[논문]철원 한탄강유역 현무암의 철 화합물에 관한 연구

윤인섭; 김선배

doi:10.4283/jkms.2015.25.5.169

철원 한탄강유역 현무암의 철 화합물에 관한 연구
A Study on Iron Compounds of Volcanic Basalt at Hantan Riverside in Cheorwon 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.25 no.5, 2015년, pp.169 - 173

윤인섭 (강원대학교 방송미디어과학과) , 김선배 (동국대학교 자연과학연구원)

초록
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철원 한탄강 유역에서 채취한 화산암인 현무암 시료에 대하여 X-선 회절분석 실험, X-선 형광 분광 분석 및 $M{\ddot{o}}ssbauer$ 분광 분석으로 물리적 특성을 조사하여 현무암의 화학적 조성과 시료 내에 존재하는 Fe의 원자가 상태와 자기적 성질을 연구하였다. 철원 한탄강 유역에서 채취한 화산암인 현무암 시료는 알칼리 장석 계열의 광물들이 주 광물로 구성되어 있으며, 휘석과 티탄철석과 감람석이 포함되어 있음을 알 수 있었다. 이 지역에서 채취한 화산암인 현무암은 제주도 화산암에 비하여 상대적으로 많은 $SiO_2$ 중량 비와 상대적으로 적은 양의 Fe 화합물을 포함하고 있음을 알 수 있었다. $M{\ddot{o}}ssbauer$ 분광 분석 결과로부터 철원지역 한탄강 유역에서 채취한 화산암인 현무암 시료들에서 다양한 clay mineral에 포함된 $Fe^{3+}$에 의한 한 개의 2중선과 휘석과 티탄철석 그리고 감람석등에 포함되어 있는$Fe^{2+}$에 의한 2개의 2중선들이 나타나고 있음을 알 수 있으며, $Fe^{2+}/Fe^{3+}$ 비가 2.27~3.42 정도임을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fe compounds of volcanic basalt samples distributed at the Hantan riverside in Cheorwon were investigated by means of X-ray diffractometry (XRD), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) and $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectroscopy. We found that samples were typical basic rock which consisted of augite, anorthite, albite and sanidine etc. They had the total amount of iron compounds including hematite (${\alpha}-Fe_2O_3$) varies from 6.20 w% to 12.8 w% depending on the different regions by XRF. The $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectra of the samples were consisted of three doublets. The balance state of Fe ions of all samples were chiefly $Fe^{2+}$, and $Fe^{2+}/Fe^{3+}$ ratios were 2.27~3.42.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 철원지역 화산암의 주종을 이루는 현무암의 물리학적인 특성을 조사하기 위해 철원지역의 직탕폭포 인근의 화산암인 현무암을 시료로 사용하여, 시료 내 구성 요소에 대한 정성적 및 정량적 분석을 위하여 X-선 회절 분석과 X-선 형광 분석을 수행하였으며, Mössbauer 분광 분석을 통하여 시료에 포함한 철의 원자가 상태, 배위구조 및 자기적 특성을 연구하였다.

제안 방법

철원 한탄강 유역에서 채취한 화산암인 현무암 시료를 대상으로 X-선 회절 분석, X-선 형광 분석 및 Mössbauer 분광 분석으로 물리적 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.
철원 한탄강유역에서 채취한 암석의 결정질 구성광물을 알아보기 위하여 2θ가 5o~50o 범위에서 X-선 회절 스펙트럼을 조사하였다.

대상 데이터

X-ray diffraction patterns of samples (C1, C2, C3) taken at Hantan riverside in Cheorwon. Albaite (sanidine) (A), quartz (Q), olivine (O), pyroxene (P) and ilmenite (I).
Fig. 1에서와 같이 철원지역의 지형을 고려하여 직탕폭포를 기준으로 하여 하류방향으로 1 km 간격으로 한탄강을 따라 지표에 노출된 현무암 암석들을 채취하였다. Fig.
본 연구에 사용된 X-선 회절 분석기(XRD)는 Rigaku 사의 Rint 2000 Series 중 model No. 2200 자동 X-선 회절 분석기였고, X-선은 Ni 필터장치를 통과하여 얻은 1.542495 Å인 Cu-Kα 선이었다.
1에서 볼수 있듯이 시료 채취 지역은 주로 현무암으로 이루어져 있다 [8]. 본 연구에 사용된 시료들은 한탄강 직탕폭포 인근에서 채취한 시료(C1)와 마당바위지역 시료(C2) 그리고 고석정지역 시료(C3)들이며, 채취 지역과 각 지역에서 채취한 암석의 성질은 Table I에 나타내었다.
6 g과 용제(Li₂B₅O₇ , lithium tetraborate) 6 g을 혼합하여 제작하였다. 분석을 위해 이용된 표준물질은 미국 지질연구소에서 제작한 국제 공인 물질 12개와 상용으로 시판되는 MBH 분석용 표준물질 12개이며 이 시료들의 화학 조성의 범위가 한정되어 있으므로 그 범위를 확장시키기 위해 표준물질 및 표준시약을 사용하였다. 시료 내의 철 화합물의 원자가 상태 및 자기적 특성을 조사하기 위해 사용한 Mössbauer spectrometer는 Austin사에서 제작한 S-600이며, Mössbauer spectrum 측정에 사용된 선원은 Rh에 확산시켜 넣은 10mCi Co⁵⁷이었다.
전압 조건은 40 kV, 30 mA이고, Rh 타켓이 사용되었다. 유리시편은 950^oC의 온도에서 연소시킨 시료 0.6 g과 용제(Li₂B₅O₇ , lithium tetraborate) 6 g을 혼합하여 제작하였다. 분석을 위해 이용된 표준물질은 미국 지질연구소에서 제작한 국제 공인 물질 12개와 상용으로 시판되는 MBH 분석용 표준물질 12개이며 이 시료들의 화학 조성의 범위가 한정되어 있으므로 그 범위를 확장시키기 위해 표준물질 및 표준시약을 사용하였다.
철원지역 한탄강 부근에서 채취한 시료들의 성분을 조사하기 위해 시료들을 증류수로 깨끗하게 세척하여 충분히 건조한 다음, 막자사발에서 분말을 만들어 100 mesh 망으로 일정 크기 이하의 분말로 만들어 X-선 회절 분석 실험, X-선형광 분석 실험의 시료로 사용하였다. Mössbauer 분광 분석을 위한 흡수체로 사용한 시료는 면밀도는 10 mg/cm² 로 평량한 후, 유압기로 5000 psi의 압력으로 직경 15 mm, 두께 0.

데이터처리

철원지역 한탄강 인근 지역에서 채취된 시료들의 Mössbauer 스펙트럼에 나타나는 공명 흡수선들은 Lorentzian 함수를 사용하여 최소제곱법으로 computer fitting을 하였다.

이론/모형

일반적으로 산화철 광물들은 2θ 가 20^o~42^o사이에서 회절선들이 대부분 나타난다. 측정된 X-선 회절선은 JCPDS(Joint Commit on Power Diffractions) card와 비교하여 Hanawalt 법으로 구성광물을 확인하였다[9].

성능/효과

Fig. 2에서 보는 바와 같이 모든 시료에서 화학조성식이(Na,K)(Si₃Al)O₈인 장석과 화학조성식이 SiO₂인 quartz에 의한 회절선이 많이 관측되었다.
19 wt%의 범위로 철원지역 현무암들에 비하여 고철질 광물임을 보이고 있다[10]. X-선 형광분석 결과로부터 철원지역 현무암은 제주도 화산암에 비하여 상대적으로 많은 SiO₂ 중량비와 적은 Fe 화합물을 보이고 있으며, 철원지역 현무암은 분석결과 알칼리 장석군이 많은 화산암의 특성을 보여주고 있다. 이장석의 대표적인 중량비를 조사하면 SiO₂ 64.
7^o에서 나타났다. 또한 화학조성식이 Na(Si₃Al)O₈인 albite와 화학조성식이 CaAl₄ Si₄O₈인 anorthite에 의한 강한 회절선이 28.0^o에서 나타났다. 그리고 화학조성식이 Ca(MgFe)Si₂O₆인 augite의 회절선은 35.
4 wt%으로 나타나고 있다. 총 Fe 화합물의 중량비는 6.20 wt%~12.8 wt%의 범위에 있음을 알 수 있었으며, 철원지역 한탄강 유역의 화산암인 현무암은 제주도 화산암에 비하여 상대적으로 많은 SiO₂중량비와 상대적으로 적은 양의 Fe 화합물을 포함하고 있으며, 철원지역 한탄강 유역 현무암은 알칼리 장석군이 많은 화산암의 특성을 보여주고 있음을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현무암은 무엇인가?	일반적으로 현무암은 마그마가 지표에 분출되어 굳어진 흑색 또는 암회색의 염기성 화산암으로서 많은 다공질을 갖고 있는 치밀한 조직을 보이는 비교적 흔한 화성암이며, 우리나 라에서는 주로 백두산과 제주도 및 한탄강 부근에서 많이 나타나고 있다. 이중 한탄강 인근의 철원지역에 넓게 분포하고 있는 현무암은 신생대 제 4기의 화산활동에 의하여 분출된 암석으로서 암회색을 띠고 있으며, 최근에 이들 현무암을 활용하여 상품화 및 자원화하기 위한 관심이 고조되고 있다.
	한탄강 인근 철원 지역의 현무암은 어떻게 생성되었는가?	일반적으로 현무암은 마그마가 지표에 분출되어 굳어진 흑색 또는 암회색의 염기성 화산암으로서 많은 다공질을 갖고 있는 치밀한 조직을 보이는 비교적 흔한 화성암이며, 우리나 라에서는 주로 백두산과 제주도 및 한탄강 부근에서 많이 나타나고 있다. 이중 한탄강 인근의 철원지역에 넓게 분포하고 있는 현무암은 신생대 제 4기의 화산활동에 의하여 분출된 암석으로서 암회색을 띠고 있으며, 최근에 이들 현무암을 활용하여 상품화 및 자원화하기 위한 관심이 고조되고 있다. 또한 철원지역 현무암들은 주로 사장석과 휘석류, 감람석, 불투명 광물 등으로 구성되어 있으며, 일부 알칼리 장석도 함유되어 있다[1].
	철원지역 현무암 시료의 Fe를 포함한 철 화합물의 분석에 Mössbauer 분광분석이 용이한 이유는?	Mössbauer 분광분석은 화합물, 금속, 혈액 속의 Fe의 원자가 상태와 배위구조를 조사하기 위해 광범위하게 이용된다. 따라서 철원지역 현무암 시료의 Fe를 포함한 철 화합물의 분석에는 좋은 분석 방법이 될 수 있다.

참고문헌 (15)

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J. M. R. Genin, G. Bourrie, F. Trolard, M. Abdelmoula, A. Jaffrezic, P. Refait, V. Maitre, B. Humbert, and A. Herbillon, Environ. Sci. Technol. 32, 1058 (1998).

상세보기
E. De Grave, S. G. Eeckhout, and C. A. McCammon, Hyperfine Interactions 122, 21 (1999).
V. Rusanov, R. G. Gilson, A. Lougear, and A. X. Trauwein, Hyperfine Interactions 128, 353 (2000).
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원문보기 상세보기
J. S. Youn, Mechanics of Rocks, Gumi press, Seoul (1955) pp. 12-21.
H. Blatt, G. Middleton, and R. Murrary, Origin of sedimentary rocks 2nd ed, Prenylic Hall, Englewood Cliffs, N.J. (1980) p. 299.
A. N. Strahler, Physical Geography 4th ed. Wiley, New York (1975) p. 369.
Y. Tatsumi, H. Shukuno, M. Yoshikawa, Q. Chang, K. Sato, and M. W. Lee, J. Petrology 46, 523 (2005).
M. Liu, H. Li, L. Xiao, W. Yu, Y. Lu, Z. Zhao, M. Liu, et al., J. Magn. Magn. Mater. 294, 292 (2005).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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