자로사이트 내 양이온 종과 pH에 따른 침철석으로의 광물 변화 특성 (Mineral Transformation Characteristics of Jarosite to Goethite Depending on Cation Species and pH)

서지정보

· 발행기관 : 한국광물학회
· 수록지 정보 : 광물과 암석 / 37권 / 2호 / 47 ~ 57페이지
· 저자명 : 김영규

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.

영어초록

Jarosite, a mineral belonging to the alunite family, is found in various low pH environments and can incorporate cations or oxyanions into its structure, either by coprecipitation or substitution. This mineral is sensitive to pH changes and can easily transform into goethite upon geochemical changes, such as an increase in pH. This transformation can release toxic ions from the jarosite, potentially causing additional environmental damage. In addition to potassium (K), sodium (Na) and ammonium (NH 4) can also substitute for cations in jarosite. The formation of jarosites containing these and other cations is significant not only for acid mine drainage but also for the smelting industry. In this study, three different types of jarosites containing various cations were synthesized and the phase transformation of each jarosite to goethite upon pH change were compared. All the jarosites were sensitive to pH changes, showing much higher rates of phase change at pH 8 than at pH 4. At the relatively low pH of 4, the phase transformation of K-jarosite, which is most stable in structure, to goethite was the slowest. For the other two jarosites, the cations have either smaller or larger radii than K ions, resulting in differences in structural stability and they showed more rapid transformations to goethite. However, at pH 8, K-jarosite exhibited a much more rapid transformation to goethite than the other jarosites, which was also evident from the rapid increase in K ions in aqueous solution. The mineral transformation behavior of K-jarosite at higher pH is significantly different from that at lower pH, indicating that the mechanism of the transformation to goethite differs between these conditions, which requires further investigation. The results of this study indicate that the mineral transformation of jarosite in acid mine drainage or smelter waste disposal may significantly influence the behavior of heavy metals. This research provides valuable insights for predicting the behavior of heavy metals in smelting industry waste disposal.

참고자료

· 없음