석면이 발암물질로 지정 되면서 물리화학적 처리를 통하여 석면광물을 비섬유형으로 변형시키거나 또는 상전이시킴으로 광물 종을 변화시켜 무해화하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 국내에서는 석면의 광물학적 특성과 함께 무해화가 가능함을 제시하는 연구만 진행되었을 뿐, 열처리에 따른 석면광물의 형태 및 결정구조 변화에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 산출되는 백석면(chrysotile)과 석면형 투각섬석(asbestiform tremolite)에 대하여 열처리 전 후 석면의 형태 변화와 상전이에 따른 광물학적 특성을 전자현미경법으로 연구하였다. 백석면은 $850^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 감람석으로 상전이 되었으며, 석면형 투각섬석은 $1050^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 투휘석으로 상전이 되었다. 이러한 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면은 섬유상 및 침상의 형태를 보이는 섬유다발이 열처리에 의해 끝이 매끄러운 주상의 형태로 변형되었으며, 분쇄하여도 벽개면, 섬유다발 등과 같은 형태로 발달하지 않음을 확인하였다. 또한 열처리에 따른 광물의 주 구성성분 변화 없이 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다. 이는 함수 규산염광물인 석면이 열에 의해 수산기(OH)가 제거되면서 광물의 상전이와 결정구조의 변화가 나타난 것으로 사료된다. 이처럼 전자현미경법은 석면의 형태, 화학성분, 그리고 결정구조의 변화를 동시에 확인 할 수 있어 광물 상전이에 따른 석면의 무해화를 연구하는데 효과적인 방법으로 판단된다.
석면이 발암물질로 지정 되면서 물리화학적 처리를 통하여 석면광물을 비섬유형으로 변형시키거나 또는 상전이시킴으로 광물 종을 변화시켜 무해화하는 연구가 진행되고 있다. 하지만 국내에서는 석면의 광물학적 특성과 함께 무해화가 가능함을 제시하는 연구만 진행되었을 뿐, 열처리에 따른 석면광물의 형태 및 결정구조 변화에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 산출되는 백석면(chrysotile)과 석면형 투각섬석(asbestiform tremolite)에 대하여 열처리 전 후 석면의 형태 변화와 상전이에 따른 광물학적 특성을 전자현미경법으로 연구하였다. 백석면은 $850^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 감람석으로 상전이 되었으며, 석면형 투각섬석은 $1050^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리된 후 투휘석으로 상전이 되었다. 이러한 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면은 섬유상 및 침상의 형태를 보이는 섬유다발이 열처리에 의해 끝이 매끄러운 주상의 형태로 변형되었으며, 분쇄하여도 벽개면, 섬유다발 등과 같은 형태로 발달하지 않음을 확인하였다. 또한 열처리에 따른 광물의 주 구성성분 변화 없이 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다. 이는 함수 규산염광물인 석면이 열에 의해 수산기(OH)가 제거되면서 광물의 상전이와 결정구조의 변화가 나타난 것으로 사료된다. 이처럼 전자현미경법은 석면의 형태, 화학성분, 그리고 결정구조의 변화를 동시에 확인 할 수 있어 광물 상전이에 따른 석면의 무해화를 연구하는데 효과적인 방법으로 판단된다.
Asbestos is designated as carcinogen minerals. Detoxification of asbestos is being conducted by physical and chemical treatments that lead the formation of non-fibrous mineral particles or phase transitions. Major researches have been performed on mineralogical properties of asbestos and possibiliti...
Asbestos is designated as carcinogen minerals. Detoxification of asbestos is being conducted by physical and chemical treatments that lead the formation of non-fibrous mineral particles or phase transitions. Major researches have been performed on mineralogical properties of asbestos and possibilities of detoxification in Korea. More specific studies are needed to prove the form and crystal structure changes during the detoxification of asbestos via heat treatment. Therefore, we studied thermal effects on mineralogical characteristics of chrysotile and asbestiform tremolite using electron microscopy investigation. Electron microscopy investigation showed chrysotile fibers were fully transformed into rod-shaped forsterite at $850^{\circ}C$ in 2 hours, and asbestiform tremolite fibers were converted into non-fibrous diopside at $1050^{\circ}C$ in 2 hours. Fibrous asbestos were converted into rod-shaped minerals, which are non-asbestiform. However, compositions of both minerals were not changed before and after heat treatment. These results indicate that thermal treatment of asbestos completely broke down asbestos structure due to dehydroxylation and recrystallization. Thus, electron microscopy investigation can provide the useful information of shapes, crystal structure, and chemistries of the asbestos for the detoxification.
Asbestos is designated as carcinogen minerals. Detoxification of asbestos is being conducted by physical and chemical treatments that lead the formation of non-fibrous mineral particles or phase transitions. Major researches have been performed on mineralogical properties of asbestos and possibilities of detoxification in Korea. More specific studies are needed to prove the form and crystal structure changes during the detoxification of asbestos via heat treatment. Therefore, we studied thermal effects on mineralogical characteristics of chrysotile and asbestiform tremolite using electron microscopy investigation. Electron microscopy investigation showed chrysotile fibers were fully transformed into rod-shaped forsterite at $850^{\circ}C$ in 2 hours, and asbestiform tremolite fibers were converted into non-fibrous diopside at $1050^{\circ}C$ in 2 hours. Fibrous asbestos were converted into rod-shaped minerals, which are non-asbestiform. However, compositions of both minerals were not changed before and after heat treatment. These results indicate that thermal treatment of asbestos completely broke down asbestos structure due to dehydroxylation and recrystallization. Thus, electron microscopy investigation can provide the useful information of shapes, crystal structure, and chemistries of the asbestos for the detoxification.
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문제 정의
기존연구에 의해 석면이 산출된다고 밝혀진 지역에서 백석면과 각섬석계 석면을 채취하여 본 연구를 진행하였다. 백석면은 충남 홍성군 구항면 마온리 일대에서 채취하였다.
따라서 본 연구는 국내에서 산출되는 백석면과 석면형 투각섬석(asbestiform tremolite)에 대하여 열처리 전·후 석면의 형태 변화 및 상전이에 따른 광물학적 특성을 전자현미경법을 이용하여 연구하였다.
제안 방법
광물의 미세조직 변화를 관찰하기 위해 SEM 분석을 실시하였다. 백석면은 종횡비가 100:1 이상이고 벽 개면이 발달하였으며, 양 끝단이 여러 갈래로 갈라져 다발로 존재하는 유연한 섬유상의 미세조직을 가지고 있었다.
분석에 이용된 기기는 PANalytical 사제, X'Pert PRO Multi Purpose X-ray Diffractometer이고 Cu-Kα선과 Ni-filter를 이용하였으며, 가속 전압은 40 kV, 전류는 30 mA 조건에서 분석하였다. 또한 열처리에 따른 석면의 형태 및 상변화를 관찰하기 위하여 전자현미경 분석을 실시하였다. 주사 전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM) 분석은 Hitachi S-4700, FE-SEM을 사용하였으며, 가속 전압은 15 kV의 조건에서 분석하였다.
열처리 전·후 결정구조 및 화학성분의 변화를 관찰하고자 TEM-EDS 분석을 실시하였다.
열처리 전·후 석면형 투각섬석의 형태 및 상변화를 관찰하기 위해 전자현미경 분석을 진행하였다.
준비된 분말시료 중 일부(약 5 g)는 실험용 전기로(LAB SCIENCE 사제)를 이용하여 백석면은 850℃에서, 석면형 투각섬석은 1050℃에서 2시간 동안 열처리를 실시하였다. 원 시료와 열처리된 각각의 시료는 X-선 회절분석(X-ray diffraction, XRD)을 실시하여 석면광물 및 상전이 광물을 동정하였다. 분석에 이용된 기기는 PANalytical 사제, X'Pert PRO Multi Purpose X-ray Diffractometer이고 Cu-Kα선과 Ni-filter를 이용하였으며, 가속 전압은 40 kV, 전류는 30 mA 조건에서 분석하였다.
7B, 8B). 이에 결정구조를 명확히 규명하기 위해 전자선회절도형을 획득하여 해석해 보았다. 열처리 전 시료에서 각각의 hkl면에 대한 저면간격은 백석면 (ICDD, International Centre for Diffraction Data No.
6B, 10B). 이에 열처리된 백석면과 석면형 투각섬석을 막자사발에 넣고 인위적인 힘을 가해 분쇄하였으며 그 형태를 TEM으로 확인하였다. 열처리된 백석면은 분쇄에 의해 잘게 부셔졌지만 섬유다발과 같은 미세조직은 나타나지 않았다(Fig.
또한 열처리에 따른 석면의 형태 및 상변화를 관찰하기 위하여 전자현미경 분석을 실시하였다. 주사 전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM) 분석은 Hitachi S-4700, FE-SEM을 사용하였으며, 가속 전압은 15 kV의 조건에서 분석하였다. 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM) 분석 및 에너지 분산 분광기(Energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)분석으로는 Phillips Tecnai F20을 사용하였고, 200 kV의 가속전압 조건에서 분석하였다.
200)를 통과시켜 분말시료를 얻었다. 준비된 분말시료 중 일부(약 5 g)는 실험용 전기로(LAB SCIENCE 사제)를 이용하여 백석면은 850℃에서, 석면형 투각섬석은 1050℃에서 2시간 동안 열처리를 실시하였다. 원 시료와 열처리된 각각의 시료는 X-선 회절분석(X-ray diffraction, XRD)을 실시하여 석면광물 및 상전이 광물을 동정하였다.
주사 전자현미경(Scanning electron microscopy, SEM) 분석은 Hitachi S-4700, FE-SEM을 사용하였으며, 가속 전압은 15 kV의 조건에서 분석하였다. 투과전자현미경(Transmission electron microscopy, TEM) 분석 및 에너지 분산 분광기(Energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)분석으로는 Phillips Tecnai F20을 사용하였고, 200 kV의 가속전압 조건에서 분석하였다.
기존연구에 의해 석면이 산출된다고 밝혀진 지역에서 백석면과 각섬석계 석면을 채취하여 본 연구를 진행하였다. 백석면은 충남 홍성군 구항면 마온리 일대에서 채취하였다. 이 지역은 사문암체가 분포하는 지역으로 선캠브리아기의 변성퇴적암류인 월현리층을 기반암으로 하며, 이를 관입하는 덕정리 편마암류, 시대 미상의 편상 화강암류와 백악기 장곡리 섬록암과 반화강암류 등이 분포하고 있다(Lee and Kim, 1963).
분석에 이용된 기기는 PANalytical 사제, X'Pert PRO Multi Purpose X-ray Diffractometer이고 Cu-Kα선과 Ni-filter를 이용하였으며, 가속 전압은 40 kV, 전류는 30 mA 조건에서 분석하였다.
석면형 투각섬석은 충남 서산시 대산읍 영탑리 일대에서 채취하였다. 이 지역은 탄산염암체가 분포하는 지역으로 서산층군의 선캠브리아기 변성퇴적암류가 전역에 걸쳐 분포하고 있으며, 편암류 및 편마암을 기저로 하며 관계미상의 석회암 및 편암의 위에 상부규암과대산리층이 놓여있다.
또한 화강편마암과 시대 미상의 편상 화강암과 암맥류가 부분적으로 관입하고 있다(Kim and Hwang, 1982). 이 지역은 매우 심하게 변성을 받은 것으로 보이며, 특히 석회암은 열수변질을 받아 섬유상의 트레몰라이트나 악티노라이트를 포함하고 있으므로, 이지역의 토양층에서 각섬석계 석면이 산출되는 토양시료를 채취하였다(Fig. 2).
월현리층은 지구조 복합체로, 초염기성 내지 염기성 변성화산암류가 북동 방향으로 렌즈상 분포를 보이며, 부분적으로 사문암화 또는 활석화 되어있다. 이에 월현리 지구조 복합체 내의 변성퇴적암류와 수직단층으로 접하고 있으며 변성화산암류에 의해 사문석화 된 암체 주변에서 백석면이 산출되는 풍화된 토양에서 시료를 채취하였다(Fig. 1).
4A). 채취한 토양에서 육안 상 구분이 되는 석면형 광물의 집합체를 따로 분리하였으며, 이를 열처리 실험에 사용하였다(Fig. 3B, 4B).
충남 홍성군 마온리에서 토양시료를 채취한 위치는 북위 36°33' 동경 126°38'이며(Fig. 3A), 충남 서산시 대산읍 영탑리에서 토양시료를 채취한 위치는 북위 36°55'동경 126°27'이다(Fig. 4A).
성능/효과
7A, 8A). 또한 두 시료는 백석면의 주요 성분인 Mg, Si, O의 성분을 가지고 있었으며, 열처리 과정에서 화학성분의 변화는 일어나지 않은 것으로 확인되었다(Fig. 7B, 8B). 이에 결정구조를 명확히 규명하기 위해 전자선회절도형을 획득하여 해석해 보았다.
열처리 전·후 광물의 상 동정을 위한 X-선 회절 분석 결과, 열처리 전 시료에서는 백석면(chrysotile, Mg3Si2O5(OH)4)의 주요 피크들이 확인되었다.
열처리 전·후 광물의 종류 동정을 위한 XRD 분석 결과, 열처리 전의 시료에서는 투각섬석(asbestiform tremolite, Ca2Mg5Si8O22(OH)2)의 주요 피크들을 확인하였다.
열처리에 따른 석면의 무해화를 연구한 결과, 850℃에서 2시간동안 열처리된 백석면은 감람석으로 상전이가 일어났으며, 1050℃에서 2시간동안 열처리된 석면형 투각섬석은 투휘석으로 상전이가 일어났다. 열처리된 백석면과 석면형 투각섬석의 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면의 형태가 섬유상 및 침상에서 짧고 뭉툭한 주상의 형태로 변형되었고, 광물 입자를 분쇄하여도 석면형으로 발달하지 않음을 확인하였다. 열처리에 따라 광물의 화학성분은 변화가 없고, 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다.
열처리된 백석면과 석면형 투각섬석의 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면의 형태가 섬유상 및 침상에서 짧고 뭉툭한 주상의 형태로 변형되었고, 광물 입자를 분쇄하여도 석면형으로 발달하지 않음을 확인하였다. 열처리에 따라 광물의 화학성분은 변화가 없고, 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다. 이는 함수 규산염광물인 석면이 열에 의해 수산기가 제거되면서 내부구조의 변화가 나타난 것으로 사료된다.
열처리에 따른 석면의 무해화를 연구한 결과, 850℃에서 2시간동안 열처리된 백석면은 감람석으로 상전이가 일어났으며, 1050℃에서 2시간동안 열처리된 석면형 투각섬석은 투휘석으로 상전이가 일어났다. 열처리된 백석면과 석면형 투각섬석의 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면의 형태가 섬유상 및 침상에서 짧고 뭉툭한 주상의 형태로 변형되었고, 광물 입자를 분쇄하여도 석면형으로 발달하지 않음을 확인하였다.
46-1445)과 일치하였다(Table 2). 열처리한 시료에서 획득한 각각의 hkl 면에 대한 저면간격은 감람석(ICDD No. 21-1260)과 일치하였으며 이 결과는 XRD 분석 값과 일치한다(Table 3). 따라서 850℃에서 열처리된 백석면은 주요 화학성분의 변화 없이 결정 내부에 포함되어 있던 구조수인 수산기(OH)의 제거와 구조변화로 감람석으로 상전이가 일어난 것으로 사료된다.
11B, 12B). 이에 결정구조를 명확히 규명하기 위해 전자선 회절도형을 획득 후 해석한 결과, 열처리 전의 시료는 hkl 면에 대한 저면간격의 값이 투각섬석(ICDD No. 44-1402)과 일치하였다(Table 4). 열처리된 시료는 hkl 면에 대한 저면간격의 값이 투휘석(ICDD No.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
석면이 많이 활용되었던 이유는 어떤 구조를 가졌기 때문입니까?
석면은 잘게 쪼개지는 긴 섬유상 또는 침상의 결정형으로 인해 다른 재료와 혼합하여 간단히 복합재료화가 가능할 뿐만 아니라 다양한 형태로 가공이 가능하고 또한 제조된 복합재료의 제 특성들도 매우 우수하여 산업혁명 이후 건축자재, 방열재, 내화재 등으로 광범위하게 사용되어져 왔다. 그러나 석면에 노출된 사람들로부터 석면폐와 같은 석면관련 질환이 꾸준히 보고되어져 왔으며, 역학조사 결과 석면 흡입과 특정 폐질환과의 연관성이 입증되었다(Beck1ake, 1991).
석면은 무엇이며, 석면으로 분류되는 기준은 무엇입니까?
석면(asbestos)은 산업적으로 활용되던 규산염광물로, 미국산업안전보건청(OSHA)의 기준에 따라 길이가 5 µm 이상이고, 종횡비가 3:1 이상인 섬유상의 광물을 석면으로 분류하고 있다. 자연에서 산출되는 석면은 ６ 가지 종류로, 광물학적 특성에 따라 사문석계열과 각 섬석계열 두 가지로 나뉘며 Fe, Mg, Ca 및 Na를 포함하는 양이온에 따라 세분된다(Table 1).
전자현미경으로 열처리된 백석면과 석면형 투각섬석을 관찰했을 때, 석면의 형태변화는?
열처리에 따른 석면의 무해화를 연구한 결과, 850℃에서 2시간동안 열처리된 백석면은 감람석으로 상전이가 일어났으며, 1050℃에서 2시간동안 열처리된 석면형 투각섬석은 투휘석으로 상전이가 일어났다. 열처리된 백석면과 석면형 투각섬석의 광물 상전이를 전자현미경법으로 연구한 결과, 두 석면의 형태가 섬유상 및 침상에서 짧고 뭉툭한 주상의 형태로 변형되었고, 광물 입자를 분쇄하여도 석면형으로 발달하지 않음을 확인하였다. 열처리에 따라 광물의 화학성분은 변화가 없고, 결정구조의 변화가 일어남을 확인하였다.
참고문헌 (11)
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