합성(合成) 수산화(水酸化) 철(鐵) 광물(鑛物)과 수산화(水酸化) 알루미늄 광물(鑛物)의 표면(表面) 전하(電荷) 및 물리화학적(物理化學的) 특성(特性)에 관(關)한 연구(硏究)

Studies on the Surface Charge Characteristics and Some Physico-Chemical Properties of two Synthetic Iron Hydrous Oxides and one Aluminum Hydroxide Minerals

  • 임수길 (고려대학교 농과대학 농화학과)
  • Lim, Sookil H. (Department of Agricultural Chemistry, College of Agriculture, Korea University)
  • 발행 : 1984.06.25

초록

수산화철 및 알루미늄 광물을 함유하는 토양의 물리화학적 및 표면 전하의 특성을 보다 정확히 이해하기 위하여 $FeCl_3$$AlCl_3$ 용액으로부터 두 종류의 수산화철광물(A와 B) 및 수산화알루미늄 광물을 합성하였다. X-ray 회절분석에 의하여 수산화철 A광물은 무정형, B광물은 다량의 무정형과 함께 goethite광물이 존재하는 것으로 밝혀졌다. $105^{\circ}C$에서 건조한 결과 A광물은 소량의 무정형과 함께 akaganeite 광물, B광물은 순수 goethite로 변하였다. 한편 합성된 수산화알루미늄 광물은 gibbsite와 bayerite 광물이 약 7:3의 비율로 혼합된 것으로 밝혀졌다. 유리 또는 무정형의 철과 알루미늄을 선택적으로 용출하는 것으로 알려진 dithionite와 oxalate용액을 이용하여 이들 수산화물을 세척한 결과 dithionite가 철 용출력은 가장 강했으나 oxalate에 의한 알루미늄 용출만이 수산화알루미늄 광물중의 무정형 광물 함량을 감소하고 결정성 광물의 결정도를 높였다. 타 광물과 달리 수산화철 A광물에서 dithioite에 의한 철의 용출이 가장 많았으나 냉동건조를 제외한 건조($105^{\circ}C$의 열건조 및 $P_2O_5$ 건조)에 의하며 그 용출량이 급격히 감소하였다. 수산화철 A광물의 표면적이 가장 컸으며 역시 냉동 건조를 제외한 건조처리에 의하여 그 표면적이 현저히 감소하였고, 이들 광물중의 점토($2{\mu}m$이하)함량도 표면적의 변하와 같은 경향을 보였다. 또한 표면 전하의 절대량 발달도 수산화철 A광물이 가장 컸으며 이들 광물들의 등전점은 각각 수산화철 A광물이 8.0-8.5사이, B광물이 7.5-8.0사이로써 높았고 수산화알루미늄 광물이 5.5-6.0 사이로써 낮았다.

Two Fe-hydrous oxide A,B and one Al-hydroxide minerals were synthesized precipitating Fe $Cl_3$ and $AlCl_3$ with alkali solution(NaOH) at pH 6.0, 12.0 and 4.5 respectively, for precise understanding of physico-chemical and surface charge characteristics of soils in which these minerals are dominant. Identification of these final products, effect of free and amorphous materials on X-ray diffraction analysis, particle size distribution and surface change characterics of these minerals were performed. Fe-hydroxide A and B were identified as great deal of X-ray amorphous material and as goethite with large amount of X-ray amorphous material, respectively. Dehydration by oven at $105^{\circ}C$ of these minerals exhibited akaganeite peaks with low X-ray amorphous hump and pure goethite peaks for Fe-hydroxide A and B, respectively. Both minerals, however, turned into hematite upon firing at $550^{\circ}C$. On the other hand, Al-hydroxide identified as mixture of gibbsite and bayerite of around 7:3 ratio. Application of sodium dithionite and ammonium oxalate solutions for removal of free or amorphous Fe and Al from these minerals revealed that only peak intensities of Al-hydroxide system were enhanced upon Al-extraction by oxalate solution even though dithionite solution was much powerful to extract Fe from Fe-hydrous oxide systems. Original(wet) Fe-hydrous oxide A has the highest specific surface and surface charge development(negative and positive), and the greatest amount of less than $2{\mu}m$ sized particles. Specific surface and clay sized particles(less than $2{\mu}m$) of Fe-hydrous oxide A, however, were drastically reduced upon dehydration($P_2O_5$ and oven drying) compare to the rest minerals. The Z.P.C. of these synthetic minerals were 8.0-8.5, 7.5-8.0 and 5.5-6.0 for Fe-hydrous oxide A, B and Al-hydroxide, respectively.

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