEOL JXA8100 전자현미분석기를 이용하였으며, 직경 5 µm 전자빔을 이용하여 Co, Cu, Ni, Mg, Mn, Fe 등의 함량을 정량분석하였다.
대상 데이터
X-선 회절분석은 경상대학교 지구환경과학과에서 보유하고 있는 Siemens/Brucker D5005 고분해능 X-선 회절분석기를 이용하였으며, 흑연 단색화된 파장(CuKα = 1.5406 Å)을 사용하였다.
이번 연구에 사용된 시료는 콩고민주공화국에서 수입되어 선광 및 제련을 거쳐 산업적으로 이용될 Cu-Co 광석 시료로써, -325∼+8.0 mesh까지 각 입자 크기별로 12개 단계로 입도 분리된 시료 중 Co 함유량이 상대적으로 높은 -3.35+2.36 mm와 -2.36+1.0 mm 크기의 것이다.
뉴칼레도니아에서 연구된 헤테로제나이트는 3R형과 2H형이 혼합되어 있다(Llorca, 1993). 이번 연구에 사용된 시료의 경우 2.316 Å 부근에서 강한 피크가 있는 것으로 보아 3R형으로 판단된다. 3R형 헤테로제나이트의 경우 4.
성능/효과
1) 검은색 광석은 코발트 광석광물인 헤테로제나이트로 구성되며, 대부분 2 mm 이하의 반자형-타형 또는 교질상 조직으로 산출된다. 전자현미분석을 통하여 구한 화학식은 Co3+0.
2) 초록색 광석은 구리 탄산염 광물인 공작석으로 주로 구성되며, 전자현미분석을 통하여 구한 화학식은 Cu1.97Co0.02Fe2+0.01CO3(OH)2로서, 적은 양의 코발트와 철만이 구리를 치환하고 있다. 이 광물은 일차 구리 황화광물이 탄산염암석 내에서 산화작용에 의하여 형성된 것이다.
3) 연구된 광석은 중앙아프리카 구리광화대의 광화작용 중 최후기에 속하는 표성부화기에 생성된 것으로서, 일차 광석에 비하여 코발트가 부화되었을 것으로 추정된다.
5 mm 이하인 것을 알 수 있다. EPMA X-선 면분석 결과를 살펴보면, 이 광물의 주된 양이온은 Cu이고, 음이온으로는 탄소와 산소로 이루어져 있는 것으로 보아 구리 탄산염 광물인 공작석임을 확인할 수 있다. 이 광물 내에서 Co와 치환할 수 있는 금속 중 Ni만 양의 상관관계를 보이고, Co, Fe, Mg, Mn 등은 거의 없거나 특별한 상관관계를 나타내지 않는다(그림 7).
이 광물 내 원소 분포 양상을 알아보기 위하여 시행한 X-선 면분석 결과를 살펴보면, 이 광물은 주로 Co와 산소로 이루어져 있고, 탄소, 황 등은 포함되어 있지 않기 때문에 (수)산화코발트 광물임을 확인할 수 있다. 이 광물 내에서 Co와 치환할 수 있는 금속 중 Ni, Cu와 Mn은 거의 전부 양의 상관관계를 보이는데 반하여, Fe, Mg, Al 등은 일반적으로 부의 상관관계를 나타낸다(그림 3과 4).
%이다. 이러한 분석 결과로부터 전체 금속 중 Co가 차지하는 비율이 88%임을 알 수 있으며, 평균 자료로부터 구한 화학식은 Co3+0.92Cu0.07Ni0.03Mn0.01Fe3+0.01O(OH)이다. 이것은 헤테로제나이트의 이론적인 화학식 CoO(OH)에 가까운 값이며, Co 대신에 Cu, Ni, Mn, Fe 등이 일부분 치환하고 있음을 알 수 있다.
%이다. 이러한 분석 결과로부터 전체 금속 중 Cu가 차지하는 비율이 99%로써, 대부분을 차지하고 있음을 알 수 있다. 평균 자료로부터 구한 화학식은 Cu1.
Co의 상대적인 함량은 3R형이 가장 낮고, 2H형이 가장 높으며, 혼합형은 중간 정도의 값을 가진다. 이번 연구 시료의 경우 3R형보다는 높고, 혼합형보다는 낮은 것으로 미루어보아, 화학분석치로부터 유추한 3R형을 주로 하면서 일부 2H형이 포함되어 있는 사실과 부합함을 알 수 있다.
정량분석된 결과를 이용하여 Co-Cu-Ni 삼각다이아그램에 도시하여 보면(그림 5), 이번 연구에 사용된 헤테로제나이트가 Cu의 상대적인 함량이 다른 지역에서 산출되는 것보다 높음을 알 수 있다. Co의 상대적인 함량은 3R형이 가장 낮고, 2H형이 가장 높으며, 혼합형은 중간 정도의 값을 가진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
코발트란?
코발트(Co)는 주기율표 제8족에 속하는 철족 원소의 하나로서 1735년 스웨덴의 브란트(G. Brandt)에 의하여 발견되었다.
세계 코발트 매장량에서 가장 큰 비율을 차지하고 있는 나라는?
세계 코발트 매장량은 코발트 금속량으로 환산하여 660만 톤으로 추산되는데, 콩고민주공화국(Democratic Republic of Congo)이 세계 매장량의 51.5%를 차지하고 있고 다음이 호주로 세계 매장량의 22.7%를 차지한다.
코발트는 제트 엔진 외에 어디에 사용되는가?
코발트를 다른 금속과 함께 합금할 경우 강도와 부식에 대한 강도가 매우 탁월하게 개선되며, 이러한 특성은 고온에서도 유지되므로 코발트의 고속도강은 비행기의 제트 엔진에 이용된다. 이외에도 영구자석 등의 자성 재료 및 내열, 내식강도용으로도 사용되고 있다. 비철합금으로는 고온에서 내산화성, 내식성, 내마모성, 기계적 성질 등이 뛰어난 것을 얻을 수 있으며 결합재 등으로 사용된다.
Broughton, B., Hitzman, M., Selley, D., Scott, R., Bull, S., Large, R., Mc-Goldrick, P., Croaker, M., and Pollington, N. (2007) Geology and ore deposits of the Zambian Copperbelt. In: Andrew, C.J., et al. (Ed.), Digging deeper, Proceedings of the 9th Biennial SGA Meeting. Irish Association for Economic Geology, Dublin, 203-207.
Cailteux, J.L.H., Kampunzu, A.B., Lerouge, C., Kaputo, A.K., and Milesi, J.P. (2005) Genesis of sedimenthosted stratiform copper-cobalt deposits, central African Copperbelt. Journal of African Earth Sciences, 42, 134-158.
Cooke, S.R.B. and Doan, D.J. (1935) The mineragraphy and X-ray analysis of stainierite from the Swansea mine, Goodsprings, Nevada. Amer. Miner., 20, 274- 280.
Deliens, M. and Goethals, H. (1973) Polytypism of heterogenite. Miner. Mag., 39, 152-157.
Deliens, M. (1974) Les oxydes hydrates de cobalt du Shab meridionak. Ann. Mus. roy. Afr. Centr. Tervuren Belg. Ser. in-8 Sci. Geol., No. 76.
Dewaele, S., Muchez, Ph., Vets, J., Fernandez-Alonzo, M., and Tack, L. (2006) Multiphase origin of the Cu- Co ore deposits in thewestern part of the Lufilian fold-and-thrust belt, Katanga (Democratic Republic of Congo). Journal of African Earth Sciences, 46, 455- 469.
El Desouky, H.A., Muchez, Ph., Dewaele, S., Boutwood, A., and Tyler, R. (2008) Postorogenic origin of the stratiform Cu mineralization at Lufukwe, Lufilian foreland, Democratic Republic Congo. Economic Geology, 103, 555-582.
El Desouky, H.A., Muchez, Ph., and Cailteux, J. (2009) Two Cu-Co sulfide phases and contrasting fluid systems in the Katanga Copperbelt, Democratic Republic of Congo. Ore Geology Reviews, 36, 315-332.
Hitzman, M., Broughton, D., Selley, D., Bull, S., Large, R., McGoldrick, P., Scott, R., Koziy, L., Woodhead, J., Barra, F., Croaker, M., Pollington, N., and Mackay, W. (2008) A new view of the Zambian Copperbelt. Africa Uncovered. Mineral Resources for the Future. Proceedings of the Joint Conference of the Society of Economic Geologists (SEG) and the Geological Society of South Africa (GSSA), 7-10 July 2008, Johannesburg, South Africa, 61-64.
Llorca, S. and Monchoux, P. (1991) Supergene cobalt minerals from New Caledonia. Can. Mineral., 29, 149- 161.
Llorca, S.M. (1993) Metallogeny of supergene cobalt mineralization, New Caledonia. Australian Jour. Earth Sci., 40, 377-385.
Muchez, Ph., Brems, D., El Desouky, H., Dewaele, S., Haest, M., Vanderhaegen, P., Heijlen, W., and Mukumba, W. (2007) Base metal ore deposit evolution and geodynamics in the Central African Copperbelt. In: Andrew, C.J., et al. (Eds.), Digging deeper, Proceedings of the 9th Biennial SGA Meeting. Irish Association for Economic Geology, Dublin, 209-212.
Nakamura, K. (1942) A report of Korea cobalt mine. Jour. Geol., 49, 218-220. (in Japanese)
Roskill (2007) The Economics of cobalt. 291p.
Selley, D., Broughton, D., Scott, R., Hitzman, M., Bull, S., Large, R., McGoldrick, P., Croaker, M., Pollington, N., and Barra, F. (2005) A new look at the geology of the Zambian Copperbelt. Economic Geology 100th Anniversary Volume, 965-1000.
Sweeney, M.A., Binda, P.L., and Vaughan, D.J. (1991) Genesis of the ores of the Zambian Copperbelt. Ore Geology Reviews, 6, 51-76.
Yun, S.-T. and Youm, S.-J. (1997) Temporal variations of ore mineralogy and sulfur isotoe data from the Boguk cobalt mine: Implication for genesis and geochemistry of Co-bearing hydrothermal system. Econ. Environ. Geol., 30, 289-301.
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