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문제 정의
- 본 연구에서는 광산 폐석에 의해 하천과 농경지의 오염 가능성이 높은 거도광산, 만정광산, 조일광산의. 폐석을 대상으로 입도분석 및 Tessier 등(1979)에 의한 중금속 존재형태에 따른 이동성을 평가하고, Index of geoaccu- mulation(Igeo)을 이용, 각 광산폐석의 오염정도를 평가, 복원 우선순위 결정을 위한 자료로 활용하려고 한다.
- 본 연구에서는 광산 폐석에 의해 하천과 농경지의 오염 가능성이 높은 거도광산, 만정광산, 조일광산의. 폐석을 대상으로 입도분석 및 Tessier 등(1979)에 의한 중금속 존재형태에 따른 이동성을 평가하고, Index of geoaccu- mulation(Igeo)을 이용, 각 광산폐석의 오염정도를 평가, 복원 우선순위 결정을 위한 자료로 활용하려고 한다.
제안 방법
- 입도 분석은 체 분석(sieving)과 침강 분석(pipette method)을 병행하여 실시하였다(박용안, 1983; Folk, 1954). 64 ㎛ 이상의 입경을 갖는 입자는 체 분석을 하고 64 ㎛ 이하의 입경을 갖는 입자는 침강분석을 실시하였다. 토양의 토성(Texture)은 미국 농무부 법에 따라 분류하였고, 입도 분석은 Shepard, 평균 입도는 Folk의 분류 방법을 따랐다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산에서 채취한 폐석에 대한 지화학적 농축계수, 존재형태, 용출실험 후 존재형태의 변화를 분석한 결과와 토의를 통해 다음과 같은 결론을 얻 었다.
- 폐석에 함유된 중금속의 지화학적 농축계수는 지화학적농축계수(Index of geoaccumulation(Igeo)을 이용하여 평가하였고 분류는 비오염 (Unpolluted), 근접오염 (Unpolluted to Moderately Polluted), 중간오염 (Moderately Polluted), 주위오염 (Moderately to Highly Polluted), 경보오염 Highly Polluted, 대책오염 (Highly to Very Highly Polluted), 위험오염 (Very Highly Polluted)로 나누었다.
대상 데이터
- 본 연구 대상 지역인 남한강 수계에 위치한 거도광산,만정광산, 조일광산은 고}거에 모두 Sodium ethyl xanthate나 Oleic acid오) 같은 유기 포수제 (collecting agent)를 이용하는 부유선광법으로 광석으로부터 목적 광물을 추출하였으며 선별 공정에서 나오는 폐석은 건조시켜 방치하고 있다. 방치된 폐석은 폭우 등에 의하여 하천이나 농경지로 유입되고, 폐석을 씻은 물은 하천으로 유입되어 수질 오염과 토양 오염의 원인이 되고 있다.
- 본 연구에 사용된 시료는 2003년 5월10일부터 9월7일 까지 거도광산, 만정광산, 조일광산을 대상으로 폐석 집적장의 여러 지점에서 채취하여 원추 4분법으로 시료를 균질화하여 사용하였다.
- 중금속의 존재형태 분석을 위해 위의 시료를 40P에서 건조시켜 망 눈의 크기 2 mm인 비금속 체(nylon bolting cloth sieve)로 체질하여 사용하였고 입도 분석용 시료는 40℃에서 건조시킨 시료를 그대로 사용하였다. 입도 분석은 체 분석(sieving)과 침강 분석(pipette method)을 병행하여 실시하였다(박용안, 1983; Folk, 1954).
이론/모형
- 중금속의 존재형태 분석을 위해 위의 시료를 40P에서 건조시켜 망 눈의 크기 2 mm인 비금속 체(nylon bolting cloth sieve)로 체질하여 사용하였고 입도 분석용 시료는 40℃에서 건조시킨 시료를 그대로 사용하였다. 입도 분석은 체 분석(sieving)과 침강 분석(pipette method)을 병행하여 실시하였다(박용안, 1983; Folk, 1954). 64 ㎛ 이상의 입경을 갖는 입자는 체 분석을 하고 64 ㎛ 이하의 입경을 갖는 입자는 침강분석을 실시하였다.
- 64 ㎛ 이상의 입경을 갖는 입자는 체 분석을 하고 64 ㎛ 이하의 입경을 갖는 입자는 침강분석을 실시하였다. 토양의 토성(Texture)은 미국 농무부 법에 따라 분류하였고, 입도 분석은 Shepard, 평균 입도는 Folk의 분류 방법을 따랐다.
- 폐석 내 중금속의 존재 형태는 Tessier 등(1979)의 방법에 따라 흡착태형태 (adsorbed form), 탄산화합물과 결합된 형태 (carbonate form), 철 및 망간산화물과 결합된 형 태(reducible form), 유기물과 결합된 형태(organic form), 잔존물형태 (residual form)로 분류하여 주출하였으며, 중금속의 농도는 ICP(Perkin Elmer XL 3100, USA)를 이용하여 측정하였다.
- 폐석의 지화학적 농축계수(Index of geoaccumulation)는 Miiller(1979)에 의해 제시된 Index of geoaccumu- lation(Igeo)을 기준으로 하여 평가하였다(Table 1).
성능/효과
- 1. 폐석에 대한 입도분석 결과 조일광산을 제외하고는 거도광산, 만정광산에서 Sand가 우점 하였다.
- 2. 폐석의 지화학적 농축계수를 이용하여 분류한 결과 연구 대상 전 지역에서 구리, 납, 니켈, 카드미움의 농축 정도가 높게 나타났으며 특히, 카드 미움은 가장 높은 6으로 매우 심한 농축 정도를 나타내었다.
- 3. 연속추출법에 의해 폐석에 함유된 중금속의 존재형태를 분석 결과 연구 대상 전 지역에서 구리는 유기물과 결합된 형태, 납은 철 및 망간 산화 물과 결합된 형태, 니켈은 잔류상 형태, 아연은 잔류상 형태의 함량이 높고 카드미움, 크롬은 거도광산, 만정광산에서 잔류상 형태, 조일광산에서 철 및 망간 산화물과 결합된 형태의 함량이 높은 것으로 나타났다.
- 4. 자연 상태에서 용출이 용이한 흡착태 형태, 철 및 망간 산화물과 결합된 형태와 유기물과 결합된 형태 합의 함량 비율이 높게 나타나 폐석이 농경지나 하천으로 유입될 경우 토앙오염과 수질오염을 유발시킬 것으로 판단된다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산에서 채취한 폐석에 대한 지화학적 농축계수 평가 결과 구리는 4~5의 분포를 보여 대책오염상태를 나타냈으며, 납은 4~6의 분포를 보여 심하게 오염되어 있는 것으로 나타났다. 니켈은 연구 대상 전 지역에서 2의 값을 나타내어 중간오염이었으며, 아연은 조일광산에서 6을 나타내 대책오염상태를 나태내고 있다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산의 폐석에 함유되어 있는 구리 총량은 각각 1214.5 ng/g, 857.6 pig/g, 642.0 ㎍/g로 거도광산이 제일 높은 농도를 보였으며(Fig. 3) 이를평균 shale의 구리 함량 45 |ig/g(FOrstner, Wittmann, 1981; Wedepohl, 1961)과 비교해보면 세곳 광산 모두 매우 높은 농도를 나타냈다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산의 폐석에 함유되어 있는 납의 총량은 각각 287.4 ㎍/g, 266.0 ㎍/g, 1820.5 ㎍/g로 조일광산이 제일 높은 농도를 보였으며 이를 평균shale의 납 함량 20 pg/g(FOrstner, Wittmann, 1981;Wedepohl, 1961)과 비교해보면 조사된 광산 모두 13~90배 높은 농도를 나타냈다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산의 폐석에 함유되어 있는 니켈의 총량은 각각 371.0 ㎍/g, 284.4 ㎍/g, 345.2 ㎍/g로 거도광산이 제일 높은 농도를 보였으며 이를 평균 shale의 니켈 함량 68 pig/g(FOrstner, Wittmann, 1981;Wedepohl, 1961)과 비교해보면 세곳 광산 모두 4~5배 높은 농도를 나타냈다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산의 폐석에 함유되어 있는 카드미움 총량은 각각 16.0 ㎍/g, 14.9 ㎍/g, 56.0 ㎍/g로 조일광산이 제일 높은 농도를 보였으며 이를 평균shale의 카드미움 함량 0.3 ㎍/g(FOrstner, Wittmann, 1981;Wedepohl, 1961)과 비교해보면 세곳 광산 모두 매우 높은 농도를 나타냈다.
- 거도광산, 만정광산, 조일광산의 폐석을 존재형태 분석한 결과 광물 성분과 관련된 residual fraction의 형태가 가장 높고 유기물과 관련된 organic fiaction의 형태의 함량비가 높았다(Fig. 5). 이는 부유 선광시 사용한 유기물과 결합되었던 니켈이 추출되어진 것으로 보여진다.
- 조사 지역 폐석에 대한 입도분석 결과 입도 조성(Texture)은 거도광산 Sand 59.9%, Silt 31.7%, Clay8.4% 만정광산 Sand 63.6%, Silt 25.9%, Clay 10.5% 조일광산 Sand 7.1%, Silt 45.67%, Clay 47.3%로 조일광산을 제외하고는 두 광산에서 Sand가 우점하였다. 조사 지역의 입도 분석 결과를 Table 2에 입도분포(textural composition)를- Fig.
- 지화학적 농죽계수(Index of geoaccumulation(Igeo)을이용하여 거도광산, 만정광산, 조일광산 폐석의 지화학적농축계수를 구한 결과 class 4~6(Highly polluted 이상)로조일광산 가장 높은 class 6을 나타냈으며 폐석이 강우나 자연 환경 변화에 의해 하천과 농경지로 유입될 경우 납에 의한 오염이 나타날 것으로 예측된다.
- 지화학적 농축계수 (Index of geoaccumulation)을 이용하여 거도광산, 만정광산, 조일광산 폐석의 지화학적 농축계수를 구한 결과 class 2(Moderately polluted)로 오염이 진행되어 있음을 알 수 있었다.
- 지화학적 농축계수(Index of geoaccumulation)을 이용하여 거도광산, 만정광산, 조일광산 폐석의 지화학적 농축 계수를 구한 결과 가장 높은 class 인 &으로 폐석이 강우에 의하여 하천과 농경지로 유입될 경우 카드미움에 의한 오염이 나타날 것으로 보여지며, 충주호의 상류에 가깝게 위치한 조일광산의 경우 용출이 쉬운 형태의 함량비가 총량의 65.0%> 차지하고 있어 조일광산의 폐석이 충주호로 유입될 경우 카드미움에 의한 수체의 오염 기여도가 나타날 것으로 예상된다.
- 4), 토양이 혐기성 형태나 유기물 분해에 의한 수소이온 농도에 의한 pH 감소와 같은 환경 변화가 발생되면 하천과 농경지에 많은 량의 납이 용출될 것으로 사료된다. 특히, 충주호 상류에 가깝게 위치한 조일광산은 거도광산, 만정광산 보다도 총 함량이 매우 높게 나타났으며 혐기성 상태에서 용출이 쉽게 일어나는 reducible fraction이 대부분을 차지하고 있어 조일광산의 폐석이 충주호로 유입될 경우 심각한 수질오염을 나타낼 것으로 사료된다.
- 폐석에 함유된 구리의 존재형태 분석 결과 거도광산, 만정 광산, 조일광산에서 모두 유기물과 결합된 형태인 organic fiaction의 함량비가 높게 나타났다. 이는 유화광물로 존재하고 있던 부분이 산화되었기 때문으로 사료된다.
- 폐석에 함유된 납의 존재형태를 분석한 결과 조사 지역 모두에서 철/망간 산화물과 결합된 부분인 reducible fraction의 함량비가 높게 나타났는데 (Fig. 4), 토양이 혐기성 형태나 유기물 분해에 의한 수소이온 농도에 의한 pH 감소와 같은 환경 변화가 발생되면 하천과 농경지에 많은 량의 납이 용출될 것으로 사료된다. 특히, 충주호 상류에 가깝게 위치한 조일광산은 거도광산, 만정광산 보다도 총 함량이 매우 높게 나타났으며 혐기성 상태에서 용출이 쉽게 일어나는 reducible fraction이 대부분을 차지하고 있어 조일광산의 폐석이 충주호로 유입될 경우 심각한 수질오염을 나타낼 것으로 사료된다.
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