[국내논문]태백 동해광인일대의 물-광물의 반응에 의한 산성광산배수의 지구화학적 특성 변화 Variations in Geochemical characteristics of the Acid Mine Drainages due to Mineral-Water Interactions in Donghae Mine Area in Taebaek, Korea원문보기
태백지역 동해광산 일대는 여러 개의 폐광된 탄광들이 있다. 연구지역에는 소로천과 사내천의 두 개의 하천이 있으며 산성광산배수의 유입으로 인하여 하천의 바닥에 적갈색, 황갈색 및 흰색의 침전물이 형성된다. 동해탄광 주위의 암석은 크게 석회암, 사암셰일로 구분된다. 산성광산배수의 근원이 되는 폐석은 주로 황철석과 녹니석으로 구성되며, 석회암은 방해석과 약간의 돌로마이트, 사암은 석영과 일라이트, 셰일은 엽납석과 석영, 녹니석을 포함한다. 산성광산 배수가 유입되는 하천은 Fe, Ca, Ma, Al, Si, SO$_{4}$ 등이 비 오염하천 보다 높게 나타난다. 산성광산배수 지역에서 높은 함량을 나타내는 Ca는 방해석, Mg, Al Si는 주로 녹니석, 엽납석과 같은 알루미노규산염 광물에 의해 Fe와 SO$_{4}$는 황철석의산화에 의해 하천수에 부가된 것으로 추정된다. 초기 침출수나 상류지역 하천수의 Fe, Al, Si, SO$_{4}$의 함량이 높게 나타나지만 하류로 갈수록 낮아지는 경향이 있다. 이것은 비 오염하천수의유입에 의한 희석효과와 하천수의 지구화학적 환경 변화에 따라 하천의 바닥에 산화/수산화물이나 황산염광물로 침전되기 때문인 것으로 추정된다.
태백지역 동해광산 일대는 여러 개의 폐광된 탄광들이 있다. 연구지역에는 소로천과 사내천의 두 개의 하천이 있으며 산성광산배수의 유입으로 인하여 하천의 바닥에 적갈색, 황갈색 및 흰색의 침전물이 형성된다. 동해탄광 주위의 암석은 크게 석회암, 사암 셰일로 구분된다. 산성광산배수의 근원이 되는 폐석은 주로 황철석과 녹니석으로 구성되며, 석회암은 방해석과 약간의 돌로마이트, 사암은 석영과 일라이트, 셰일은 엽납석과 석영, 녹니석을 포함한다. 산성광산 배수가 유입되는 하천은 Fe, Ca, Ma, Al, Si, SO$_{4}$ 등이 비 오염하천 보다 높게 나타난다. 산성광산배수 지역에서 높은 함량을 나타내는 Ca는 방해석, Mg, Al Si는 주로 녹니석, 엽납석과 같은 알루미노규산염 광물에 의해 Fe와 SO$_{4}$는 황철석의산화에 의해 하천수에 부가된 것으로 추정된다. 초기 침출수나 상류지역 하천수의 Fe, Al, Si, SO$_{4}$의 함량이 높게 나타나지만 하류로 갈수록 낮아지는 경향이 있다. 이것은 비 오염하천수의유입에 의한 희석효과와 하천수의 지구화학적 환경 변화에 따라 하천의 바닥에 산화/수산화물이나 황산염광물로 침전되기 때문인 것으로 추정된다.
There are several abandoned coal mines around Donghae mine area in the Taebaek coal field. Two major creeks, Soro and Sanae, are contaminated with the colored precipitates formed from the coal mine drainages. Bed rocks of the study area consist of limestone, shale, and sandstone. Limestone consisted...
There are several abandoned coal mines around Donghae mine area in the Taebaek coal field. Two major creeks, Soro and Sanae, are contaminated with the colored precipitates formed from the coal mine drainages. Bed rocks of the study area consist of limestone, shale, and sandstone. Limestone consisted mainly of calcite and dolomite, and shale of quartz, pyropyllite and chlorite, and sandstone of quatz and illite. Coal coal spoil dumps composed mainly of pyrite and chlorite. The oxidative dissolution of sulfide minerals leads to acid mine drainage and adds the metal ions in the stream water. The ion concentrations of Fe, Ca, Mg, Al, Si, SO$_{4}$in the stream polluted by AMD are generally higher than those in the unpolluted stream water. High concentrations of Ca and Mg, Al and Si can be resulted from dissolution of carbonate minerals such as calcite, dolomite and aluminosilicates such as chlorite, pyrophyllite. Although the Fe, Al, Si, SO$_{4}$ contents are considerbly high in the acid water released from the mine adits, they become decreased downstream due to dilution of unpolluted water and precipitation of oxide/hydroxide and sulfate minerals on the bottom of stream.
There are several abandoned coal mines around Donghae mine area in the Taebaek coal field. Two major creeks, Soro and Sanae, are contaminated with the colored precipitates formed from the coal mine drainages. Bed rocks of the study area consist of limestone, shale, and sandstone. Limestone consisted mainly of calcite and dolomite, and shale of quartz, pyropyllite and chlorite, and sandstone of quatz and illite. Coal coal spoil dumps composed mainly of pyrite and chlorite. The oxidative dissolution of sulfide minerals leads to acid mine drainage and adds the metal ions in the stream water. The ion concentrations of Fe, Ca, Mg, Al, Si, SO$_{4}$in the stream polluted by AMD are generally higher than those in the unpolluted stream water. High concentrations of Ca and Mg, Al and Si can be resulted from dissolution of carbonate minerals such as calcite, dolomite and aluminosilicates such as chlorite, pyrophyllite. Although the Fe, Al, Si, SO$_{4}$ contents are considerbly high in the acid water released from the mine adits, they become decreased downstream due to dilution of unpolluted water and precipitation of oxide/hydroxide and sulfate minerals on the bottom of stream.
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문제 정의
이 연구의 목적은 연구지역의 모암과 산성광산배수 와의 반응에 의해 하천에 부가될 수 있는 성분을 추론 해 보고, 이를 실제 하천에 존재하는 성분과 비교해 보고자한다.
가설 설정
K: 오염지역은 0.5~4 mg/l이며 비오염지역은 0.2-1.5 mg/l로 K의 함량은 큰 차이를 나타내지 않는다. 따라서 Na와 마찬가지로 K도 모암과 산성광산배수와의 반응에 의해 하천으로 부과되지 않았다는 것을 의미한다.
pH: 황철석과 물의 반응에 의해 생성된 산성광산배수는 극히 낮은 pH값을 갖는다. 따라서 하천의 pH 변화에 따른 원소들의 농도변화는 하천의 오염정도를 나타낼 수 있다.
제안 방법
05°(20step)Q로 분석하였다. 또한 하천수의 과포화 시침전 가능한 성분을 알아보기 위하여 증발잔류물에 대한 X-선 회절분석을 실시하였으며, 분석조건은 CuKa선을 이용하여 3-70°, (연속)로 측정하였다.
산성광산배수가 흐르는 하천 주위의 모암과 하천 바닥의 침전물을 구성하고 있는 광물들을 감정하기 위하여 X-선 회절 분석을 실시하였다. 분석조건은 모암의 경우 CoKa선을 이용하여 1/min(연속)로 측정하였으며 하천 침전물시료의 경우 철 성분과 비정질에 가깝다는 것을 고려하여 3-70°, 10sec(scanning time)/0.05°(20step)Q로 분석하였다. 또한 하천수의 과포화 시침전 가능한 성분을 알아보기 위하여 증발잔류물에 대한 X-선 회절분석을 실시하였으며, 분석조건은 CuKa선을 이용하여 3-70°, (연속)로 측정하였다.
산성광산배수가 흐르는 하천 주위의 모암과 하천 바닥의 침전물을 구성하고 있는 광물들을 감정하기 위하여 X-선 회절 분석을 실시하였다. 분석조건은 모암의 경우 CoKa선을 이용하여 1/min(연속)로 측정하였으며 하천 침전물시료의 경우 철 성분과 비정질에 가깝다는 것을 고려하여 3-70°, 10sec(scanning time)/0.
태백지역 동해 탄광일대의 모암과 하상 침전물에 대한 X-선회절분석, 하천수에 대한 야외에서의 pH, EC 측정, ICR IC분석 등을 근거로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
시료채취 지점은 거리와 채수 조건을 고려하여 결정하였다. 하천수 시료를 채수하기 전, 현장에서 pH, 온도, 전기전도도(EC) 등을 휴대용 Orionl230 pH측정 기로 측정하였다. 분석용 시료는 현장에서 0.
운반한 하천수 시료는 분석을 할 때까지 "C로 냉장 보관하였다. 하천수의 화 학적 특성을 알아보기 위하여 양이온은 유도쌍극자플라즈마 분광분석 (ICP-AES), 음이온은 이온크로마토그래피(IC)를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
연구 지역의 지질은 고생대 조선누층군과 이를 부정 합으로 덮고있는 평안누층군의 퇴적암으로 이루어져있다. 조선누층군은 백색내지 회색의 석회암으로 구성된 풍촌석회암층, 셰일과 갈색을 띠는 석회암으로 구성된 화절층, 동점규암층, 두무골층, 막골석회암층 등으로 석 회암이 우세한 퇴적암층이다.
연구지역의 모암은 방해석과 약간의 돌로마이트를 포함한 석회암, 석영과 일라이트로 구성된 사암, 석영, 엽납석, 녹니석을 포함한 셰일로 크게 구분되며, 산성 광산배수의 근원이 되는 폐석은 황철석과 녹니석이 주 구성광물이다. 산성광산배수가 유입되는 하천이 비오염 하천에 비해 높게 나타나는 성분은 Fe, Ca, Mg, Al, Si, S04 등이며, pH가 증가함에 따라 감소하는 성분은 Fe, Al, Si, S04 등이다.
연구지역의 모암은 약간의 돌로마이트를 포함한 석회암과 사암, 셰일 등으로 이루어져 있다. 산성광산배 수지역에서 하천수 내의 금속이온 함량은 주위의 모암에 큰 영향을 받을 수 있다.
연구지역인 택백시 소도동 일대에는 동해탄광을 비롯하여 삼경탄광, 한영탄광, 남일탄광, 덕용탄광, 풍산 탄광, 삼장탄광, 태극탄광이 사내골과 소로골의 두 하천의 최상류지역에 분포하고 있다(Fig. 1). 이 탄광들은 1989년부터 1992년까지 석탄산업합리화사업의 시행으로 모두 폐광한 상태이며 채광시 버려진 폐석들은 산 사면에 정지작업만 한 후 그대로 방치된 상태로 있다.
이 연구를 위하여 1999년 11월부터 2000년 10월까지 1개월 간격으로 하천수와 침전물 시료를 채취하였다. 시료채취 지점은 거리와 채수 조건을 고려하여 결정하였다.
성능/효과
2. 하천의 하류로 갈수록 감소하는 성분은 Fe, S04, Al, Si, Mg 등이다. 이 성분은 하천수의 지구화학적 특성 특히 pH의 변화에 따라 그 용해도의 감소에 따른 하천바닥에 산화/수산화광물, 황산염광물 등으로 침전된 결과 하천수로부터 제거되거나 희석효과에 의한 것으로 추정된다.
3. 하천수의 지구화학적 특성에 따라 하천의 바닥에는 적갈색, 황갈색, 흰색의 침전물이 형성된다. 적갈색 은 주로 페리하이드라이트와 침철석, 황갈색은 슈워트 마나이트로 구성되어 있다.
Mg: 오염 지역의 하천에서 20~60 mg/l의 값을 나타내고 pH가 증가할수록 약간 감소하는 경향을 보여준다. 비오염지역의 하천에서 낮은 값을 나타내는 것으로 보아 Mg는 모암과 산성광산배수의 반응에 의해 하천으로 부가된 것으로 볼 수 있다.
Si: 오염지역에서 4~15 mg/l로 높게, 비오염지역에서는 0~4 mg/l 정도로 오염지역과 비오염 지역의 함량차이가 비교적 크게 나타난다. 이것은 pH가 낮은 산성광산배수와 모암의 반응에 의해 하천으로 부가된 것으로 추정할 수 있다.
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