[논문]다덕광산 폐석내 섬아연석, 능망간석, 함망간 방해석의 화학적 풍화작용과 Zn, Mn, As의 지구화학적 거동

정기영; 이병윤; 이석훈

[국내논문] 다덕광산 폐석내 섬아연석, 능망간석, 함망간 방해석의 화학적 풍화작용과 Zn, Mn, As의 지구화학적 거동
Geochemical Behaviour of Zn, Mn and As during the Weathering of Sphalerite, Rhodochrosite, and Manganoan Calcite in the Waste-rock Dumps of the Dadeok Mine 원문보기

다덕 광산 폐석내 섬아연석과 함망간탄산염 광물의 풍화현상과 그에 따른 중금속의 거동을 조사 하였다. 섬아연석은 풍화초기에 극미립 산화철의 망상구조 집합체로 교대되었으며, 후기에는 자연황이 용해중인 섬아연석과 산화철 집합체 사이에 침전되었다. 산화철 집합체에는 As가 다량 함유되어 있다. 능망간석와 함망간 방해석은 함아연산화망간의 망상구조 집합체로 교대되었으며, 함망간방해서과 함아연산화망간 사이에는 스미소나이트가 침전되었다. 선택적 용해외 X선회절분석을 이용하여 감정한 결과, 함아연산화망간은 헤테롤라이트/하이드로헤테롤라이트인 것으로 판명되었다. Zn의 일부는 규산과 결합하여 입간 공극에 월레마이트로 침전되었다. 풍화 초기에 형성되는 극미립 산화철 및 함아연산화망간의 치밀한 망상 집합체는 풍화용액의 순환을 차단하여, 모광물의 풍화 반응을 지체시키는 지화학적 장벽 역할을 하였다. 이에 따라 망상구조 내에 조성된 국지적 미환경하에서 풍화중간산물들이 침전되었다. 이상의 연구 결과로 다음과 같은 사항을 추론할 수 있다. 섬아연석의 Fe와 함망간탄산염의 Mn은 각각 산화철과 산화망간으로 침전되어 산성화에 기여하였다. 폐광석 더미내 As의 활동도는 저결정질 산화철에의 흡착에 의해 조절되며, Zn의 활동도는 미소환경조건에 따라 하이드로헤테롤라이트/헤테롤라이트, 스미소나이트, 월레마이트 등의 다양한 이차광물의 용해도에 의하여 조절된다.

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문제 정의

이 광산 에 약 50년 동안 방치된 폐석들의 풍화작용을 연구한 결과, 각각 대표적인 광석 광물과 맥석광물인 섬아연석과 함망간 탄산염광물이 풍화에 의하여 Zn, As, Mn 등의 중금속을 함유한 이차광물들이 다량 생성되어 있음이 관찰되었다. 이 논문에서는 폐광석 더미의 섬아연석과 함망간 탄산염광물들의 풍화과정과 이와 관련된 중금속의 거동에 대하여 보고한다. 다덕광산의 광상학적 연구는 박희인 외(1988)에 의하여 수행된 바 있으며, 정영욱 외(1997)는 다덕광산 주변 토양 및 수계의 중금속 오염에 관해서 조사한 바 있다.

제안 방법

필요한 경우에는 박 편의 특정 부분을 선정하여 파장 분산 X선상(Wavelength dispersive X-ray 1mages)을 관찰하여 원소들의 공간적 분포를 알아 보았다. 결정도 가 극히 불량하여 XRD 회절선의 강도가 매우 낮은 산화망간을 감정하기 위하여, 산화망간만을 선택적으로 용해한 후, 원시료와 용해 잔류 시료의 XRD 회절자료를 비교하여 용해된 산화망간의 XRD 회절 자료를 구하였다. 산화망간의 선택 적 용해는 Chao(1972) 의 방법을 약간 수정하여 다음과 같이 적용하였다.
표면을 피복하는 극세립 질의 이차광물은 긁어서 분리하였으며, 광물 입자 사이를 채우고 있는 이차광물 교결물은 유발에서 가볍게 분쇄한 후, 200 메쉬 표준체로 걸러 농집시켰다. 광물 조성 은 Rigaku D/MAX2200 및 Siemens D5005 기종의 X선회절분석기(X-ray diffractometer, XRD) 로 분석하였다. 모광물의 변질조직과 화학 조성 을 조사하기 위하여 시료를 에폭시로 경화시킨 후, 연마박편을 제작하였다.
광물 조성 은 Rigaku D/MAX2200 및 Siemens D5005 기종의 X선회절분석기(X-ray diffractometer, XRD) 로 분석하였다. 모광물의 변질조직과 화학 조성 을 조사하기 위하여 시료를 에폭시로 경화시킨 후, 연마박편을 제작하였다. 연마박편은 광석현미경과 편광현미경을 이용하여 모광물의 변질조직과 이차광물의 침전조직을 관찰하였으며, 기초과학지원연구소의 Cameca SX51 전자현미 분석기(Electron probe microanalysis, EPMA)로 모광물 및 이차광물의 화학 조성을 분석하였다.
결정도 가 극히 불량하여 XRD 회절선의 강도가 매우 낮은 산화망간을 감정하기 위하여, 산화망간만을 선택적으로 용해한 후, 원시료와 용해 잔류 시료의 XRD 회절자료를 비교하여 용해된 산화망간의 XRD 회절 자료를 구하였다. 산화망간의 선택 적 용해는 Chao(1972) 의 방법을 약간 수정하여 다음과 같이 적용하였다. 50mL의 원심분리관에 1g의 상온 건조 시료를 준비하고 0.
모광물의 변질조직과 화학 조성 을 조사하기 위하여 시료를 에폭시로 경화시킨 후, 연마박편을 제작하였다. 연마박편은 광석현미경과 편광현미경을 이용하여 모광물의 변질조직과 이차광물의 침전조직을 관찰하였으며, 기초과학지원연구소의 Cameca SX51 전자현미 분석기(Electron probe microanalysis, EPMA)로 모광물 및 이차광물의 화학 조성을 분석하였다. 필요한 경우에는 박 편의 특정 부분을 선정하여 파장 분산 X선상(Wavelength dispersive X-ray 1mages)을 관찰하여 원소들의 공간적 분포를 알아 보았다.
연마박편은 광석현미경과 편광현미경을 이용하여 모광물의 변질조직과 이차광물의 침전조직을 관찰하였으며, 기초과학지원연구소의 Cameca SX51 전자현미 분석기(Electron probe microanalysis, EPMA)로 모광물 및 이차광물의 화학 조성을 분석하였다. 필요한 경우에는 박 편의 특정 부분을 선정하여 파장 분산 X선상(Wavelength dispersive X-ray 1mages)을 관찰하여 원소들의 공간적 분포를 알아 보았다. 결정도 가 극히 불량하여 XRD 회절선의 강도가 매우 낮은 산화망간을 감정하기 위하여, 산화망간만을 선택적으로 용해한 후, 원시료와 용해 잔류 시료의 XRD 회절자료를 비교하여 용해된 산화망간의 XRD 회절 자료를 구하였다.

대상 데이터

연구지역은 영주화강암체의 북동부에 속하며 대부분 쥬라기각섬석 화강암으로 구성되어 있다 (Fig. 2)(손치무와 김수진, 1963; 박희인 외, 1988).이 화강암은 비교적 균질한 조립질 입상조직을 보이는데, 현미경 관찰에서 석영, 사장석, 정장석, 미사장석, 각 섬석, 흑운모, 녹니석 등의 광물로 주로 구성되어 있음이 확인되었다.
풍정리 일대 갱구 주변 계곡 사면에 적치된 폐석 더미에서 풍화된 폐석 시료를 채취하였다. 표면을 피복하는 극세립 질의 이차광물은 긁어서 분리하였으며, 광물 입자 사이를 채우고 있는 이차광물 교결물은 유발에서 가볍게 분쇄한 후, 200 메쉬 표준체로 걸러 농집시켰다.

성능/효과

1). 이 광산 에 약 50년 동안 방치된 폐석들의 풍화작용을 연구한 결과, 각각 대표적인 광석 광물과 맥석광물인 섬아연석과 함망간 탄산염광물이 풍화에 의하여 Zn, As, Mn 등의 중금속을 함유한 이차광물들이 다량 생성되어 있음이 관찰되었다. 이 논문에서는 폐광석 더미의 섬아연석과 함망간 탄산염광물들의 풍화과정과 이와 관련된 중금속의 거동에 대하여 보고한다.
2)(손치무와 김수진, 1963; 박희인 외, 1988).이 화강암은 비교적 균질한 조립질 입상조직을 보이는데, 현미경 관찰에서 석영, 사장석, 정장석, 미사장석, 각 섬석, 흑운모, 녹니석 등의 광물로 주로 구성되어 있음이 확인되었다. 이화강암을 석 영반암, 석영맥 등이 군데군데 관입하고 있다.

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