Abstract
Mineralogical and chemical characterization of some domestic bentonites, such as quantitative XRD analysis, chemical leaching experiments, pH and CEC determinations, were done without any separation procedures to understand their relationships among mineral composition, characteristics, and cation exchange properties. XRD quantification results based on Rietveld method reveal that the bentonites contain totally more than 25 wt% of impurities, such as zeolites, opal-CT, and feldspars, in addition to montmorillonite ranging 30～75 wt%. Cation exchange properties of the zeolitic bentonites are deeply affected by the content of zeolites identified as clinoptilolite-heulandite series. Clinoptilolite is common in the silicic bentonites with lighter color. and occurs closely in association with opal-CT. Ca is mostly the dominant exchangeable cation, but some zeolitic bentonites have K as a major exchangeable cation, The values of cation exchange capacity (CEC) determined by Methylene Blue method are comparatively low and have roughly a linear relationship with the montmorillonite content of the bentonite, though the correlated data tend to be rather dispersed. Compared to this, the CEC determined by Ammonium Acetate method, i.e.‘Total CEC’, has much higher values (50～115 meq/100 g). The differences between those CEC values are much greater in zeolitic bentonites, which obviously indicates the CEC increase affected by zeolite. Other impurities such as opal-CT and feldspars seem to affect insignificantly on the CEC of bentonites. When dispersed in distilled water, the pH of bentonites roughly tends to increase up to 9.3 with increasing the alkali abundance, especially Na, in exchangeable cation composition. However, some bentonites exhibit lower pH (5～6) so as to regard as ‘acid clay’. This may be due to the presence of $H^{＋}$ in part as an exchangeable cation in the layer site of montmorillonite. All the works of this study ultimately suggest that an assesment of domestic bentonites in grade and quality should be accomplished through the quantitative XRD analysis and the ‘Total CEC’measurement.
국내산 벤토나이트들의 광물조성 및 특징과 양이온 교환특성과의 연계성을 규명하기 위해서, 정제나 분리 과정 없이 원광 단위로 XRD 정량분석, 화학적 용출실험, pH 및 양이온 교환능력 (CEC) 측정 등을 시행하였다. 리트벨트법에 의한 XRD 정량분석 결과, 국내산 벤토나이트들은 몬모릴로나이트(30～75 wt%) 외에 주요 불순물로서 제올라이트, 단백석, 장석류가 대개 25 wt% 이상 함유하는 것으로 밝혀졌다. 클리놉틸로라이트-휼란다이트 계열의 조성을 이루는 것으로 감정된 이 제올라이트들은 제올라이트질 벤토나이트의 양이온 교환특성에 심대한 영향을 미친다. 클리놉틸로라이트는 상대적으로 규질이며 밝은 색을 띠는 벤토나이트에서 흔히 볼 수 있고 단백석과 밀접한 공생관계를 이루며 산출되는 것이 특징이다. 대부분 Ca이 주된 교환성 양이온을 이루지만, 일부 제올라이트질 벤토나이트에서는 알칼리 이온의 함유도가 매우 높게 나타나기도 한다. 메칠렌블루법에 의해 측정된 CEC 값은 다소 산포되기는 하지만 몬모릴로나이트의 함량과 대체로 정비례하는 관계를 보이고 상대적으로 낮은 수준을 보인다. 이에 비해서 암모늄아세테이트법에 의해서 측정된 ‘Total CEC’ 값은 비교적 높은 수준(50～l15meq/100 g)을 보인다 이 같은 CEC 값의 차이는 특히 제올라이트질 벤토나이트에서 보다 크게 나타나고, 이는 제올라이트에 의한 CEC 증대효과로 간주된다. 단백석이나 장석류들은 벤토나이트의 양이온 치환능력에 별다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타난다. 벤토나이트 현탁액의 pH는 교환성 양이온들 중에서 알칼리 성분 함유도, 특히 Na의 함유수준이 증가됨에 따라 pH=9.3에 이를 정도로 증대되는 경향을 보인다. 그렇지만 경우에 따라서는 소위 ‘산성백토’로 취급될 수 있을 정도로 낮은 pH(5～6) 값을 갖는 벤토나이트들도 있다. 이는 일부 국내산 벤토나이트들이 몬모릴로나이트의 층간 양이온으로서 $H^{＋}$ 을 일부 함유하고 있기 때문인 것으로 여겨진다. 궁극적으로 이 연구결과는 벤토나이트의 품위 산정에는 XRD 정량분석법이 적용되는 것이 합리적이고 CEC와 관련된 품질 특성은 전적으로 ‘Total CEC’ 개념에 의거하여 평가되어야 한다는 것을 시사한다.