자연방사선물질이란(Naturally Occurring Radioactive Materials, NORM) 자연계에 존재하는 원자번호가 큰 원소로 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출하는 물질이며 우라늄, 토륨 등이 있다. 이러한 자연방사성물질은 그 농도는 낮으나 자연환경 곳곳에 분포하기 때문에 장기간 노출이 된다면 방사선에 의한 인체 조직 및 세포 등에 피해가 발생할 수 있다. 자연방사성물질 중 가장 큰 피폭 양을 차지하는 ...
자연방사선물질이란(Naturally Occurring Radioactive Materials, NORM) 자연계에 존재하는 원자번호가 큰 원소로 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출하는 물질이며 우라늄, 토륨 등이 있다. 이러한 자연방사성물질은 그 농도는 낮으나 자연환경 곳곳에 분포하기 때문에 장기간 노출이 된다면 방사선에 의한 인체 조직 및 세포 등에 피해가 발생할 수 있다. 자연방사성물질 중 가장 큰 피폭 양을 차지하는 라돈은 우라늄과 토륨의 붕괴에 의해 생성되는 불활성 기체로서 폐암을 유발하는 물질로 알려져 있다. 이러한 라돈의 모핵종인 우라늄과 토륨은 화강암, 편마암, 인산염암, 탄산염암 등에 높은 함량으로 존재할 수 있다고 알려져 있으며 산성암 분포도가 높고 옥천대에 우라늄 광화대가 존재한다고 알려진 국내 지질 특성상 자연방사성물질에 다한 연구가 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 또한 우라늄광산이 아닌 일반 금속광산에서도 라돈이 발생된다는 연구가 발표되어 금속광산 인근에도 우라늄과 토륨이 존재할 수 있기 때문에 금속광산 인근 토양 내 우라늄, 토륨의 존재형태에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 금속광산 인근 토양의 광물학적 및 지화학적 특성을 통해 우라늄, 토륨의 존재형태에 대해 알아보고자 하였다. 시료채취는 충북 충주시, 강원도 정선군과 강릉시에 위치한 철, 금 ∙ 은 광산, 희토류광체의 인근 암석과 표토시료를 채취하여 연구를 실시하였다. 먼저 암석과 토양 내 우라늄과 토륨의 함량을 확인하기 위해 ICP-MS 분석을 실시하였으며 토양의 물리∙화학적 특성을 확인하기 위해 토양의 색, pH 측정 및 입도분리를 통한 토성분석을 실시하였다. 입도분리를 통해 얻은 모래, 미사, 점토는 광물 조성을 확인하기 위해 X-선 회절분석(XRD)을 실시하였으며, 광물의 형태와 화학조성은 주사전자현미경(SEM-EDS), 투과전자현미경분석(TEM-EDS)을 통해 확인하였다. 우라늄, 토륨을 포함한 광물들은 원자량에 따라 명암상에 차이가 발생하는 전자현미경(EPMA)의 후방산란전자영상(BSE)을 통해 확인하였다. 우라늄과 토륨의 화학적 존재형태를 확인하기 위해 6단계의 연속추출법을 실시한 후 각 단계별 상청액을 ICP-MS 분석을 실시하였다. 연구지역의 암석과 토양 내 우라늄과 토륨의 함량을 알아보기 위해 ICP-MS 분석을 실시한 결과 암석의 경우 충주 CJ-01의 우라늄은 2.32 ㎎/㎏, 토륨은 12.37 ㎎/㎏이었으며 어래산 UM-01은 우라늄이 0.57 ㎎/㎏, 토륨이 0.66 ㎎/㎏로 나타났다. 한덕 HD-01은 우라늄이 0.13 ㎎/㎏, 토륨이 0.69 ㎎/㎏이었으며, 옥계 OK-01은 우라늄이 2.27 ㎎/㎏, 토륨이 4.23 ㎎/㎏로 나타났다. 토양의 경우 충주 CJ-01은 우라늄이 1.66 ㎎/㎏, 토륨은 15.60 ㎎/㎏이었으며, 어래산 UM-01은 우라늄이 1.22 ㎎/㎏, 토륨이 15.31 ㎎/㎏로 나타났다. 한덕 HD-01의 경우 우라늄이 4.19 ㎎/㎏, 토륨이 17.93 ㎎/㎏이었으며, 옥계 OK-01 ~ 04는 우라늄이 2.89 ~ 1.85 ㎎/㎏, 토륨이 12.69 ~ 6.67 ㎎/㎏로 나타났다. 연구지역의 토양은 암석에 비해 토양 내에 우라늄과 토륨이 더 부화되어 있음을 확인하였으며, 국내 화강암지역 인근 토양들의 연구 결과와 비슷한 함량을 나타내고 있어 국내 화강암 분포 지역들에 비해 우라늄과 토륨에 의한 오염 우려는 높지 않다. 대부분의 연구지역에서 우라늄에 비해 토륨의 함량이 더 높았으며, 특히 충주 CJ-01, 어래산 UM-01에서 토륨이 우라늄에 비해 약 10배가량 더 높았다. 토양의 색은 대부분 노랑에서 갈색 계열로 나타났으며, pH는 철광산, 희토류광체에서 4.7 ~ 6.6로 산성의 pH를, 금 ∙ 은 광산 인근은 7.4 ~ 8.2로 염기성을 띠고 있었다. pH는 연구지역의 지질이 산성암인 지역과 탄산염암 지역에 따라 산성과 염기성의 pH를 나타내 연구지역의 지질을 따르고 있다. 토양의 입도분석 결과 sand, loamy sand, sandy loam, clay loam으로 이루어져 있었으며, 우라늄과 토륨의 함량과 입도 간 상관관계를 분석한 결과, 상관계수는 높지 않았으나 모래에서는 음의 상관관계를, 실트와 점토에서는 양의 상관관계를 확인할 수 있어 연구지역 내 우라늄과 토륨은 모래보다는 실트, 점토입자들과 상관성이 높을 것으로 판단된다. 입도별 광물학적 특성을 확인하기 위한 XRD, SEM-EDS, TEM-EDS 분석결과, 모래와 미사의 구성광물은 석영, 장석, 운모, 방해석, 각섬석, 녹니석, 고령석이었으며, 점토의 구성광물은 고령석, 일라이트, 질석, 녹니석, 몬모릴로나이트였다. 입도별 광물학적 분석에서 우라늄, 토륨을 포함한 광물은 발견되지 않았는데 이는 우라늄, 토륨을 포함한 광물이 토양 내 매우 소량으로 존재해 확인되지 않은 것으로 판단된다. 따라서, 광물 내에 존재하는 우라늄과 토륨 광물은 구성원소의 전자량이 많을수록 광물의 명암상이 밝게 나타나는 전자현미경(EPMA)의 후방산란전자영상(BSE)을 통해 확인하였다. 그 결과 연구지역의 우라늄과 토륨은 모나자이트, 토라이트, 퍼구소나이트, 그리고 저어콘 광물에서 확인할 수 있었다. 모든 연구지역에서 확인된 모나자이트와는 달리 토라이트, 퍼구소나이트, 저어콘은 충주 CJ-01, 어래산 UM-01에서만 확인된다. 이는 각 연구지역의 기반암과 희토류 광체의 유무 등 지질학적 요인에 따라 토양 내 우라늄과 토륨을 함유한 광물들의 존재양상에 차이가 발생할 수 있음을 의미하며, 충주 CJ-01과 어래산 UM-01의 토륨함량이 우라늄에 비해 10배가량 높은 이유는 토륨이 주 구성원소인 토라이트의 영향 때문으로 판단된다. 연속추출법을 통한 우라늄의 존재 형태는 탄산염광물 형태에 약 7.5%, 철 산화물 형태 7.5 ~ 86.7%, 황산에 용해되는 광물 형태 약 24.2 ~ 86.7%, 그리고 잔여물 형태에 약 1.3 ~ 75.8%로 존재하였다. 토륨은 철 산화물 형태에 약 9.3 ~ 53.8%, 황산에 용해되는 광물 형태 약 46.3 ~ 88.9%, 그리고 잔여물 형태에 약 1.7 ~ 9.0%로 존재하였다. 철광산과 희토류광체 인근 토양에서의 우라늄은 철 산화물 단계에서 검출되었으나, 금 ∙ 은광산 인근 토양에서는 철 산화물 단계에서 검출되지 않아, 광산 종류에 따른 토양 내 철의 함량과 토양 pH가 우라늄의 철 산화물 존재 형태에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 토륨은 철 산화물 단계, 황산에 용해되는 단계에서 대부분 검출되어 연구지역에 따른 존재형태에는 큰 차이가 없으며, 토륨의 화학적 존재형태는 광상의 종류, 토양 특성 등에 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단된다. 연구지역의 철, 금 ∙ 은 광산, 희토류 광체는 국내 화강암 분포지역 인근 토양들과 비교하여 비슷한 함량의 우라늄과 토륨이 존재하고 있었으며, 이들은 주로 실트와 점토입자 크기의 인산염 광물, 산화물 형태로 존재하고 있음을 확인하였다. 연구 결과 우라늄과 토륨의 존재형태는 연구지역마다 각기 다른 양상으로 나타나고 있었으며, 각 연구지역의 지질학적, 토양학적 특성 등에 따라 그 차이가 발생하고 있었다. 따라서, 토양 내 우라늄과 토륨의 연구를 위해서는 연구지역의 기반암과 토양의 입도, pH 등 지질학적, 토양학적 특성을 파악하는 것이 중요할 것으로 판단된다.
자연방사선물질이란(Naturally Occurring Radioactive Materials, NORM) 자연계에 존재하는 원자번호가 큰 원소로 원자핵이 붕괴하면서 방사선을 방출하는 물질이며 우라늄, 토륨 등이 있다. 이러한 자연방사성물질은 그 농도는 낮으나 자연환경 곳곳에 분포하기 때문에 장기간 노출이 된다면 방사선에 의한 인체 조직 및 세포 등에 피해가 발생할 수 있다. 자연방사성물질 중 가장 큰 피폭 양을 차지하는 라돈은 우라늄과 토륨의 붕괴에 의해 생성되는 불활성 기체로서 폐암을 유발하는 물질로 알려져 있다. 이러한 라돈의 모핵종인 우라늄과 토륨은 화강암, 편마암, 인산염암, 탄산염암 등에 높은 함량으로 존재할 수 있다고 알려져 있으며 산성암 분포도가 높고 옥천대에 우라늄 광화대가 존재한다고 알려진 국내 지질 특성상 자연방사성물질에 다한 연구가 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 또한 우라늄광산이 아닌 일반 금속광산에서도 라돈이 발생된다는 연구가 발표되어 금속광산 인근에도 우라늄과 토륨이 존재할 수 있기 때문에 금속광산 인근 토양 내 우라늄, 토륨의 존재형태에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 금속광산 인근 토양의 광물학적 및 지화학적 특성을 통해 우라늄, 토륨의 존재형태에 대해 알아보고자 하였다. 시료채취는 충북 충주시, 강원도 정선군과 강릉시에 위치한 철, 금 ∙ 은 광산, 희토류광체의 인근 암석과 표토시료를 채취하여 연구를 실시하였다. 먼저 암석과 토양 내 우라늄과 토륨의 함량을 확인하기 위해 ICP-MS 분석을 실시하였으며 토양의 물리∙화학적 특성을 확인하기 위해 토양의 색, pH 측정 및 입도분리를 통한 토성분석을 실시하였다. 입도분리를 통해 얻은 모래, 미사, 점토는 광물 조성을 확인하기 위해 X-선 회절분석(XRD)을 실시하였으며, 광물의 형태와 화학조성은 주사전자현미경(SEM-EDS), 투과전자현미경분석(TEM-EDS)을 통해 확인하였다. 우라늄, 토륨을 포함한 광물들은 원자량에 따라 명암상에 차이가 발생하는 전자현미경(EPMA)의 후방산란전자영상(BSE)을 통해 확인하였다. 우라늄과 토륨의 화학적 존재형태를 확인하기 위해 6단계의 연속추출법을 실시한 후 각 단계별 상청액을 ICP-MS 분석을 실시하였다. 연구지역의 암석과 토양 내 우라늄과 토륨의 함량을 알아보기 위해 ICP-MS 분석을 실시한 결과 암석의 경우 충주 CJ-01의 우라늄은 2.32 ㎎/㎏, 토륨은 12.37 ㎎/㎏이었으며 어래산 UM-01은 우라늄이 0.57 ㎎/㎏, 토륨이 0.66 ㎎/㎏로 나타났다. 한덕 HD-01은 우라늄이 0.13 ㎎/㎏, 토륨이 0.69 ㎎/㎏이었으며, 옥계 OK-01은 우라늄이 2.27 ㎎/㎏, 토륨이 4.23 ㎎/㎏로 나타났다. 토양의 경우 충주 CJ-01은 우라늄이 1.66 ㎎/㎏, 토륨은 15.60 ㎎/㎏이었으며, 어래산 UM-01은 우라늄이 1.22 ㎎/㎏, 토륨이 15.31 ㎎/㎏로 나타났다. 한덕 HD-01의 경우 우라늄이 4.19 ㎎/㎏, 토륨이 17.93 ㎎/㎏이었으며, 옥계 OK-01 ~ 04는 우라늄이 2.89 ~ 1.85 ㎎/㎏, 토륨이 12.69 ~ 6.67 ㎎/㎏로 나타났다. 연구지역의 토양은 암석에 비해 토양 내에 우라늄과 토륨이 더 부화되어 있음을 확인하였으며, 국내 화강암지역 인근 토양들의 연구 결과와 비슷한 함량을 나타내고 있어 국내 화강암 분포 지역들에 비해 우라늄과 토륨에 의한 오염 우려는 높지 않다. 대부분의 연구지역에서 우라늄에 비해 토륨의 함량이 더 높았으며, 특히 충주 CJ-01, 어래산 UM-01에서 토륨이 우라늄에 비해 약 10배가량 더 높았다. 토양의 색은 대부분 노랑에서 갈색 계열로 나타났으며, pH는 철광산, 희토류광체에서 4.7 ~ 6.6로 산성의 pH를, 금 ∙ 은 광산 인근은 7.4 ~ 8.2로 염기성을 띠고 있었다. pH는 연구지역의 지질이 산성암인 지역과 탄산염암 지역에 따라 산성과 염기성의 pH를 나타내 연구지역의 지질을 따르고 있다. 토양의 입도분석 결과 sand, loamy sand, sandy loam, clay loam으로 이루어져 있었으며, 우라늄과 토륨의 함량과 입도 간 상관관계를 분석한 결과, 상관계수는 높지 않았으나 모래에서는 음의 상관관계를, 실트와 점토에서는 양의 상관관계를 확인할 수 있어 연구지역 내 우라늄과 토륨은 모래보다는 실트, 점토입자들과 상관성이 높을 것으로 판단된다. 입도별 광물학적 특성을 확인하기 위한 XRD, SEM-EDS, TEM-EDS 분석결과, 모래와 미사의 구성광물은 석영, 장석, 운모, 방해석, 각섬석, 녹니석, 고령석이었으며, 점토의 구성광물은 고령석, 일라이트, 질석, 녹니석, 몬모릴로나이트였다. 입도별 광물학적 분석에서 우라늄, 토륨을 포함한 광물은 발견되지 않았는데 이는 우라늄, 토륨을 포함한 광물이 토양 내 매우 소량으로 존재해 확인되지 않은 것으로 판단된다. 따라서, 광물 내에 존재하는 우라늄과 토륨 광물은 구성원소의 전자량이 많을수록 광물의 명암상이 밝게 나타나는 전자현미경(EPMA)의 후방산란전자영상(BSE)을 통해 확인하였다. 그 결과 연구지역의 우라늄과 토륨은 모나자이트, 토라이트, 퍼구소나이트, 그리고 저어콘 광물에서 확인할 수 있었다. 모든 연구지역에서 확인된 모나자이트와는 달리 토라이트, 퍼구소나이트, 저어콘은 충주 CJ-01, 어래산 UM-01에서만 확인된다. 이는 각 연구지역의 기반암과 희토류 광체의 유무 등 지질학적 요인에 따라 토양 내 우라늄과 토륨을 함유한 광물들의 존재양상에 차이가 발생할 수 있음을 의미하며, 충주 CJ-01과 어래산 UM-01의 토륨함량이 우라늄에 비해 10배가량 높은 이유는 토륨이 주 구성원소인 토라이트의 영향 때문으로 판단된다. 연속추출법을 통한 우라늄의 존재 형태는 탄산염광물 형태에 약 7.5%, 철 산화물 형태 7.5 ~ 86.7%, 황산에 용해되는 광물 형태 약 24.2 ~ 86.7%, 그리고 잔여물 형태에 약 1.3 ~ 75.8%로 존재하였다. 토륨은 철 산화물 형태에 약 9.3 ~ 53.8%, 황산에 용해되는 광물 형태 약 46.3 ~ 88.9%, 그리고 잔여물 형태에 약 1.7 ~ 9.0%로 존재하였다. 철광산과 희토류광체 인근 토양에서의 우라늄은 철 산화물 단계에서 검출되었으나, 금 ∙ 은광산 인근 토양에서는 철 산화물 단계에서 검출되지 않아, 광산 종류에 따른 토양 내 철의 함량과 토양 pH가 우라늄의 철 산화물 존재 형태에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 토륨은 철 산화물 단계, 황산에 용해되는 단계에서 대부분 검출되어 연구지역에 따른 존재형태에는 큰 차이가 없으며, 토륨의 화학적 존재형태는 광상의 종류, 토양 특성 등에 큰 영향을 받지 않는 것으로 판단된다. 연구지역의 철, 금 ∙ 은 광산, 희토류 광체는 국내 화강암 분포지역 인근 토양들과 비교하여 비슷한 함량의 우라늄과 토륨이 존재하고 있었으며, 이들은 주로 실트와 점토입자 크기의 인산염 광물, 산화물 형태로 존재하고 있음을 확인하였다. 연구 결과 우라늄과 토륨의 존재형태는 연구지역마다 각기 다른 양상으로 나타나고 있었으며, 각 연구지역의 지질학적, 토양학적 특성 등에 따라 그 차이가 발생하고 있었다. 따라서, 토양 내 우라늄과 토륨의 연구를 위해서는 연구지역의 기반암과 토양의 입도, pH 등 지질학적, 토양학적 특성을 파악하는 것이 중요할 것으로 판단된다.
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