Zachery 처리 터키석의 성분 및 특성 연구와 처리 공정 모델 제시

Abstract

국문 요지

터키석은 은미정질로 이루어진 다공성 보석으로, 땀이나 기름 같은 이물질을 쉽게 흡수하며 이는 스톤의 변색 또는 내구성에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 채굴된 스톤의 5% 미만이 보석용 사용에 적합하며 대부분 처리과정을 거치게 된다. 따라서 광물의 내구성 및 색상의 지속시간 개선을 위한 안정화 처리는 불가피하며, 터키석의 다양한 처리법들이 존재한다.

터키석의 처리방법에는 왁스 및 오일 처리, 염색 처리, 폴리머 주입 처리 등이 있으며, 인공 첨가제 및 유해 염료를 주입하지 않고 스톤의 칼라와 외관 및 내구성을 개선시키는 재커리 처리법(Zachery treatment)이 있다. 재커리 처리 터키석의 성질은 천연 터키석과 매우 유사하여 일반 보석학적 방법으로 감별해 낼 수 없다. 감지가 가능한 유일한 첨가제는 칼륨이며 재커리 처리 공정은 기밀로 유지되어 구체적인 방법은 공개되지 않고 있다.

본 연구에서는 재커리 처리 터키석의 특성을 규명하고 재커리 process simulation을 통한 효율적인 터키석의 처리 공정 모델을 제시하였다. 본 논문은 part Ⅰ, part Ⅱ, part Ⅲ로 구성되었다. part Ⅰ에서는 터키석의 일반적인 특성과 구조 및 다양한 처리법에 대해 정리하였고 part Ⅱ에서는 분광 분석, 조성 분석, 미세구조 분석을 통한 재커리 처리 터키석의 특성을 연구 하였다. 그리고 part Ⅲ에서는 재커리 process simulation을 통해 수행한 터키석 처리법 실험 결과에 관해 정리 하였다.

part Ⅰ은 UV-Vis, FTIR, Raman을 이용하여 재커리 처리 터키석의 분광학적 분석을, ED-XRF와 LIBS를 사용하여 분석한 재커리 처리 터키석의 조성 성분 특징은 part Ⅱ에 제시하였다. 그리고 Optical microscope, SEM, FE-SEM을 통하여 주입물 충진 영역의 특징적인 미세구조를 관찰하고, 동일한 충진 point의 표면 성분을 SEM-EDS Mapping 스캐닝을 사용하여 규명하였다. 이 때 무 처리 천연 터키석과 폴리머 주입 처리 터키석이 재커리 처리 터키석과의 비교 분석을 위하여 사용 되었다. 재커리 처리 터키석의 분광 스펙트럼 분석 결과는 천연 터키석과 유사 하였고, 폴리머 주입 처리 터키석은 폴리머와 관련된 특징적인 peak와 유기물 주입의 근거가 되는 카본 성분이 높게 검출됨으로 유기물 주입 여부를 감지 할 수 있었다.

part Ⅱ 연구 결과 재커리 처리 터키석의 빈 공간을 채우는 물질은 판상 형 결정 이었으며, 판상 형 결정이 칼륨 성분과 관련 있었다. 재커리 처리 터키석의 충진 부위에서 높은 함량의 칼륨과 실리콘 그리고 소듐이 검출 되었다. 이것은 전형적인 산화물 유리 성분으로 재커리 처리는 칼륨의 단순 처리가 아닌, 실리콘과 소듐이 함께 들어간 Glass melting treatment를 한 것으로 추측할 수 있었다. Glass melting treatment는 1300℃ 이상의 고온에서 장시간 열처리 과정을 거쳐야 하므로 비용과 효율성 측면을 고려할 때 효과적이지 못한 처리법으로 사료되어, 효율성 및 실용화를 고려한 터키석 처리의 공정 연구가 필요 하였다. 따라서 선행 연구에서 언급된 바 있는 오리지널 재커리 처리법을 토대로 다양한 처리방법을 설계하고 공정을 시뮬레이션 하였다.

part Ⅲ의 재커리 process simulation의 연구 결과 결론적으로, 서냉 법(Slow cooling method)의 공정을 사용했을 때 저온에서도 결정 석출이 잘 이루어 졌으며 실험 과정은 쉽고 편리 하였다. 서냉 법은 처리 후 재커리 처리 터키석의 미세 구조와 유사한 형태의 결정이 석출 되었고, 진한 파란색으로 개선된 발색 효과를 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 서냉 법은 아쿠아마린(Aquamarine Gemstone)과 같이 융점이 낮은 다공성 보석과 외부의 물질이 침투 가능한 다른 광물에도 적용 가능할 것으로 예상된다. 향후 상기 처리법에 대한 추가적인 연구를 진행할 예정이며, 스톤의 내구성을 높이고 발색을 향상시키는 고효율의 서냉 처리법이 실용화될 수 있는 연구가 될 것으로 기대한다.