상온 상압 조건의 수용액 내에서의 2-회절선 페리하이드라이트-침철석 변환 속도에 대한 연구

초록

페리하이드라이트는 지표 환경, 특히 광산 배수에 의해 오염된 하천 및 토양에서 매우 흔히 관찰되는 광물이다. 페리하이드라이트는 지표 환경에서 불안정한 광물이며, 시간이 지남에 따라 보다 안정한 광물인 침절석, 적철석 또는 레피도크로사이트로 변하게 된다. 이 연구의 목적은 실험을 통해 상온 상압 조건에서 2-회절선 페리하이드라이트가 침철석으로 변환하는 반응(이하 '변환 반응') 속도를 산정하는 것이다. 변환 반응 실험은 2-회절선 페리하이드라이트를 pH 5의 수용액에서 합성한 후, 이 수용액-침전물 혼합물을 25℃의 물중탕 조건에 보관하여 2-회절선 페리하이드라이트가 자연스럽게 침철석으로 변화될 수 있도록 진행하였다. 변환 반응 실험 시작 후 일정 시간 간격으로 수용액-침천물 혼합물을 채취하여 침전물을 여과, 건조 시킨 후 X-선 회절을 분석하였다. 순수한 침철석과 2-회절선 페리하이드라이트도 합성하였다. 합성된 2-회절선 페리하이드라이트와 침철석을 다양한 비율로 고르게 섞어 혼합물로 만든 뒤에 X-선 회절 분석을 하였다. 혼합물 X-선 회절을 패턴에 나타난 침철석의 (110) 회절선(21.2° 2θ CuKα)과 페리하이드라이트의 (110) 회절선(34.4° 2θ CuKα)의 강도 비율은 침철석의 함량에 비례하는 것으로 나타났으며, 이 관계를 이용하여 변환 반응 침전물의 X-선 회절 패턴으로부터 침철석의 함량을 구하였다. 이렇게 얻어진 침철석의 함량과 반응 시간과의 관계를 이용하여 변환 반응 속도를계산하였다. 침철석의 함량을 반응 시간에 따라 살펴 본 결과, 변환 반응은 최소 두 단계의 속도가 다른 반응으로이루어져 있으며, 처음 단계의 반응 속도 계수는 2.15×10-4/day이고 다음 단계 반응의 속도 계수는 1.24×10-2/day 이었다.

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