상온 상압 조건의 수용액 내에서의 2-회절선 페리하이드라이트-침철석 변환 속도에 대한 연구 (Study on the 2-line ferrihydrite to goethite transformation in an aqueous solution at an ambient temperature and pressure)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질학회
· 수록지 정보 : 지질학회지 / 52권 / 2호 / 121 ~ 127페이지
· 저자명 : 김진환, 박미선, 유재영

초록

페리하이드라이트는 지표 환경, 특히 광산 배수에 의해 오염된 하천 및 토양에서 매우 흔히 관찰되는 광물이다. 페리하이드라이트는 지표 환경에서 불안정한 광물이며, 시간이 지남에 따라 보다 안정한 광물인 침절석, 적철석 또는 레피도크로사이트로 변하게 된다. 이 연구의 목적은 실험을 통해 상온 상압 조건에서 2-회절선 페리하이드라이트가 침철석으로 변환하는 반응(이하 '변환 반응') 속도를 산정하는 것이다. 변환 반응 실험은 2-회절선 페리하이드라이트를 pH 5의 수용액에서 합성한 후, 이 수용액-침전물 혼합물을 25℃의 물중탕 조건에 보관하여 2-회절선 페리하이드라이트가 자연스럽게 침철석으로 변화될 수 있도록 진행하였다. 변환 반응 실험 시작 후 일정 시간 간격으로 수용액-침천물 혼합물을 채취하여 침전물을 여과, 건조 시킨 후 X-선 회절을 분석하였다. 순수한 침철석과 2-회절선 페리하이드라이트도 합성하였다. 합성된 2-회절선 페리하이드라이트와 침철석을 다양한 비율로 고르게 섞어 혼합물로 만든 뒤에 X-선 회절 분석을 하였다. 혼합물 X-선 회절을 패턴에 나타난 침철석의 (110) 회절선(21.2° 2θ CuKα)과 페리하이드라이트의 (110) 회절선(34.4° 2θ CuKα)의 강도 비율은 침철석의 함량에 비례하는 것으로 나타났으며, 이 관계를 이용하여 변환 반응 침전물의 X-선 회절 패턴으로부터 침철석의 함량을 구하였다. 이렇게 얻어진 침철석의 함량과 반응 시간과의 관계를 이용하여 변환 반응 속도를계산하였다. 침철석의 함량을 반응 시간에 따라 살펴 본 결과, 변환 반응은 최소 두 단계의 속도가 다른 반응으로이루어져 있으며, 처음 단계의 반응 속도 계수는 2.15×10-4/day이고 다음 단계 반응의 속도 계수는 1.24×10-2/day 이었다.

영어초록

Ferrihydrite is a common mineral found in many near surface environments, especially in the stream and soil contaminated by acid mine drainage. Ferrihydrite is an unstable mineral and should be transformed to another stable mineral such as goethite, hematite, or lepidocrocite with time. This study is to experimentally determine the transformation rate of 2-line ferrihydrite to goethite in an ambient condition. The starting 2-line ferrihydrite was synthesized in a solution of pH 5 and then allowed to stand to be spontaneously transformed to goethite in a water bath at 25℃. The aliquots of the reaction mixture were regularly extracted, filtered, and dried.
The filter cakes were scanned with a x-ray diffractometer. The intensity ratios of a goethite peak to that of ferrihydrite were used to estimate the contents of goethite in the filter cakes. This study obtained X-ray diffraction profiles of a set of ferrihydrite-goethite mixtures with known mineral compositions and found that the intensity ratio of (110) diffraction lines of goethite to ferrihydrite is proportional to the percentage of goethite. The goethite contents in the filter cakes were estimated from their x-ray diffraction profiles with the intensity ratio and revealed that the transformation was at least a two-step process. The rate constants for the initial and accompanying second step were 2.31×10-4 and 1.37×10-2/day, respectively.

참고자료

· 없음