서산 지역 수습 비철제련 슬래그의 금속학적 특성 분석 :Metallurgical Analysis for Non-Ferrous Smelting Slag Collected from Seosan Area

이혜진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이혜진 (공주대학교, 공주대학교 대학원)

지도교수: 조남철

발행연도: 2016

저작권: 공주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

서산 지역 수습 비철제련 슬래그의 금속학적 특성 분석

이혜진 문화재보존 2016.01 학위논문

서산 지역 수습 비철제련 슬래그의 금속학적 특성 분석

이혜진 , 이혜연 , 이소담 외 1명 보존과학회지 2016.01 학술저널

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슬래그는 야금학에서 원료광석을 제련 또는 가공하는 과정에서 생성되는 일종의 찌꺼기를 말한다. 이러한 슬래그는 생성과정에 대한 다양한 정보가 남아 있으며, 완성된 제품인 유물에 비해 시료의 채집이 용이하여 다양한 조사 및 분석에 이용되고 있다. 국내에서는 현재까지 철제유물을 제작하는 과정에서 생성되는 철 슬래그를 중심으로 원료광석과 제련 공정에 대한 연구가 진행되고 있으나, 철 이외의 금속인 비철금속의 제련 공정과 그 공정에서 생성된 슬래그에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다.
서산은 고대부터 다수의 야철지가 분포하고 있는 지역이며, 특히 지곡면은 조선시대에 비철금속인 납과 은이 제련되었다는 기록이 남아있는 지역이다. 본 연구에서는 서산 지곡면 일대의 야철지 유적에서 지표 수습한 슬래그와 원광석에 대하여 금속학적 분석을 실시하여 재료적 특징을 알아보고자 하였다.
금속현미경, SEM으로 미세조직을 관찰하였으며, XRF, EDS 분석을 이용한 성분분석을 실시하였다. XRD 분석을 통해 광물성분을 동정하였고 납 동위원소비 분석을 이용하여 원료의 산지를 추정하였다.
슬래그의 성분 분석 결과 PbO 함량은 4.41∼21.40wt.%, ZnO 함량은 2.07∼9.53wt.% 범위로 높게 검출되었으며, 일반적인 철 슬래그에서는 이러한 성분들이 존재하는 경우가 미량이거나 매우 드물기 때문에 철 보다는 비철금속을 제련하는 과정에서 생성된 슬래그임을 알 수 있었다. 또한 슬래그의 주요조직은 Fayalite, Galena, Magnetite이며, 원광석은 Galena, Anglesite, Pyrite 등의 광물로 동정되었다. 납 동위원소비 분석 결과, 시료들은 모두 한반도 서부 경기지괴에 해당하며, 특히 원광석과 슬래그 중 3점은 한국 서부 경기지괴 중 시료가 수습된 위치인 서산 도성리가 산지로 추정되었다.
이와 같은 분석 결과를 통해 분석 대상 슬래그는 서산 도성리에서 채굴한 원광석을 이용하여 비철금속을 제련했을 가능성이 높으며, 특히 비철금속 중 방연석으로부터 납 또는 은과 같은 금속을 추출하는 과정에서 배출된 슬래그일 것으로 추정되었다.
서산 지역에 분포하고 있는 다수의 고대 야철지로부터 발굴 또는 수습되는 슬래그에 대하여 향후에도 지속적인 분석 및 연구가 진행되면 고대로부터 이루어졌던 철 제련뿐만 아니라 비철의 제련과정을 이해하는데 큰 도움이 될 것으로 보인다.

Slag is a kind of residue generated in the course of smelting or processing of the raw materials in metallurgy. There is extensive information on the creation process about this slag. As it is easy to collect slag sample compared with complete artifacts, it is widely used for survey and analyzed. While there are active studies on raw materials and smelting process with iron slag generated in the production of metallic artifacts in Korea, there is very limited study on smelting process of non-ferrous metal and slag generated out of such process.
Seosan area has a number of Iron production sites since the ancient period. In particular, Jigok-myeon has a record of smelting lead and silver, which are non-ferrous metals, in the Joseon period. This study carried out metallurgical analysis on slag and raw materials collected at iron production site in Jigok-myeon Seosan in order to figure out materialistic characteristics.
Microstructure was observed by microscope and SEM and component analysis was carried out using XRF and EDS analysis. By means of XRD analysis, the metallic component was figured out and the origin place of raw material was assumed using lead isotope ratio analysis.
As the result of componential analysis, the content of PbO is 4.41∼21.40wt.% and the content of ZnO is 2.07∼9.53wt.%. As such components are very tiny or rare in general metallic slag, it proves that such slag was generated from the smelting process of non-ferrous metal. Main tissues are Fayalite, Galena and Magnetite, and raw materials were identified as mineral of Galena, Anglesite, Pyrite etc. As the result of lead isotope ratio analysis, it showed that most samples are classified as the Western Gyeonggi massif in the Korean Peninsula. In particular, the origin of three of raw materials and slag samples in the Western Gyeonggi massif was assumed from Seosan Doseong-ri.
Considering such analysis results, it is highly possible that the target slag was smelted using non-ferrous metal by means of raw ores from Seosan Doseong-ri. In particular, it was presumed to be slag released in the course of extraction of metals such as lead or silver from galena which is non-ferrous metal.
If studies on the slag found in the iron production site of Seosan continue to be carried out, it would be of great help to understand smelting process of non-ferrous metals as well as iron smelting.

국문요약 ………………………………………………… ⅴ
Ⅰ. 서 론 ……………………………………………… 1
Ⅱ. 연구 배경 ………………………………………… 3
1. 서산지역의 문헌 자료 ……………………………………… 3
2. 비철금속 ……………………………………………………… 5
3. 비철금속 제련 공정 ………………………………………… 8
4. 비철금속 슬래그 …………………………………………… 13
Ⅲ. 연구 방법 ………………………………………… 15
1. 분석 대상 시료 ……………………………………………… 15
2. 분석 방법 …………………………………………………… 17
1) 주성분 분석 ……………………………………………… 17
2) 화합물 분석 ……………………………………………… 17
3) 미세조직 관찰 …………………………………………… 17
4) 납 동위원소비 분석 ……………………………………… 18
Ⅳ. 연구 결과 …………………………………………… 19
1. 주성분 ………………………………………………………… 19
2. 화합물 ………………………………………………………… 22
3. 미세조직 ……………………………………………………… 24
4. 납 동위원소비 ………………………………………………… 40
Ⅴ. 고찰 ……………………………………………… 46
Ⅵ. 결론 ……………………………………………… 48
참고문헌 ……………………………………………… 49
Abstract ……………………………………………… 52

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