영양 용화광산의 광미 및 침출수의 광물학적 및 지화학적 특성 연구 Studies on Mineralogical and Geochemical Characterization of Tailings and Leachate Water in Yonghwa Mine, Yeongyang Area원문보기
용화광산의 광미와 침출수에 대한 분석을 실시하여 광미로부터 부과될 수 있는 성분을 예측하고, 침출수가 주변하천으로 유입될 때 오염물질의 거리에 따른 변화를 측정하였다. 하천수의 거리에 따른 변화는 갱내수와 침출수가 유출되는 지점에는 대체로 높게 나타나고 하류로 갈수록 이온의 농도는 급격히 낮아진다. 이는 침출수에 비해 훨씬 유량이 많은 비오염하천수에 의한 희석효과 때문이다. 광미는 붉은색과 노란색으로 구분되며 붉은색 광미의 주 구성광물은 석영, 일라이트, 플럼보자로사이트와 약간의 섬아연석이며 노란색 광미는 백운모, 석영, 플럼보자로사이트(Plumbojarosite) 그리고 소량의 황동석(Chalcopyrite)과 섬아연석(Sphalerite)을 포함하고 있다. 침출수에서 높은 값을 나타내는 Pb, Zn 등은 광미에 포함된 플럼보자로사이트와 섬아연석의 용해작용에 의한 것으로 하천수의 오염에 주 원인으로 작용하고 있다.
용화광산의 광미와 침출수에 대한 분석을 실시하여 광미로부터 부과될 수 있는 성분을 예측하고, 침출수가 주변하천으로 유입될 때 오염물질의 거리에 따른 변화를 측정하였다. 하천수의 거리에 따른 변화는 갱내수와 침출수가 유출되는 지점에는 대체로 높게 나타나고 하류로 갈수록 이온의 농도는 급격히 낮아진다. 이는 침출수에 비해 훨씬 유량이 많은 비오염하천수에 의한 희석효과 때문이다. 광미는 붉은색과 노란색으로 구분되며 붉은색 광미의 주 구성광물은 석영, 일라이트, 플럼보자로사이트와 약간의 섬아연석이며 노란색 광미는 백운모, 석영, 플럼보자로사이트(Plumbojarosite) 그리고 소량의 황동석(Chalcopyrite)과 섬아연석(Sphalerite)을 포함하고 있다. 침출수에서 높은 값을 나타내는 Pb, Zn 등은 광미에 포함된 플럼보자로사이트와 섬아연석의 용해작용에 의한 것으로 하천수의 오염에 주 원인으로 작용하고 있다.
Current study includes the analysis of mine tailings and leachate water and prediction of species originated from the tailings. The variation of contaminants were measured upon the distance from the tailings to the nearby stream. The ions concentration was highest at the tailings and pit mouth and i...
Current study includes the analysis of mine tailings and leachate water and prediction of species originated from the tailings. The variation of contaminants were measured upon the distance from the tailings to the nearby stream. The ions concentration was highest at the tailings and pit mouth and it becomes lower as it goes far away from the origin. This is the reason that the leachate was diluted with the uncontaminated stream water. The tailings were mainly classified into reddish one and yellow one. The main mineral of reddish tailings were quarts, illite, plumbojarosite and a small amount of sphalerite. The main mineral of yellow tailings were muscovite, quarts, plumbojarosite, and a small amount of chalcopyrite and sphalerite. Pb and Zn were found in the leachate in high concentration and become the major contaminants. These come from the dissolution of plumbojarosite and sphalerite contained in the mine tailings.
Current study includes the analysis of mine tailings and leachate water and prediction of species originated from the tailings. The variation of contaminants were measured upon the distance from the tailings to the nearby stream. The ions concentration was highest at the tailings and pit mouth and it becomes lower as it goes far away from the origin. This is the reason that the leachate was diluted with the uncontaminated stream water. The tailings were mainly classified into reddish one and yellow one. The main mineral of reddish tailings were quarts, illite, plumbojarosite and a small amount of sphalerite. The main mineral of yellow tailings were muscovite, quarts, plumbojarosite, and a small amount of chalcopyrite and sphalerite. Pb and Zn were found in the leachate in high concentration and become the major contaminants. These come from the dissolution of plumbojarosite and sphalerite contained in the mine tailings.
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문제 정의
광산 주변에 적치된 광미의 광물화학적 특성이 침출수에 미치는 영향을 평가하기 위하여 광미의 광물학적 특성과 침출수의 화학적 특성의 연관성을 연구였다. 광미에 포함된 주요 금속광물은 플럼보자로사이트, 섬아 연석, 황동석으로 침출수에 부가될 수 있는 금속이온은 주로 Pb, Zn, Fe, Cu이며, 음이온은 SO4로 추정할 수 있다.
본 연구는 영양 용화광산의 광물찌꺼기 적치장으로 부터 유출되는 침출수의 수리화학적 특성을 연구하여 용화광산 침출수가 주변 수계에 미치는 환경오염 정도를 파악하는 것이다. 이를 위해 용화광산 광미의 광물 분석을 실시하였으며, 침출수와 주변 하천수의 중금속 오염 정도를 측정하였다.
제안 방법
용화광산 주변 수계에서 2007년 7월부터 2008년 6월까지 1개월 간격으로 하천수와 침출수, 갱내수를 거리와 채수 조건을 고려하여 하천수 6, 갱내수 1, 침출수 1개 지점에서 채취하였으며, 동절기 때 하천이 결빙되거나 건천이 되어 시료채취가 불가능한 지점을 제외하고 매월 동일 지점에서 시료를 채수하였다. 갱내 수는 갱구 앞 갱내수가 유출되는 지점에서 채수하였으며, 하천수는 하천을 따라 소하천 합류지점 등을 고려 하여 200-300 m 간격으로 채수하였다(Fig. 1). 침출수는 선광장 하부에 광물찌꺼기 적치장으로 부터에서 유출되어 하천으로 유입되는 지점에서 채수하였다.
광미의 미세구조와 형태, 구성광물의 정성 및 반정량적 분석을 위해 주사전자현미경(JSM-6300, SEM & EDS)관찰을 실시하였다.
침출수는 선광장 하부에 광물찌꺼기 적치장으로 부터에서 유출되어 하천으로 유입되는 지점에서 채수하였다. 물 시료는 채취 시 현장에서 pH, 온도, 전기전도도(EC) 등을 측정하였다. 광물 분석을 위한 시료는 광미 적치장과 주변 폐석 더미에서 채광 당시 광석으로 추정되는 시료를 채취하였다.
물시료 채취 시 현장에서 pH, 온도, 전기전도도(EC) 를 휴대용 HANNA HI9828를 이용하여 측정하였다. 채수한 시료는 현장에서 0.
선광장 주변에서 채취한 광미시료는 노란색과 붉은색으로 대표되며, 광물학적인 특성과 입자구조 및 화학조성을 알아보기 위하여 고해상도분말회절분석 (HRPD)과 주사전자현미경(SEM&EDS)관찰을 실시하였다.
용화광산 주변 하천수에 대한 광산의 영향을 평가하기 위하여 하천수를 거리별로 측정하여 양이온과 음이 온의 변화를 측정하였다. 하천수의 유량은 광산으로부터 배출되는 침출수나 갱내수에 비해 훨씬 많기 때문에 하천수에 의한 희석작용으로 농도가 현저히 감소하는 경향을 보여준다.
용화광산 주변의 폐석, 광미에 대한 정확한 광물 조성을 연구하기 위하여 포항가속기연구소의 8C2 빔라인 고해상도분말회절분석(λ=1.5490Å)을 실시하였다.
본 연구는 영양 용화광산의 광물찌꺼기 적치장으로 부터 유출되는 침출수의 수리화학적 특성을 연구하여 용화광산 침출수가 주변 수계에 미치는 환경오염 정도를 파악하는 것이다. 이를 위해 용화광산 광미의 광물 분석을 실시하였으며, 침출수와 주변 하천수의 중금속 오염 정도를 측정하였다. 폐광산에 대한 연구에 의하면 각 광산의 특성에 따라 갱내수나 침출수의 특성이 다르게 나타난다.
채수한 시료는 아이스박스에 보관 운반하였으며 분석 시까지 4℃로 냉장 보관하였다. 침출수가 유출되는 지점 부근의 하천바닥에 침전되는 붉은색 침전물은 자갈에 피복된 것을 하천수와 같이 채취하여 원심분리 후 광물학적 특성을 연구하였다. 하천수, 갱내수, 침출수에 포함된 양이온은 Spectro Flame Modula S 유도쌍극자플라즈마분광분석기(ICPAES), Elan DRC-e 유도쌍극자플라즈마질량분석기(ICP-MS), SpectrAA 220FS를 이용하였으며, 음이온은 Dionex DX-600 이온크로마토그래피를 이용하여 분석하였다.
1). 침출수는 선광장 하부에 광물찌꺼기 적치장으로 부터에서 유출되어 하천으로 유입되는 지점에서 채수하였다. 물 시료는 채취 시 현장에서 pH, 온도, 전기전도도(EC) 등을 측정하였다.
폐석은 광산 주변 사면에 적치되어 있으며 폐석에 포함되어 있는 광물의 색깔, 형태 등을 고려하여 시료를 채취하였으며, 정확한 금속광물의 감정을 위해 고해상도분말회절분석(HRPD)을 이용하여 분석하였다. 폐석의 표면은 검은색이나 붉은색을 띠고 있으며 육안으로 구분 가능한 금속 광물을 함유하고 있는 폐광석도 다수 존재한다.
침출수가 유출되는 지점 부근의 하천바닥에 침전되는 붉은색 침전물은 자갈에 피복된 것을 하천수와 같이 채취하여 원심분리 후 광물학적 특성을 연구하였다. 하천수, 갱내수, 침출수에 포함된 양이온은 Spectro Flame Modula S 유도쌍극자플라즈마분광분석기(ICPAES), Elan DRC-e 유도쌍극자플라즈마질량분석기(ICP-MS), SpectrAA 220FS를 이용하였으며, 음이온은 Dionex DX-600 이온크로마토그래피를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
물 시료는 채취 시 현장에서 pH, 온도, 전기전도도(EC) 등을 측정하였다. 광물 분석을 위한 시료는 광미 적치장과 주변 폐석 더미에서 채광 당시 광석으로 추정되는 시료를 채취하였다.
광산주변 물시료는 갱내수, 침출수, 하천수로 구분하여 시료를 채수하였다. 갱내수는 주변 하천에 비해 전기전도도와 SO4, Mg, Ca, Zn, Si의 함량이 높게 나타나는 경향이 있어 일반하천과 구분되지만 극도의 산성및 다량의 중금속을 포함하는 산성광산배수로의 특징은 나타내지 않는다.
연구지역의 모암은 선캠브리아기의 변성퇴적암류와 이를 관입한 화강암맥으로 구성되어 있고, 주 구성암석은 운모편마암, 편마암, 규암, 석회암, 각섬암, 역암 등으로 연구지역에 가장 넓게 분포하고 있는 것은 운모편마암이다.
연구지역의 지질은 북부에 선캠브리아기의 운모편마암, 편암, 규암, 석회암, 각섬암 등의 변성퇴적암류와 이를 관입한 화강암, 페그마타이트 등으로 구성된 평해통과 원남층이 서로 부정합으로 직접 맞닿아 있으며, 남부에는 중생대 하양층군의 퇴적암이 피복하고 있다. 영양소분지에 분포하는 하양층군은 독자적인 8개의 육성퇴적층으로 이루어져 있으며, 하부로 부터 울련산층, 동화치층, 가송동층, 청량산층, 오십봉층, 도계동층, 기사동층, 신양동층으로 분류한다.
용화광산 주변 수계에서 2007년 7월부터 2008년 6월까지 1개월 간격으로 하천수와 침출수, 갱내수를 거리와 채수 조건을 고려하여 하천수 6, 갱내수 1, 침출수 1개 지점에서 채취하였으며, 동절기 때 하천이 결빙되거나 건천이 되어 시료채취가 불가능한 지점을 제외하고 매월 동일 지점에서 시료를 채수하였다. 갱내 수는 갱구 앞 갱내수가 유출되는 지점에서 채수하였으며, 하천수는 하천을 따라 소하천 합류지점 등을 고려 하여 200-300 m 간격으로 채수하였다(Fig.
5 km 지점에서 남동방향으로 흐르는 하천에 합류된다. 하천수 시료는 광산에 전혀 영향을 받지 않을 것으로 판단되는 시료 2개(SW-01, 02)와 갱내수와 침출수의 영향을 받을 것으로 판단되는 시료 4개를 포함하여 총 6개의 시료에 대한 분석데이터를 활용하였다 (Table 2).
지리좌표 상으로는 E129°07'- E129°08', N36°49' - N36°50'이다. 해발 1,150 m의 일월산 내 계곡부의 650 m 지점부터 하류방향인 북동 방향으로 1.5 km에 걸쳐 갱구와 폐석장이 위치하고 있다. 폐석장으로 부터 남동방향으로 1 km 거리에 용화광산 선광장이 위치하고 있으며, 선광장 주변의 광물찌꺼기 적치장은 복토공사 후 자연환경 체험 교육장으로 활용하고 있다.
성능/효과
pH: 12월에 7.38로 가장 낮았고, 7월에 7.93로 가장 높은 값을 나타내었으며, 그 외 계절에 따른 특징 적인 변화나 큰 차이 없이 꾸준하게 이 범위내의 pH 값을 나타내는 것으로 보아 용화광산 갱내수는 산성광산배수의 특성을 나타내지 않는다.
후속연구
폐광산에 대한 연구에 의하면 각 광산의 특성에 따라 갱내수나 침출수의 특성이 다르게 나타난다. 이미 광해 복구사업이 진행된 폐금속광산인 용화광산에서 나타나는 갱내수, 침출수, 하천 수에 대한 수질 특성에 대한 결과는 향후 다른 폐금속광산의 복구사업에서 나타날 수 있는 수질특성을 예측하는 참고 자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 대부분의 광산이 폐광된 이유는?
국내 광산은 1920-1930년대에 본격적으로 개발되기 시작하여 1960년대 및 70년대에 국가 산업 활동의 기초가 되는 원료자원을 확보하는 기간산업으로 개발되 었다. 하지만 90년대 이후 광량 고갈 및 국제자원가격 하락으로 인한 채산성 악화로 대부분의 광산이 폐광되 었으며, 대다수의 폐광산들은 환경보호 조치와 같은 사후 처리를 하지 않은 상태로 방치되어 있다.
갱내수 및 침출수의 유출, 광산폐기물 유실에 의한 주변의 환경오염 정도에 영향을 주는 요인은?
폐 갱도에서는 오염된 갱내수가 지표 환경으로 유출되기도 하며, 광산 폐기물이 유실되거나 혹은 침출수를 발생시켜 인근 수계 및 토양환경을 오염시킨다. 이러한 갱내수 및 침출수의 유출, 광산폐기물 유실에 의한 주변의 환경오염 정도는 폐광 시 사후 처리, 광산 개발 방식, 개발 정도, 지질, 광종 및 광산 주변환경에 좌우된다. 휴·폐광산의 갱내수 및 침출수와 광산폐기물에 의한 수질및 토양 환경오염은 폐광지역의 자연환경 오염과 폐광산 주변의 거주민의의 민원을 초래하여 사회적 문제를 일으킬 수 있다.
광산폐기물 내 중금속 원소의 영향 평가 방법에 관한 선행 연구는 어떤 것들이 있는가?
국외에서는 지난 30년 간 광산주변 환경에 미치는 광산폐기물 내 중금속 원소들의 잠재적이고 실제적인 영향을 평가하기 위한 적절한 방법을 찾기 위해 많은 기초적인 연구가 이루어져 왔다. 즉, 총함량분석, 광미-물 상호반응에 대한 실험실 규모의 simulation 연구 (Humez et al., 1997; Kedziorek et al., 1998), 중금속의 광물학적 형태에 관한 연구(Walder and Chavez, 1995; Davis et al., 1998), 산성광산배수의 산도를 예측하기 위한 연구(Jennings and Dollhopf, 1995; Jurjovec et al., 2002; Equeenuddin et al., 2010; Daviesa et al., 2011), 중금속의 존재 형태 규명을 위한 연속추출방법에 대한 연구(Clevenger, 1990), 중금속의 이동과 확산과 관련된 지화학/수리지질학적 모델링 연구(Appel and Reilly, 1994; Alpers and Nordstrom, 1994) 등 다양한 연구가 이루어져왔다.
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