• 광물과 암석
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• 제36권1호
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• pp.33-40
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• 2023

토도로카이트(todorokite)는 MnO6 팔면체가 모서리를 공유하는 터널구조에 Mg²⁺가 포함된 망간산화광물로, 이의 Cs 흡착 및 고정물질로의 적합성과 효율성을 알아보기 위해 합성된 토도로카이트에 Cs을 이온교환시킨 후 고온 처리 및 용출 실험을 통해 Cs의 용출양을 측정하였다. 본 연구에 사용된 토도로카이트는 Na-버네사이트(birnessite)를 Mg-부저라이트(buserite)상태로 조성 후 이를 전구물질로 이용하여 합성하였다. Cs을 이온교환시킨 토도로카이트를 고온 처리한 결과, 온도가 증가함에 따라 버네사이트, 하우스마나이트(hausmannite)로 광물상의 변화가 나타났다. Cs이 이온교환된 토도로카이트는 증류수와 1 M NaCl 용액과 반응 시간을 달리하여 용출량을 측정하였는데 용출량 변화는 온도구간에 따른 광물상 변화, 반응시간, 반응 용액의 종류에 따라 상이한 용출량을 보였다. 전반적으로 1 M NaCl과 반응한 시료에서 Na와의 이온교환 반응에 의하여 용출이 더 컸으나 어느정도 Cs의 고정 효과가 있는 것으로 나타났다. 처리 온도가 높을수록 Cs의 용출량은 증가하다 다시 감소하였는데 이는 각 온도에서 형성된 광물상과 밀접한 관련이 있으며 버네사이트가 형성되면서 용출량은 증가하나 버네사이트가 감소함에 따라 용출량은 다시 감소하고 고온에서 하우스마나이트로 상변화되면서 Cs의 용출량은 급격히 줄어들었다. 이러한 연구 결과는 Cs을 이온교환시킨 토도로카이트의 고온 처리를 통하여 Cs을 효과적으로 고정하고, 확산을 막는 물질로 활용할 수 있음을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제13권4호
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• pp.205-220
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• 2000

북동태평양 C-C지역의 우리나라 광구에서 산출되는 망간단괴의 내부조직을 크게 주상조직 층상대, 첨상조직 층상대, 첨상조직 괴상대, 첨상조직 다공질대 및 괴상조직 괴상대로 구분하였다. 주상조직 층상대에서는 버나다이트(vernadite)가 가장 우세하게 산출되며, 첨상조직 층상대에서는 부서라이크(buserite)가 함께 산출된다. 첨상조직 괴상대는 부서라이트의 산출이 두드러지며, 부분적으로 토도로카이트(todorokite)가 수반된다. 첨상조직 다공질대는 첨상체 또는 구상체로 이루어지며 부분적으로 괴상조직으로 교대되는데 주로 토도로카이트와 부서라이트로 구성되어 있다. 괴상조직을 갖는 괴상대에서는 토도로카이트와 버네사이트(birnessite)가 부서라이트와 함께 산출된다. 각 조직대별로 미세조직을 이루는 엽리들에 대해 전자현미분석을 실시하였다. 엽리의 화학조성을 구성하는 요인은 상관계수 군집분석에 의해 Mn-K의 Mn군, Cu-Ni-Zn-Mg(Ca-Na)의 Cu-Ni-Mg군 Fe-Co-Ti(Ca-P)의 Fe군과 Si-Al의 Si군 등 네 개군으로 구분된다. 각 조직대는 세 개 또는 네 개의 군으로 구성되며 이들 각군은 단괴에서 산출되는 광물과 밀접한 관계를 가진다. Mn군은 토도로카이트, Cu-Ni-Mg군은 부서라이트, Fe군은 함코발트수산화철광물, 그리고 Si군은 규산염광물에서 주로 기인하는 것으로 생각된다. 엽리의 화학조성은 이들 광물의 조합과 구성광물의 화학조성에 따라 지배되고 한 조직대내에서도 여러종류의 조합을 보이는데 이는 각 조직대의 엽리들의 성인과 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다.

• 한국광물학회지
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• 제32권3호
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• pp.151-162
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• 2019

토도로카이트(todorokite)는 $3{\times}3$ 망간 팔면체로 이루어진 상대적으로 큰 나노공극(nanopore)을 가지는 터널구조의 산화망간광물로 나노공극에 다양한 양이온 함유가 가능하기 때문에 금속이온 거동에 큰 역할을 할 수 있다. 주로 결정도가 낮고 다른 산화망간광물들과 함께 집합체로 발견되어 나노 공극 내부 양이온의 배위(coordination)구조는 실험만으로 여전히 규명하기 매우 어렵다. 이번 논문에서는 고전분자동력학(classical molecular dynamics, MD) 시뮬레이션을 이용하여 토도로카이트 터널에 함유된 $Mg^{2+}$ 이온의 배위구조에 대한 연구결과를 처음으로 소개한다. 기존 실험에서는 토도로카이트 내부에 함유된 $Mg^{2+}$가 공극의 중앙에 우세하게 자리한다고 알려져 있다. MD 시뮬레이션 결과, $Mg^{2+}$ 이온의 약 60 %가 나노공극의 중앙에 위치하지만, 약 40 %의 $Mg^{2+}$는 광물의 표면에 해당하는 공극의 코너에 위치하였다. 공극 중앙의 $Mg^{2+}$는 수용액에서처럼 물 분자와 6배위수를 보였다. 공극 코너의 $Mg^{2+}$ 역시 6배위수를 보였는데, 물 분자 이외에도 망간 팔면체 표면 산소와 배위를 보였다. $Mg^{2+}$ 이온의 동적 거동을 파악하기 위해 계산한 평균 제곱 변위(mean squared displacement) 결과에서는, 수용액 벌크(bulk) 상태에서 갖는 물 분자와 양이온의 동적 성질이 토도로카이트 1D 나노공극에서는 유지되지 못하고 잃어버리는 것을 확인할 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제19권4호
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• pp.265-276
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• 1986

장성망간광상은 주로 두무동층과 동점규암충을 횡단하는 맥상광체로 산출된다. 본 지역의 망간광맥은 대체로 $N5-10^{\circ}E$의 주향과 $75-80^{\circ}SE$의 경사를 보인다. 망간광체는 일차적으로 열수기원의 탄산망간광석과 이의 표성산화물인 산화망간광석으로 구성되어 있다. 탄산망간광석은 주로 능망간석으로 구성되어 있고 약간의 황화광물들을 수반한다. 산화망간광석은 버어네사이트 캘코파냐이트, 토도로카이트, 엔소타이트, 연망간석으로 구성되어 있다. 탄산망간광물은 다음과 같은 순서로 산화되어 산화망간광물들이 형성되었다. 능망간석$\longrightarrow$버어네사이트$\longrightarrow$토도로카이트$\longrightarrow$엔소타이트$\longrightleftarrow$연망간석 한편 토도로카이트와 캘코파나이트는 후기에 공동에서 침전에 의하여 형성되기도 했다. 캘코파나이트의 열화학적인 성질을 X선회절분석, 적외선흡수분광분석, 열분석, 전자현미분석, 가열실험 등에 의하여 연구한 결과 $90{\sim}110^{\circ}C$에서 $4.8{\AA}$상으로 상변화하였다. 버어네사이트, 토도로카이트, 엔소타이트, 캘코파나이트 등의 전자현미분석 결과 본 광상에서 산출되는 산화망간 광물들은 대체로 Zn을 비교적 많이 함유하고 있음이 밝혀졌다.

• 자원환경지질
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• 제17권4호
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• pp.273-282
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• 1984

분천 광산의 망간 광상은 선캠브리아기 율리통의 변성암류의 엽상 구조를 횡단하는 $N20^{\circ}E$ 방향의 단층면을 따라 열수 용액이 충진하여 형성된 열수 기원의 규산 망간 광석과 이의 표성 산화작용에 의하여 생성된 산화 망간 광석으로 구성되어 있다. 규산 망간 광석은 주로 파이록스만자이트로 구성되어 있으며 소량의 능망간석, 석영, 녹니석 및 황화황물(황철석, 황동석, 섬아연석, 방연석, 알라반다이트, 자류철석)등이 포함되어 있다. 산화 망간 광석은 엔소타이트, 버네사이트, 토도로카이트, 망가나이트 등으로 구성되어 있다. 파이록스만자이트와 능망간석의 산화과정 및 광물생성 순서는 다음과 같다. 능망간석$_{\rightarrow}^o$토도로카이트$_{\searro}^o$파이록스만자이트$_{\line(10){90}}^o{\nearro}$버네사이트$_{\rightarrow}^o$엔소타이트$_{\rightarrow}^s$ 망간나이트 (o : 산화, s : 단순한 순서) 광석을 구성하고 있는 광물들은 광학적, X선적, 적외선 흡수분광학적, 열분석에 의하여 감정 연구되었다.

• 자원환경지질
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• 제15권4호
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• pp.205-219
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• 1982

어성천 망간광상은 고생대 오르도비스기의 흥월리 돌로마이트층과 삼태산 석회암층에 관입한 석영반암맥을 따라 산출되는 표성광상이다. 망간광석은 산화망간광물들과 이에 수반되는 맥석광물들로 구성되어 있다. 산화망간광물들 중 란시아이트와 토도로카이트는 다량으로 산출되며, 버어네사이트, 엔소타이트, 연망간석, 캘코파나이트는 소량으로 산출된다. 맥석광물로는 방해석, 석고, 침철석, 레피도크로사이트, 석영, 견운모등이 산출된다. 산화망간광물들과 맥석광물들의 연구에는 현미경 관찰, 화학분석, 엑스선회절분석, 적회선흡수분광분석, 시차열분석 방법등이 이용되었다. 버어네사이트와 란시아이트의 관계가 엑스선회절분석과 적외선흡수분광분석법에 의하여 연구되었다. 이 두 광물들은 구조적으로 상당히 밀접한 관계가 있으나 서로 다른 광물종임이 적외선 흡수 스펙트럼연구에 의하여 확실시된다. 산화망간광물들은 표성환경하에서 교대작용, 용액으로부터의 침전, 재결정작용등에 의하여 생성되었다. 산화망간광물들의 생성순서는 다음과 같은 경향을 보여준다 : (능망간석)-(토도로카이트)-(버어네사이트, 란시아이트)-(엔소타이트, 연망간석, 캘코파나이트).

• 광물과 암석
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• 제33권4호
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• pp.427-437
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• 2020

미래의 유망 자원으로 주목받고 있는 망가니즈단괴는 태평양이나 인도양의 심해저뿐만 아니라 북극해에서도 여러 곳에서 발견되고 있다. 망가니즈단괴는 성장과정에 따라 외형, 내부조직, 화학조성 및 광물조성 등 여러 가지 특성이 달라진다. 망가니즈단괴의 성장과정에 따른 내부조직과 화학조성은 다양한 연구를 통해 비교적 잘 알려져 있으나, 정량적인 광물조성은 분명하게 밝혀진 바가 없다. 망가니즈단괴를 구성하는 산화망가니즈광물들은 입자가 매우 작고 결정도가 낮기 때문에, 정량적인 분석이 어려워 전체 시료에 대한 정성적인 결과만이 보고되고 있다. 이번 연구에서는 북극 동시베리아해 망가니즈단괴의 내부조직을 관찰하고, 조직에 따른 광물조성의 변화를 알아보았으며, X선회절분석 그래프의 피크 면적비를 이용하여 망가니즈단괴를 구성하는 3가지 주요한 산화망가니즈광물 즉, 토도로카이트, 부서라이트, 버네사이트의 반정량 분석을 시도하였다. 동시베리아해 망가니즈단괴는 버네사이트, 부서라이트, 토도로카이트 순으로 함량비가 감소하며, 내부조직과는 뚜렷한 연관성을 나타내지 않았다. 그러나 단괴 내부에서 표면으로 갈수록 토도로카이트의 함량이 감소하는 경향을 나타내는데, 그 이유는 초기 침전 이후의 재결정작용 또는 단괴 내외부의 성장 속도 차이에 의한 것으로 간주된다. 피크 면적비를 이용한 산화망가니즈광물의 반정량분석은 단괴 내부에서의 광물조성 차이를 비교하는데에 좋은 방법으로 여겨지므로, 앞으로 망가니즈단괴의 광물학적 연구에 있어 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국광물학회지
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• 제2권2호
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• pp.90-99
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• 1989

동남광산(東南鑛山)의 망간 광석(鑛石)은 조선계(朝鮮係) 대석회암통(大石灰岩統)의 풍촌석회암내(豊村石灰岩內)에 모암(母岩)의 구조(構造)를 횡단(橫斷)하면서 맥상(脈狀)으로 산출(産出)한다. 망간광석(鑛石)은 열수기원(熱水起源)의 탄산(炭酸)망간광석(鑛石)과 표성기원(表成起源)의 산화(酸化)망간광석(鑛石)으로 구성(構成)되어 있다. 탄산(炭酸)망간 광석(鑛石)은 주(主)로 능(菱)망간석(石)으로 구성(構成)되어 있지만 파이록스만자이트, 자유석, 방해석(方解石), 석영(石英), 황철석(黃鐵石), 방연석(方鉛石), 섬아연석(閃亞鉛石)을 소량(小量) 함유(含有)한다. 산화(酸化)망간광석(鑛石)은 란시아이트, 부서라이트, 버네사이트, 버나다이트, 토도로카이트, 연(軟)망간석(石), 엔소타이트, 하이드로헤테롤라이트 및 침철석(針鐵石)으로 구성(構成)되어 있다. 산화(酸化)망간광물(鑛物)들은 탄산(炭酸)망간광물(鑛物) 및 규산(硅酸)망간 광물(鑛物)의 산화작용(酸化作用), 용액(溶液)으로부터의 침전작용(沈澱作用)에 의(依)하여 생성(生成)되었으며 생성순서(生成順序)는 1)능(菱)망간석(石)${\rightarrow}$버나다이트${\rightarrow}$버네사이트${\rightarrow}$엔소타이트${\rightarrow}$연(軟)망간석(石), 2) 파이록스만자이트${\rightarrow}$버네사이트, 3) 부서라이트${\rightarrow}$란시아이트이다. 부서라이트, 토도로카이트, 히이드로헤테롤라이트는 용액(溶液)으로부터 침전작용(沈澱作用)에 의(依)하여 생성(生成)되었다. 이 광산(鑛山)에서 산출(産出)되는 각(各) 광물(鑛物)에 대(對)하여 현미경, X-선, IR, DTA, TG, 전자(電子)현미경에 의(依)한 광물학적(鑛物學的) 특성(特性)이 연구(硏究)되었다.

• 자원환경지질
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• 제52권6호
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• pp.509-517
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• 2019

망간단괴를 주로 이루고 있는 망간산화물 버네사이트(7Å manganate, δ-MnO₂)는 지표의 주요한 망간 광물로서 다양한 합성법이 연구되어 있으며 또한 토도로카이트 합성의 전구물질이기도 하다. 본 연구에서는 기존에 연구된 합성방법들 가운데 산화-환원반응을 합성기작으로 하는 Feng et al.(2004)와 Luo et al.(1998)의 방법, 환원반응을 합성기작으로 하는 Ma et al.(1999)의 방법 총 3 가지 방법을 참고하여 버네사이트 합성 조건 중 합성에 사용되는 염기(OH^-)와 과망간산(MnO₄^-) 시약의 양이온 종류에 따른 합성 결과물의 특성을 연구하였다. 합성 시약의 양이온을 Na⁺와 K⁺ 두 이온으로 조합하여 총 12 가지 버네사이트를 합성하였다. 합성한 버네사이트의 구성 광물종은 XRD를 통해 동정하고 ICP를 통해 광물내의 두 이온 조성비를 측정하였다. 버네사이트를 전구물질로 한 부저라이트(buserite)를 열수처리한 생성물에 대한 XRD 분석 후 토도로카이트로의 상변이 유무 및 양상을 비교하였다. 그 결과 합성 방법마다 부산물 및 상전이 특성이 다른 경향성으로 나타났으며, 산화-환원반응기작 합성 방법에서 두 방법 모두 허스마나이트(hausmannite, γ-Mn₃O₄)와 페이크네타이트(feitknechtite, β-MnOOH)가 부산물로 생성되었다. Feng et al.(2004)의 방법에서는 망가나이트(manganite, γ-MnOOH) 상이 Na⁺가 지배적으로 존재하는 조건에서만 나타났다. 산화-환원반응 기작으로 합성한 두 가지 버네사이트는 공통적으로 NaOH, KMnO₄를 사용하여 합성한 시료에서 토도로카이트(todorokite, 10Å manganate, OMS-1)로의 상전이가 나타났다. Ma et al.(1999)의 방법에서는 단일 상의 버네사이트가 합성되었고, 양이온을 Na⁺으로만 합성한 시료에서만 상전이를 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제14권1호
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• pp.27-33
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• 1981

Blake Plateau 상(上)의 망간단괴(團塊)는 주(主)로 미정질(微晶質) 내지(乃至) 은미정질(隱微晶質) 토도로카이트와 소량(少量)의 석영(石英), 점토(粘土), 탄산염광물(炭酸鹽鑛物) 및 필 립사이트로 구성(構成)되어 있다. 망간단괴(團塊)는 그 단면(斷面)에서 동심엔층상(同心円層狀), 내핵(內核), 부정합(不整合), 열극충전(裂隙充塡) 등(等)의 육안적(肉眼的) 구조(構造)를 가지고 있고 현미경하(顯微鏡下)에서는 교질상(膠質狀), 비편상(碑片狀) 및 다이아제네시스 구조(構造)가 관찰(觀察)된다. 어떤 기원(起源)의 단괴(團塊)의 조직(組織)에 대(對)하여도 적용(適用)될 수 있는 새로운 교질상(膠質狀) 조직분류(組織分類) 방안(方案)을 발견(發見)하여 체계화(體系化)하였다. 즉(卽) 호상조직(縞狀組織), 혹모양조직(組織) 및 구상조직(球狀組織)의 교질상물질(膠質狀物質)의 3가지 기본(基本) 조직단위(組織單位)가 존재(存在)한다는 것이 밝혀졌으며, 이의 체계적(體系的)인 세분(細分)으로 모든 망간단괴(團塊)의 조직(組織)의 체계적(體系的)인 기술(記述)과 연구(硏究)가 가능(可能)하게 되었다. 3가지 기본(基本) 조직단위(組織單位)의 존재(存在)는 망간 단괴성장(團塊成長)에 있어서 적어도 3가지 주성장방식(主成長方式)이 존재(存在)한다는 것을 지시(指示)해준다.