Journal of the Mineralogical Society of Korea (한국광물학회지)

The Mineralogical Society of Korea (한국광물학회)
권호 표지

Mineralogical Properties and Paragenesis of H-smectite

H-스멕타이트의 광물학적 특성과 생성관계

  • Received : 2010.12.02
  • Accepted : 2010.12.21
  • Published : 2010.12.30
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Abstract

Pumiceous tuffs occurring in the Beomgockri Group are examined applied-mineralogical characteristics and their controling factors to evaluate their potentials as the adsorption-functional mineral resources. The pumiceous tuffs are diagenetically altered to low-grade zeolitcs and bentonites in the Janggi area. Compositional specialty due to the presence of pumice fragments induces the altered tuffs to exhibit the characteristic adsorption property combined with cation exchange capacity, specific surface area, and acidic pH. Unusual lower pH in the adsorption-functional mineral substances is turned out to be originated from the presence of H-smectite having $H^+$ in the interlayer site of the sheet structure. On account of disordered crystallinity resulting from the exchanged $H^+$ in the interlayer site, the smectite commonly forms crenulated edges in the planar crystal form and exhibits characteristic X-ray diffraction patterns showing comparatively lower intensities of basal spacings including (001) peak than conventional Ca-smectite. Based on the interpretation of paragenetic relations and precursor of the H-smectite, a genetic model of the peculiar clay mineral was proposed. The smectite formation may be facilitated resulting from the precipitation of opal-CT at decreasing pH condition caused by the release of H+ during diagenetic alteration of pumice fragments. Because of the acidic smectite, the low-grade mineral resources from the Beomgockri Group may be applicable to the adsorption industry as the raw materials of acid clays and bed-soil.

제3기 마이오세 화성쇄설성 퇴적층인 범곡리충군의 주요 구성 암층인 부석질 응회암의 흡착기능성 광물자원으로서의 자원잠재성을 평가하기 위하여 그 응용광물학적 특성 및 그 규제 요인에 대하여 해석하였다. 장기 지역 범곡리층군에서 주된 암상을 이루는 부석질 응회암은 속성변질되어 저품위 제올라이트 및 벤토나이트를 이룬다. 이들은 부석편의 존재로 인한 성분적 특수성에 기인하여 일부 광석들은 양이온치환 능력, 비표면적 및 산성의 pH 농도와 연관된 우수한 흡착기능성을 나타낸다. 이 흡착기능성 광물질에서 낮은 pH 농도를 유발하는 것은 주로 결정구조상 층간에 수소 이온을 갖는 H-스멕타이트의 존재에 의한 것으로 밝혀졌다. 이 H-스멕타이트는 층간 교환성 양이온으로서 수소 이온의 존재에 의해 결정구조상 불규칙성이 야기되어 엽편상의 결정 가장자리가 다소 말린 형태를 보이고, X-선회절 분석에서는 (001) 회절선을 비롯한 주요 기저 회절선들이 일반적인 Ca-유형의 스멕타이트에 비해 상대적으로 낮은 강도를 보이는 것이 특정이다, 이 H-스멕타이트의 원물질 해석과 광물 공생관계를 토대로 이 독특한 점토광물의 생성 모델을 제시하였다. 즉, 부석질 유리편이 속성과정 동안에 필연적으로 야기되는 수화 변질의 결과로 규산이 해리되면서 생성된 수소 이온에 의해 공극수의 pH가 감소되어 단백석이 생성됨으로써 스멕타이트의 생성을 조장한 것으로 여겨진다. 강한 산성을 유발하는 이같은 H-스멕타이트의 존재에 의해서 범곡리층군의 저품위 흡착기능성 광물자원의 산업적 효용도, 특히 산성백토나 상토 부문 등에서 긍정적으로 평가될 수 있을 것으로 여겨진다.

Keywords

References

  1. 고상모, 손병국, 송민섭, 박성완, 이석훈 (2002) 벤토나이 트의 물리-화학적 성질을 지배하는 요인분석. 한국광물학회지, 15, 259-272.
  2. 노진환 (1989) 장기 지역 제3기층의 불석화 작용. 지질학회지, 25, 30-43.
  3. 노진환 (2000) 벤토나이트의 광물학적 특성과 품위 및 품질 평가. 제1회 산업광물심포지움 논문집: 벤토나이트와 그 응용. 산업광물은행, 16-29.
  4. 노진환 (2001) 국내산 제올라이트의 부가가치 향상을 위 한 광물특성 평가방안. 한국광물학회지(광물과 산업) 14, 1-17.
  5. 노진환 (2002) 국내산 벤토나이트의 광물학적 및 암석화학적 특징과 그 성인적 의미. 지질학회지, 38, 441-455.
  6. 노진환 (2006) 장기층군의 함탄층에서 산출되는 흡착기능성 광물 자원의 부존 환경 및 자원잠재성 평가. 한국광물학회지, 19, 197-207.
  7. 노진환, 이석훈 (2002) 벤토나이트의 풍화에 따른 점토광 물의 상전이 및 광물특성. 한국광물학회지, 15, 147-159.
  8. 노진환, 홍진성 (2005) 장기지역 범곡리층군에 부존되는 진주암의 산출상태와 생성관계. 한국광물학회지, 18, 277-288.
  9. 노진환, 홍진성 (2010) 장기 지역 제 3기 범곡리층군의 화산쇄설성 암상과 층서. 지질학회지, 46, 141-156.
  10. 문희수, 유장한, 김종환, 조한익 (1987) 국내산 벤토나이 트의 몇 가지 물리화학적 특성에 관하여. 광산지질, 20, 159-168.
  11. 윤소정, 문희수 (1994) 산처리 과정에 따른 벤토나이트의 결정구조 변화. 자원환경지질. 27, 507-521.
  12. Brunauer, S., Emmett, P.H., and Teller, E. (1938) Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society, 60, 309-319. https://doi.org/10.1021/ja01269a023
  13. Guidry, S.A. and Chafetz, H.S. (2002) Siliceous cements: Geochemical constraints on the precipitation process. AAPG Annual Meeting.
  14. Faure, G. (1991) Principles and Apllications of Inorganic Geoshemistry. Macmillan Publishing Company, 626p.
  15. Hay, R.L. (1963) Stratigraphy and zeolitic diagenesis of the John Day formation of Oregon. Univ. Calif PubI. Geol. Sci., 42, 199-262.
  16. Inglethrope, S.D.J., Morgan, D.J., Highley, D.E., and Bloodworth, A.J. (1993) Industrial minerals laboratory maunal: Bentonite. British Geological Survey, 116p.
  17. Kastner, M., Keene, J.B., and Gieskes, J.M. (1977) Diagenesis of siliceous oozes-I. Chemical controls on the rate of opal A and opal CT transformation: an experimental strudy. Geochim. Cosmochim. Acta, 41, 1041-1060. https://doi.org/10.1016/0016-7037(77)90099-0
  18. Mariner, R.H. and Surdam, R.C. (1970) Alkalinity and formation of zeolites in saline and alkaline lakes. Science, 170, 977-980. https://doi.org/10.1126/science.170.3961.977
  19. McCauley, A., Jones, C., and Jacobsen, J. (2003) Soil pH and organic matter. MSU Extension Service, 12p.
  20. Rayment, G.E. and Higginson, F.R. (1992) Australian Laboratory Handbook of Soil and Water Chemical Methods. Inkata Press, Melbourne, 330p.
  21. Rietveld, H.M. (1969) A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. J. Appl. Cryst., 2, 65-71. https://doi.org/10.1107/S0021889869006558
  22. Schumacher, B.A. (2002) Methods for the determination of total organic carbon (TOC) in soils and sediments. Ecological Risk Assessment Support Center, US. Environmental Protection Agency, 23p.
  23. Sudo, T. and Shimoda, S. (1978) Clays and Clay Minerals of Japan. Developments in Sedimentology 26, Elsevier, Amsterdam-Oxford-New York, 326p.
  24. Takeshi, H. (1978) Smectites. In: Clays and Clay Minerals of Japan. (eds) Sudo, T. and Shimoda, S., Kodansha Scientific Books, 221-242.
  25. Talyor, J.C. (1991) Computer programs for standardless quantitative XRD analysis of minerals using the full powder diffaraction profile. Powder Diffraction, 6, 2-9. https://doi.org/10.1017/S0885715600016778
  26. Talyor, J.C. and Matulis, C.E. (1994) A new method for Rietveld clay analysis. Part 1. Use of a universal measured standard profile for Rietveld quantification of smectite. Powder Diffration, 9, 119-223. https://doi.org/10.1017/S0885715600014093
  27. Talyor, J.C. and Hinczak, I. (2001) Rietveld Made Easy: A Practical Guide to the Understanding of the Method and Successful Phase Quantification. 201p.
  28. Tateiwa, I. (1924) 1:50,000 Geological Atlas of Chosen, No. 2, Ennichi, Kuryuho and Choyo sheets., Geol. Surv. Chosen (in Japanese).