분쇄가 백운석의 탈이산화탄소 거동 변화에 미치는 영향 : 탄산염 단층 약화의 이해 고양 :Effect of grinding on the decarbonation behavior of dolomite:Understanding of carbonate faults weakening

김민식

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김민식 (공주대학교, 공주대학교 일반대학원)

지도교수: 김현나

발행연도: 2020

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이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2020

분쇄가 백운석의 탈이산화탄소 거동 변화에 미치는 영향 : 탄산염 단층 약화의 이해 고양

김민식 지질환경과학과 2020.01 학위논문

2019

백운석의 분쇄가 탄산염 단층의 약화에 미치는 영향

김민식 , 이범한 , 김진철 외 2명 대한지질학회 학술대회 2019.10 학술대회자료

입도 및 결정도가 백운석의 탈이산화탄소 반응에 미치는 영향

김민식 , 한기성 , 이범한 외 2명 한국암석학회 학술발표회 논문집 2019.05 학술대회자료

2018

백운석의 탈이산화탄소 반응에 입자크기가 미치는 영향

김민식 , 김현나 , 이범한 외 1명 대한지질학회 학술대회 2018.10 학술대회자료

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백운석[Dolomite,CaMg(CO3)2]은 대표적인 탄산염 광물로 분쇄과정을 거치면 입도 및 결정구조 변화, 이산화탄소 기체 발생, 열 분해 온도 및 메커니즘 같은 특성이 바뀌게 된다. 이 중 열 분해 온도 및 메커니즘 변화가 단층약화 현상에 중요하게 여겨지는데, 많은 경우 열 분해 시 나타나는 탈이산화탄소 반응에 의해 단층면의 마찰계수가 달라진다고 여겨왔다. 하지만 본 연구에서는 기존 연구 결과와는 다르게 고온의 열 없이 분쇄만으로 단층약화 현상이 발생할 수 있는 가능성을 알아보고자 하였다. 본 연구에서는 고 에너지 볼 밀을 이용해 백운석을 분쇄하였고, 분쇄에 의해 관찰되는 결정학적 특성 변화 및 탈이산탄소 거동 변화가 단층약화 현상에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. X-선 회절분석 및 레이저회절 입도분석 결과, 분쇄 전 백운석에 비해 결정도가 감소하고, 입도가 약 100~300 nm 까지 감소하였다. 또한 25Mg 고상핵자기공명 분광분석(25Mg Nuclear Magnetic Resonance), 라만(Raman) 분광분석을 통해 분쇄만으로 탈이산화탄소 반응이 발생하는 것을 관찰하였다. 분쇄된 시료를 가열할 경우, 분쇄 전에 비해 중량감소 및 열량변화 발생온도가 분쇄시간 증가에 따라 약 200~300℃ 가량 감소하였고, 관찰되는 횟수 또한 한 번에서 두 번으로 증가하였다. 또한 열 분해 생성물이 관찰되는 온도 또한 약 700℃에서 약 500℃로 감소하였다. 이와 같이 분쇄된 백운석의 입도 및 결정도 같은 결정학적 특성 및 열적 탈이산화탄소 반응 메커니즘 변화에 의해 단층면의 마찰계수를 낮출 수 있을 것으로 생각된다. 반복되는 단층 미끌림에 의해 지속적으로 결정학적 특성이 변하는 백운석 단층비지는 보다 단층약화 현상을 쉽게 발생시킬 것으로 생각되고, 본 연구를 통해 지진 발생 메커니즘 및 원인에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

Grinding of dolomite[CaMg(CO3)2], one of the representative carbonate minerals, induce the changes in its physical and chemical characteristics such as particle size, crystal structure, thermal decomposition mechanism, and mechanical decarbonation. In particular, changes of the thermal decomposition temperature and mechanism are considered as an important factor for carbonate faults weakening mechanism. Generally, thermal decomposition of dolomite and subsequent generation of carbon dioxide gas is known to mainly affect the strength of faults. In this study, we investigate whether fault weakening can occur only by milling process without heating at high temperature. The purpose of this study is to investigate the effect of crystallinity of ground dolomite using high energy ball mill on fault weakening mechanism. X-ray diffraction analysis and particle size analysis results showed that both crystallinity and particle size decreased upon grinding. The peak intensity of X-ray diffraction pattern of ground dolomite for 480 min decreases to approximately 10% prior to grinding. Particle size of ground dolomite is approximately 100~300 nm compared to the dolomite before milling. 25Mg Nuclear Magnetic Resonance(NMR) and Raman spectroscopy results showed that reduction of CO32- structure in dolomite after grinding. These results indicate that decarbonation reactions occurred by mechanical grinding without thermal heating. Thermal analysis such as TGA and DTA show that the thermal decarbonation temperature decreases about 200~300℃ as grinding time increased. The thermal decarbonation of dolomite changes from one-step reaction to two-step reaction after grinding. The X-ray diffraction pattern of heated dolomite after grinding also show peak of the decomposition products including calcite at 500℃, which is lower than 700℃ of unground dolomite. These results indicate that the mineralogical properties of dolomite including particle size, cystallinity, mechanical/thermal decarbonation reaction would lower the friction coefficient of slip surface of carbonte faults. The repeated slip would formed ultrafine particles with low crystallinity at slip surface and the formation of fault gouge possibly lower the friction coefficient of dolomite fault. This study will highlight the understanding of the weakening mechanism of dolomite faults and subsequent earthquake.

#Dolomite #High-energy Ball Mill #Fault Weakening #Decarbonation

List of Figures Ⅲ
List of Tables Ⅴ
국 문 요 약 Ⅵ
1. 서론 1
2. 시료준비 및 실험방법 7
2.1. 시료준비 7
2.2. 실험원리 및 방법 7
2.2.1. X-선 회절분석(XRD) 7
2.2.2. 레이저 회절 입도분석 8
2.2.3. BET 비표면적 분석 8
2.2.4. Mg 고상핵자기공명 분광분석 9
2.2.5. 라만 분광분석 10
2.2.6. 주사전자현미경 분석(SEM) 10
2.2.7. 투과전자현미경 분석(TEM) 11
2.2.8. 열 분석(TGA, DTA) 12
2.2.9. 당김전단시험(Pull test) 12
3. 실험결과 14
3.1. 실험결과 14
3.1.1. X-선 회절분석 결과 14
3.1.2. 레이저 회절 입도분석 결과 18
3.1.3. BET 비표면적 분석 결과 21
3.1.4. Mg 고상핵자기공명 분광분석 결과 24
3.1.5. 라만 분광분석 결과 26
3.1.6. 주사전자현미경 분석 결과 27
3.1.7. 투과전자현미경 분석 결과 29
3.1.8. 열 분석 결과 30
3.1.9. 당김전단시험 결과 36
4. 토의 및 결론 39
5. 참고문헌 43
ABSTRACT 53

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