경상남도 고성군 삼산제일 동광산 주변 지역에 방치되어 있는 약 28만 톤의 광미를 포함한 광산폐기물에 의한 주변 환경의 오염정도를 평가하기 위하여 광미, 폐광석, 주변토양을 대상으로 화학분석(전함량분석, 토양오염공정시험법, 연속추출)을 통하여 유해 미량원소의 함량 및 이동도를 알아보았다. 광미 내 유해 미량원소의 전함량을 배경토양과 비교 했을 때, 부화도가 높은 순서는 Cu(14.0배)$\gg$As(3.6배)>Co(3.1배)>Zn(2.1배)=Pb(2.1배)>Cd(1.6배) 순이다. 광미 내 유해 미량원소의 존재형태(fraction I+fraction II)를 알아본 견과, 이동이 기능한 존재형태가 많은 순서는 $Zn(29.0\%)>Cu(12.3\%)>Pb(9.6\%)>Cd(3.0\%)>As=Co(0.0\%)$ 순으로 나타난다. 광미, 폐광석, 주변토양 내 유해 미량원소의 함량 및 존재형태를 고려해 볼 때, 주변 환경을 오염시킬 가능성이 있는 유해 미량원소는 구리(Cu)와 아연(Zn)인 것으로 판단된다. 한편, 광미 내 유해 미량원소의 함량을 네덜란드의 기준과 비교한 결과, Cu를 제외한 나머지 원소가 환경에 미치는 영향은 없을 것으로 추정되었다.
경상남도 고성군 삼산제일 동광산 주변 지역에 방치되어 있는 약 28만 톤의 광미를 포함한 광산폐기물에 의한 주변 환경의 오염정도를 평가하기 위하여 광미, 폐광석, 주변토양을 대상으로 화학분석(전함량분석, 토양오염공정시험법, 연속추출)을 통하여 유해 미량원소의 함량 및 이동도를 알아보았다. 광미 내 유해 미량원소의 전함량을 배경토양과 비교 했을 때, 부화도가 높은 순서는 Cu(14.0배)$\gg$As(3.6배)>Co(3.1배)>Zn(2.1배)=Pb(2.1배)>Cd(1.6배) 순이다. 광미 내 유해 미량원소의 존재형태(fraction I+fraction II)를 알아본 견과, 이동이 기능한 존재형태가 많은 순서는 $Zn(29.0\%)>Cu(12.3\%)>Pb(9.6\%)>Cd(3.0\%)>As=Co(0.0\%)$ 순으로 나타난다. 광미, 폐광석, 주변토양 내 유해 미량원소의 함량 및 존재형태를 고려해 볼 때, 주변 환경을 오염시킬 가능성이 있는 유해 미량원소는 구리(Cu)와 아연(Zn)인 것으로 판단된다. 한편, 광미 내 유해 미량원소의 함량을 네덜란드의 기준과 비교한 결과, Cu를 제외한 나머지 원소가 환경에 미치는 영향은 없을 것으로 추정되었다.
In order to examine the extent of environmental contamination at abandoned Samsanjeil Cu mines in Kosung-kun, Kyeongsangnam-do, we have investigated the contaminations and mobility of toxic trace elements from mine wastes including about 280,000 tonnages of tailings by chemical experiments (total ex...
In order to examine the extent of environmental contamination at abandoned Samsanjeil Cu mines in Kosung-kun, Kyeongsangnam-do, we have investigated the contaminations and mobility of toxic trace elements from mine wastes including about 280,000 tonnages of tailings by chemical experiments (total extraction, partial extraction by 0.1N HCI and sequential extraction procedure). Total concentrations of trace elements showed that Cu, As, Co, Zn, Pb, and Cd concentrations in tailings were 14.0, 3.6, 3.1, 2.1, 2.1 and 1.6 times greater than those in background soil, respectively. From the proportion of metals bound to the exchangeable and carbonate fractions, the comparative mobility of metals decrease in order of $Zn(29.0\%)>Cu(12.3\%)Pb(9.6\%)>Cd(3.0\%)>As=Co(0.0\%)$. Based on the concentrations, chemical speciations of tailings, waste rock and nearby soil, it was revealed that Cu and Zn were the most possible elements to contaminate the surrounding environment in Samsanjeil mine area. In addition, the tailings had total trace metal concentrations below Dutch guideline values except Cu, and they might not affect adverse impact on environment.
In order to examine the extent of environmental contamination at abandoned Samsanjeil Cu mines in Kosung-kun, Kyeongsangnam-do, we have investigated the contaminations and mobility of toxic trace elements from mine wastes including about 280,000 tonnages of tailings by chemical experiments (total extraction, partial extraction by 0.1N HCI and sequential extraction procedure). Total concentrations of trace elements showed that Cu, As, Co, Zn, Pb, and Cd concentrations in tailings were 14.0, 3.6, 3.1, 2.1, 2.1 and 1.6 times greater than those in background soil, respectively. From the proportion of metals bound to the exchangeable and carbonate fractions, the comparative mobility of metals decrease in order of $Zn(29.0\%)>Cu(12.3\%)Pb(9.6\%)>Cd(3.0\%)>As=Co(0.0\%)$. Based on the concentrations, chemical speciations of tailings, waste rock and nearby soil, it was revealed that Cu and Zn were the most possible elements to contaminate the surrounding environment in Samsanjeil mine area. In addition, the tailings had total trace metal concentrations below Dutch guideline values except Cu, and they might not affect adverse impact on environment.
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문제 정의
이번 연구에서는 삼산제일광산에 방치되어 유실 가능성이 높은 광산폐기물 내 유해 미량원소의 전함량을 파악하고, 토양오염공정시험법 전처리에 따른 분석 결과와 비교하였으며, 유해 미량원소의 존재형태와 이동도를 규명하였다. 또한 하천으로 유실될 가능성이 높은 광미의 양이온교환 및 탄산염광물수반 형태의 함량을 네덜란드의 기준과 비교하여 광산 주변 환경의 오염정도와 오염관리 대상 원소를 규명하고자 한다.
이번 연구에서는 삼산제일광산에 방치되어 유실 가능성이 높은 광산폐기물 내 유해 미량원소의 전함량을 파악하고, 토양오염공정시험법 전처리에 따른 분석 결과와 비교하였으며, 유해 미량원소의 존재형태와 이동도를 규명하였다. 또한 하천으로 유실될 가능성이 높은 광미의 양이온교환 및 탄산염광물수반 형태의 함량을 네덜란드의 기준과 비교하여 광산 주변 환경의 오염정도와 오염관리 대상 원소를 규명하고자 한다.
전함량분석 방법은 폐광석에 함유되어 있는 유해 미량원소의 전함량을 구하기 위해 실시하였다. 전함량 분석을 위해 실시하는 전처리 방법은 HF를 사용하여 완 전 분해하는 경우도 많지만, 이 경우는 환경오염에 의한 유해 미량원소 함량뿐만이 아니라 규산염광물이 형성될 때 함유하고 있는 미량원소의 함량까지 분해된다.
제안 방법
전함량 분석을 위해 실시하는 전처리 방법은 HF를 사용하여 완 전 분해하는 경우도 많지만, 이 경우는 환경오염에 의한 유해 미량원소 함량뿐만이 아니라 규산염광물이 형성될 때 함유하고 있는 미량원소의 함량까지 분해된다. 따라서 이번 연구에서는 HF를 사용하지 않은 산분해 방법을 선택하여 석영/장석과 같은 규산염광물과 점토광물을 제외한 탄산염광물, 산화광물 및 유기물을 분해하였다. 전처리 방법으로 사용된 산분해 방법은 시료 1g에 HNO3 5 ml를 넣은 후 온도 110℃에서 완전히 증발시킨 후 HC1C(4와 HNC)3(1:5)의 혼합산을 10i아를 넣고 흰색의 연기가 완전히 없어질 때까지 증발시킨다.
마지막으로 6N HC1 를 10 ml를 넣고 30분간 끓인다. 이후 0.45 ㎛필터로 여과하여 ICP-AES로 분석하였다.
토양공정시험법의 전처리 규정에 정해진 바와 같이 미량원소 및 비소(As)의 용출함량을 측정하기 위하여, 시료 10g를 100ml의 테프론 비이커에 넣고 각각 0.1N과 1.0N의 염산용액 50 ml를 넣은 후, 항온 수평진 탕기(100회/분, 진폭 lOcmX 사용하여 3(TC를 유지하면서 각각 1시간 및 30분 동안 진탕시킨 다음, 여과지 (0.45 ㎛)로 거른 뒤 분석하였다(환경부, 2002). 아연(Zn)의 용출함량을 측정하기 위해서는 시료 1g를 테프론 비이커에 넣고 왕수를 6 ml를 넣은 후, 상온에서 16시간 방치한 다음 90℃에서 2시간동안 가열하여 50 m2 로 희석하여 여과지(0.
광 미 시료는 광미장을 등 간격으로 나누어 모종삽을 이용해 표면을 제거 후 0~20cm의 깊이에서 1m간격의 동서남북 4지점의 시료를 모아 하나의 시료로 만들어 채취하였다. 한편 광미 중 4개를 선정하여 지표에서 20cm 간격으로 핸드오거를 이용해 광미의 색 차이에 따른 심도별 시료를 채취하였다. 채취한 광미, 주변토양 그리고 폐광석 시료는 30분간 자동교란기로 교반시킨 후, 2 mm 이하로 체질하여 여과한 후 오븐에서 50℃로 건조하였으며, 건조된 시료를 1/4법으로 축분하여 100mesh(<150pm) 이하의 입도로 미분쇄하였다.
한편 광미 중 4개를 선정하여 지표에서 20cm 간격으로 핸드오거를 이용해 광미의 색 차이에 따른 심도별 시료를 채취하였다. 채취한 광미, 주변토양 그리고 폐광석 시료는 30분간 자동교란기로 교반시킨 후, 2 mm 이하로 체질하여 여과한 후 오븐에서 50℃로 건조하였으며, 건조된 시료를 1/4법으로 축분하여 100mesh(<150pm) 이하의 입도로 미분쇄하였다.
(2003)은 연속추출실험 결과, 광미 내 양이온 교환형태 및 탄산염광물 수반형태로 존재하는 유해 미량원소 함량과 전함량을 생태독성학적 고려가 가능한 네덜란드의 기준(VROM, 2000)과 비교하여, 주변 생태 . 계에 미치는 영향을 평가하였다. Fig.
계에 미치는 영향을 평가하였다. Fig. 3는 삼산제일광산 의 광미, 폐광석, 주변토양게 대한 카드뮴, 구리, 납, 아연의 전함량 및 양이온교환 형태와 탄산염광물과 결합한 형태를 합한 함량(FI+FD)을 네덜란드의 토양 및 퇴적물에 대한target(목표기준) 및 intervention threshold(복원기준)와 비교하여 나타내었다. 목표기준 이하의 유해 미량원소 함량은 생체독성학적으로 위험성이 없기 때문에 오염되지 않은 것으로 간주하며, 복원기준을 초과한 함량은 인간 및 동식물에게 위해하기 때문에 복원을 하여야 하는 기준값이다(BiM et al.
연속추출실험의 양이온 교환형태 및 탄산염광물과 결합된 형태는 산성비에 의해서 쉽게 용출되며 생체흡수도가 높은 것으로 알려져 있다(Banerjee, 2003). 그러므로 양이온 교환형태 및 탄산 염광물과 결합한 형태의 유해 미량원소 함량의 합(FI+FII)을 네덜란드 기준과 비교하였다(VR0M, 2000). 폐광석과 주변토양의 카드뮴은 목표기준(0.
대상 데이터
본 연구지역인 삼산제일광산 주변의 주요 유해 미량원소의 오염원으로는 갱도 아래에 적치되어 있는 폐광석과 폐광석 적치장 하부에 별다른 대책이 없이 방치된 광미적치장 등이 있다. 그 중에서도 광미 적치장에 적치된 광미의 양은 약 28만 톤으로 추정되어 가장 중요한 오염원으로 생각된다(이평구 등, 2004c).
시료채취는 2002년 4월에 광미 26개, 광석 1개, 주변 토양 1개 및 배경토양 1개 시료를 채취하였다. 광 미 시료는 광미장을 등 간격으로 나누어 모종삽을 이용해 표면을 제거 후 0~20cm의 깊이에서 1m간격의 동서남북 4지점의 시료를 모아 하나의 시료로 만들어 채취하였다.
시료채취는 2002년 4월에 광미 26개, 광석 1개, 주변 토양 1개 및 배경토양 1개 시료를 채취하였다. 광 미 시료는 광미장을 등 간격으로 나누어 모종삽을 이용해 표면을 제거 후 0~20cm의 깊이에서 1m간격의 동서남북 4지점의 시료를 모아 하나의 시료로 만들어 채취하였다. 한편 광미 중 4개를 선정하여 지표에서 20cm 간격으로 핸드오거를 이용해 광미의 색 차이에 따른 심도별 시료를 채취하였다.
이론/모형
이번 연구에서는 유해 미량원소의 지구화학적인 존재 형태를 규명하기 위해 토양 pH를 고려한 광미 2개 시료(T-6, T-13), 폐광석 1개 및 오염된 토양 1개 시료를 선정하여 시료 lg를 취하여 Tessier et al.,(1979)가 제시한 연속추출법을 이용하였으며, 요약하면 다음과 같다.
성능/효과
광미의 카드뮴(Cd) 함량은 6.1 ~145 (평균 9.2+1.7 μg/g)로서 배경토양의 함량 5.8 ㎍/g에 비해 평균 1.6배(최대 2.5배) 높은 것으로 확인되었다. 한편 주변 토양 내 카드뮴 함량은 7.
광미 내 유해 미량원소 함량은 배경토양보다 높은 것으로 나타났으며, 특히, 구리의 부화도(14.0배)가 매우 높게 나타나 구리에 의한 오염의 확산이 가장 우려된다. 폐광석 내 유해 미량원소의 함량을 배경토양과 비교했을 때, 광미에 비해 전반적으로 낮은 부화도를 보이며, 구리의 경우에는 광미에 비해 폐광석의 부화도가 훨씬 낮아 구리의 주요 오염원이 광미임을 지시한다.
0배)가 매우 높게 나타나 구리에 의한 오염의 확산이 가장 우려된다. 폐광석 내 유해 미량원소의 함량을 배경토양과 비교했을 때, 광미에 비해 전반적으로 낮은 부화도를 보이며, 구리의 경우에는 광미에 비해 폐광석의 부화도가 훨씬 낮아 구리의 주요 오염원이 광미임을 지시한다. 한편 아연의 경우 광미보다 폐광석에서 매우 높은 부화도(7.
4pig/g)의함량 범위를 보여 모든 시료가 국내 토양환경보전법상 의 토양오염 우려기준(400 μg/g)보다 훨씬 낮은 함량을 갖는다. 또한 모든 광미 시료 내 아연의 용출함량은81.2-708.1 μg/g(평균 341.4 pg/g)로서 납의 경우와 마찬가지로 “나” 지역에 대한 토양오염 우려기준(800 μ以 g) 보다 낮은 함량을 갖는 것으로 확인되었다. 따라서 납과 아연에 의한 주변 환경의 오염은 매우 미약할 것으로 판단된다.
한편, 양이온 교환 형태 및 탄산염광물로 존재하는 카드뮴의 비율은 시료 종류에 따라 다소 차이를 보여주고 있다. 즉, 광미, 폐광석 , 주변토양의 양이온 교환 형태와 탄산염광물 형태로 존재하는 카드뮴 비율의 합은 각각 3.0%, 13.8%, 13.7%를 보여준다. 이는 폐광석 및 주변토양 내 카드뮴은 광미에 비해 이동이 가능한 존재형태로 더 많이 존재하기 때문에 주변 환경에 오염원으로서 작용할 가능성이 있음을 지시하고 있다.
코발트의 존재 형태는 비소의 경우와 매우 유사하여 잔류형태가 가장 우세하였으며(광미, 73.0%; 폐광석, 76.9%; 주변토양, 65.4%), 나머지는 산화광물과 결합된 형태(광미, 26.8%; 폐광석, 23.1%; 주변토양, 34.6%)로 나타났다. 이로부터 코발트는 지표에서 자연적으로 안정화되어 있으며, 주변 환경으로의 오염 확산 가능성은 없을 것으로 생각된다.
광산폐기물 내 납의 존재 형태는 산화광물과 결합된형태(광미, 47.1%; 폐광석, 53.0%; 주변토양, 57.4%)가 가장 우세하며, 다음은 잔류형태(광미, 40.8%; 폐광 석, 31.8%; 주변토양, 30.6%)인 것으로 나타났다. 황화 광물과 결합한 형태는 광미가 2.
6%)인 것으로 나타났다. 황화 광물과 결합한 형태는 광미가 2.5%, 폐광석이 5.5%, 주변토양이 4.9%로 나타났다. 한편 양이온교환 형태의 납은 모든 시료에서 존재하지 않는다.
아연의 화학적 존재형태는 광미, 폐광석 및 주변토양 별로 각각 다른 비율로 존재하고 있는 것으로 나타났다. 광미의 경우, 잔류형태의 비율이 47.
8%).한편 양이온결합 형태로 존재하는 비율은 폐광석이 12.8%, 주변토양이 16.6%이었으며, 탄산염광물과 존재하는 비율은 각각 16.2%과 9.8%로서 다른 유해 미량원소에 비해서 상대적으로 높은 비율을 보여주고 있다. 이와 같이 광미, 폐광석 및 주변토양 내 아연의 양이온 교환형태 및 탄산염광물수반 형태 비율의 합(광미,28.
삼산제일광산의 모든 광미 시료 내 카드뮴의 전함량(Table 1)은 네덜란드의 목표기준(0.8 pg/g) 보다는 높지만 복원기준(12.0 ㎍/g) 보다는 낮은 것으로 확인되었다. Cu의 경우, 모든 광미 내 구리 함량은 목표기준(36 μg/g)은 물론 복원기준(190 μg/g)을 초과하고 있다.
0 ㎍/g) 보다 높은 함량은 보여주어 주변 생태계에 미치는 영향이 큰 것으로 판단된다. 납은 폐광석의 함량(184.9 |ig/g)이 목표기준 보다 다소 높은 것을 제외하고는 매우 낮은 함량은 보이며, 아연의 경우에는 모든 시료가 목표기준(140.0 μg/g) 보다 낮아 이들 유해 미량원소에 의한 생태계에 미치는 영향은 미약할 것으로 판단된다(Fig. 3, Table 5).
2. 토양오염공정시험법 전처리에 의한 용출실험 결과, 광미 내 카드뮴, 납 및 아연은 토양환경보전법의 ''나''지역(공장용지, 도로, 철도용지 및 잡종지인 지역) 에 대한 토양오염 우려기준을 초과하지 않는다. 반면에 비소는 토양오염 대책기준을 크게 초과하고 있다.
3. 삼산제일광산의 광미시료에 함유된 유해 미량원소의 존재형태는 주로 잔류형태와 산화광물과 결합한 형태로 산출하여 자연적으로 안정한 상태인 것으로 판단된다. 하지만 아연의 경우에 양이온교환 형태 및 탄산염광물과 결합한 형태로 존재하는 함량이 높아, 다른 유해 미량원소에 비해 주변 환경으로의 오염 확산이 우려된다.
4. 광미 내 구리의 높은 부화도(평균 14배), 토양오 염공정시험법 전처리에 의해 용출된 구리의 함량 및 광미적치장의 규모를 고려해 볼 때 주변 환경으로의 오염 확산이 가장 우려되는 유해 미량원소는 구리인 것으로 판단된다.
5. 광미에 대한 전함량 및 광미, 폐광석, 주변토양에 대한 연속추출실험의 양기온교환형태 및 탄산염광물수반형태 함량의 합(FI + FII>을 생태독성학적 고려를 한 네덜란드의 토양 및 퇴적물 기준과 비교했을 때, 구리를 제외한 나머지 원소가 생태계에 미치는 영향은 미약한 것으로 판단된다.
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