Diffusion is a powerful tool to understand geological processes recorded in terrestrial rocks as well as extraterrestrial materials. Since the diffusive exchange of elements or isotopes may have occurred differently in the solar nebula (high temperature and rapid cooling) and on the parent bodies (fluid-assisted thermal metamorphism at relatively low temperature), it is particularly important to model elemental or isotopic diffusion profiles within the mineral grains to better understand the evolution of the early solar system. A numerical model with the finite difference method for the fast grain boundary diffusion was established for the exchange of elements or isotopes between constituent minerals in a closed system. The fast grain boundary diffusion numerical model was applied to 1) 26Mg variation in plagioclase of an amoeboid olivine aggregate (AOA) from a CH chondrite and 2) Fe-Mg interdiffusion between chondrules, AOA, and matrix minerals in a CO chondrite. Equilibrium isotopic fractionation and equilibrium partitioning were also included in the numerical model, based on the assumption that equilibrium can be reached at the interfaces of mineral crystals. The numerical model showed that diffusion profiles observed in chondrite samples likely resulted from the diffusive exchange of elements or isotopes between the constituent minerals. This study also showed that the closure temperature is determined not only by the mineral with the slowest diffusivity in the system, but also strongly depends on the constituent mineral abundances.
$^{31}$ /P NMR and XRD have been used to study the mineralogical compositions and the phosphorus species in marine sediments near Wolsung nuclear power plant. The core samples with 30cm depth were investigated and no mineralogical changes have been found. The studied marine sediments were composed of quartz, albite, microcline, calcite, and some clay minerals such as illite, smectite, chlorite, and kaolinite. Only orthophosphate-monoester and very small amount of ortho-phosphate-diester were identified as phosphorus species in the studied sample, different from the species reported in other countries. These phosphorus species are mainly from organisms and was exposed to the oxic conditions. The consistent mineralogical compositions as well as the same phosphorus species throughout the entire core samples indicate that the constant oxic condition was kept without any changes in sedimentary conditions or the sediments were deposited with different sedimentary conditions, but later they were disturbed by other activities and exposed to the surface oxic conditions continuously.
In this paper, we explore interfacial properties of the mineralized CNTs when they are employed as reinforcing fillers in a polymer nanocomposite using molecular dynamics (MD) simulations. Recently, several studies on mineralizing carbon nanotubes (CNTs) with an aid of nitrogen doping to CNTs have been reported. However, there is a lack of studies on the reinforcing effects of the mineralized CNTs when it is employed as a filler of nanocomposites. Silica ($SiO_2$) is used as a mineral material and poly (methyl metacrylate) (PMMA) is used as a polymer matrix. Pull-out simulations are conducted to obtain the interfacial energy and the interfacial shear stress. It was found that the silica mineralized CNTs have higher interfacial interaction with the polymer matrix. In the future, by examining various thermomechanical properties of the mineralized-CNT-filler/polymer nanocomposites, we will search for potential applications of the novel reinforcing filler.
The nature of surface deformation of Tono granite was investigated using a confocal laser scanning microscope (CLSM) under water-saturated stress relaxation conditions. A new apparatus was developed for this experiment, enabling continuous measurements of stress-strain and simultaneous observations of surface deformation by CLSM. The amounts of grain contact deformation and intra-granular surface deformation were calculated using a finite element method. The results reveal that intense grain contact deformation and intra-granular surface deformation occurred during the period of stress relaxation, and that the intensity of this deformation increased with increasing applied stress. Finite element method (FEM) results show that the strain of grain boundary was greater than strain of inter-granular surface. Contour maps of these local strains were compiled for individual grains and their boundaries, revealing intense deformation at the boundaries between biotite and quartz under compressional stress. This result was a consequence of the mechano-chemical effect of biotite and quartz minerals. Biotite in granite has a layered structure of iron-magnesium-aluminum silicate sheets that are weakly bonded together by layers of potassium ions. In contrast, quartz occurs as stable spherical grains.
Yoon, Young Jin;Lee, Ji Eun;Bang, Sang Je;Baek, Young Doo;Kim, Yeongkyoo
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.31
no.3
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pp.173-182
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2018
The precipitation and phase transformation processes of iron minerals in acid mine drainage have a great influence on the behavior of trace elements in drainage. However, it is not easy to accurately trace these processes in natural environments, and therefore, most studies have carried out in the laboratory to obtain the information on the precipitation and transformation of those minerals. In this study, the precipitation of minerals and the changes of trace elements in drainage water were investigated at different pH values in actual acid mine drainage collected from the Dalsung mine. The amount of some precipitated minerals was not enough for the mineral identification. However, from the minerals identified, amorphous minerals were formed first, and then goethite was precipitated probably from schwertmannite. When the pH of the sample was high (10), amorphous phases of minerals were still observed at even high pH (pH 10). With increasing time, the pH values decreased by precipitation and transformation of minerals. All the elements showed low concentrations at high pH (8, 10), which might be due to the precipitation of minerals at high pH and the effect of surface charge, and the concentrations of elements gradually increased with time. In the case of sulfur, it also increased in water due to the transformation of schwertmannite to goethite.
Ferrihydrite is an iron oxide mineral that is easily found in the natural environment, including acid mine drainage, and has a low crystallinity and high specific surface area, resulting in high reactivity with other ions, and can remove environmentally hazardous substances. However, because ferrihydrite is a metastable mineral, there is a possibility of releasing adsorbed ions by phase transformation to other minerals having low surface area and high crystallinity. In this study, the adsorption characteristics of arsenate, chromate, and selenate on ferrihydrite and the oxyanion removal efficiency of ferrihydrite were studied considering mineral phase transformation. At both pH 4 and 8, the adsorption of oxyanions used in the study were in good agreement with both Langmuir and Freundlich adsorption models except for selenate at pH 8. Due to the difference in surface charge according to pH, at pH 4 a higher amount of ions were adsorbed than at pH 8. The adsorption amount were in the order of arsenate, chromate, and selenate. These different adsorption models and adsorption amounts were due to different adsorption mechanisms for each oxyanions on the surface of ferrihydrite. These adsorption characteristics were closely related to changes in the mineral phase. At pH 4, a phase transformation to goethite or hematite was observed, but only a phase transformation to hematite was observed at pH 8. Among the oxyanion species on ferrihydrite, arsenate showed the highest adsorption capacity and hardly caused phase transformation during the experimental period after adsorption. Contrary to this, chromate and selenate showed faster mineral phase transformation than arsenate, and selenate had the lowest retardation effect among the three oxyanions. Ferrihydrite can effectively remove arsenate due to its high adsorption capacity and low phase transformation rate. However, the removal efficiency for other two oxyanions were low by the low adsorption amount and additional mineral phase transformation. For chromate, the efficient removal is expected only at low concentrations in low pH environments.
암석이 화학적으로 매우 불균일하기 때문에 암석에 있어서 자연적인 풍화와 인위적인 오염에서 기인한 손상을 구별짓는다는 것은 간단하지 않다. 석재의 화학적인 풍화는 스며든 빗물이나 오염먼지 등에 의해 생성된 물질의 농도변화로 표현되어 진다. 특히 벽면 표면의 두터운 검은 외각과 얇은 검은 막은 미관상으로 뿐만 아니라 암석 자체에도 큰 손상을 끼친다. 일반적으로 이런 검은 물질들은 비 등의 수분과 직접적인 접촉이 없고, 농축된 오염물질들이 쉽게 쌓일 수 있는 곳에서 찾아볼 수 있다. 천연 암석과 마찬가지로 검게 손상된 층 또한 화학적으로 매우 복잡한 체계를 갖고 있어 그 생성 원인과 메커니즘을 규명하는 것이 어려운 일이다. 이 흑색 층은 일반적으로 공기오염물질, 유기물, 철과 망간등의 유색광물의 이동과 침착의 현상에서 생성될 수 있다. 건물들의 외벽에 사용된 여러 종류의 사암과 석회암, 인조석의 표면에는 여러 풍화 손상 형태가 나타나고 있다. 특히 표면에 있는 검은 막의 성질을 알아보기 위해 화학성분을 주성분과 미량성분으로 나누어 측정하였고, 화학적인 특징을 예측하기 위해서 분석자료를 여러 통계적인 방법으로 처리하였다.
The weathering of the Namsan granite was studied in terms of sorption process. The Namsan granite consists mainly of quartz, alkali feldspar, plagioclase (${Ab_{85}An_{15}}-Ab_{100}$ and biotite with small amounts of sericite, magnetite and ilmenite. The kinetic factors for altering the granite body are the proton and hydroxyl ions derived from the reaction of water and mineral. There are two different types of pH variation curves for rocks of different mineral assemblages. when powdered granite was dispersed in distilled water under ambient condition. The sorption-process proceeds by three steps for fresh granite; (1) the initial rapid pH-rise to 10 by the uptake of proton by negatively charged mineral surfaces, (2) the gradual pH-down, and (3) the stable pH tail between 7.1-7.5. For somewhat weathered granites, the sorption proceeds; (1) the initial rapid pH-down to 4.8, (2) the slight pH-rise and slow ph-down, and (3) the stable pH tail between 5.0-5.3. The reaction rate is controlled by the density of adsorbable sites, the solubility of the mineral, pH of the system and formation of amorphous gel and gibbsite. Amorphous gel floates on the surface of the solution while stirring the powdered granite and then is transformed into gibbsite in an hour or so. The pH saturation values for -325 mesh fresh granite from 5 m depth is about pH 10 when rock/water ratio is over 10g/200 ml.
The dehydration of hexadecyltrimethylammonium (HDTMA)-exchanged montmorillonite has been studied using X-ray diffractometry (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC). The dehydration in HDTMA-montmorillonite seems to influence the swelling behavior of the organo-clay during heating. The basal d(001) spacing vs temperature curve of the HDTMA-montmorillonite has one broad swelling edge with a shoulder on the low-temperature side. We believe that the shoulder at $100^{\circ}C$ for the HDTMA-montmorillonite is due to interlayer swelling induced by the initial rearrangement of surfactants, and the second edge at $200^{\circ}C$ is caused by interlayer swelling resulting from the secondary vertical reorientation of alkyl chains. It seems that the dehydration of organo-clay induces a reorientation of the alkyl chains by transition to more vertical position relative to the silicate sheets, allowing instantly greater d-spacing.
The Chungung-dong 5-storied pagoda (Treasure No. 12) in the nnm, Korea was studied on the basis of petrological weathering and deterioration diagnosis. Frontal part of the pagoda is looked out on the N30$^{\circ}$W. Constitution rocks of this pagoda show augen gneiss and biotite granite. Host rock of the pagoda was highly exfoliation and discoloration, therefore most rock-forming minerals were altered to the clay minerals due to the mineralogical and chemical weathering. Open cavity and rock surface occur partly green and black patchs because of contamination by algae, lichen and moss, and the lower part of the pagoda is transition to the some weeds. This biological problems are need for cleaning and chemical treatments. For the structural stability, the pagoda is rebuilt without open gap between the each rock materials. All iron plates eliminate from the difference gap of the rock materials, and properly conservation treatments need to be repaired petro-filler for stone cultural properties and water curtain for the humidity attenuation of the ground.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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