자로사이트 내 양이온 종과 pH에 따른 침철석으로의 광물 변화 특성

초록

자로사이트는 pH가 낮은 다양한 환경에서 발견되는 알루나이트 계열의 광물로 양이온이나 산화음이온이 공침 또는 치환된 형태로 구조 내 존재할 수 있다. 자로사이트는 pH 변화에 민감하여 pH 증가와 같은 지구화학적 변화 시 쉽게 침철석으로 상변화를 거치며 이러한 과정 중 자로사이트 내의 유해 이온들이 방출되어 추가적인 환경적 피해를 유발 할 수 있다. 자로사이트의 양이온 자리에 K 뿐만 아니라 Na와 NH 4가 대신 존재할 수 있으며 다른 양이온을 포함하는 자로사이트의 생성은 산성광산배수 뿐만 아니라 특히 제련산업에 있어서 중요하다. 본연구는 서로 다른 양이온을 함유하고 있는 세 종류의 자로사이트를 합성한 후 pH 변화에 따른 각 자로사이트의 침철석으로의 상변화 과정을 비교 연구하였다. 모든 자로사이트들은 pH의 변화에 민감하여 pH 4에서 보다 pH 8에서 훨씬 높은 상변화율을 보였다. 상대적으로 낮은 pH 4에서는 구조적으로 가장 안정한 K-자로사이트의 침철석으로의 상변화가 가장 느리게 일어났다. 다른 두 자로사이트의 경우 함유된 양이온이 K 이온보다 반경이 작거나 커서 구조적 안정성에 차이가 있고 이로 인하여 침철석으로의 전환이 더 빨리 일어났다. 그러나 pH 8에서는 K-자로사이트가 다른 자로사이트에 비하여 훨씬 더 빠른 침철석으로의 변화를 보였으며 이는 수용액 속의 K 이온의 급격한 증가에서도 확인될 수 있었다. 높은 pH에서 K-자로사이트의 상변화 양상은 낮은 pH에서 보여주는 것과 확연하게 다르며 침철석으로의 변화 기작이 pH 4에서 와는 다르다는 것을 지시한다. 이에 대하여는 추후 추가의 연구가 필요하다. 본 연구 결과는 산성광산배수나 제련소 폐기물의 처분 등에서 자로사이트의 상변화가 중금속의 거동에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 지시하며 제련 산업 폐기물 처리에 있어서 중금속의 거동을 예측하는데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 생각된다.

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