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문제 정의
- 따라서 모암의 경우 잠재적인 중금속 유출의 위험성이 크다고 할 수 있으며 단층비지의 경우 공침 및 흡착 등을 통하여 이러한 중금속의 유출을 어느 정도 제어할 수 있음을 보여주고 있다. 따라서 본 연구는 단층이 물의 이동과 더불어 용존된 중금속의 주요 이동통로가 될 수 있음을 고려할 때 중금속의 유동성을 파악하기 위하여 단층비지의 광물 성분을 파악하는 것이 매우 중요함을 시사한다.
- 본 연구는 양산지역에 분포하는 함황철석 안산암 지역의 단층비지에 대한 광물학적 지구화학적 연구를 수행하여 광물분포의 이해와 더불어 추가로 연속추출법을 이용하여 비지 내 중금속들의 존재양상 및 중금속 분포에 미치는 단층비지의 역할에 대한 이해를 목적으로 한다.
제안 방법
- 모암 시료와 단층비지 시료에 대하여 연속추출법을 실시하였다. 그 후 중금속의 함량과 분산을 조사하기 위해 각각 추출된 6단계의 시료를 대상으로 Fe, Pb, Cd, As, Zn, Cu, Ni, Cr의 8가지 원소의 농도를 ICP-AES와 ICP-MS로 분석하였다. 분석결과 연속추출법 전 단계를 다 합한 중금속의총 함량은 모암의 경우 Fe (42,591 ppm), Pb (19.
- 분석전 시료는 시료는 암석분쇄기로 분쇄하였고 막자사발로 가는 입자로 만든 후 100℃에서 24시간 건조시켰다. 단층 비지 구성 광물의 산출 양상 및 화학성분 분석을 위하여 기초과학연구원 대구 센터에서 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM, Hitachi S-4200) 분석을 실시하였으며 추가로 에너지 분산형 X-선 측정(Energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 분석을 실시하였다. 단층비지 시료를 60℃에서 24시간 건조시킨 후 백금 코팅을 하였고 최소 200배에서 최대 35,000배로 확대하여 관찰하고 EDS 분석을 실시하였다.
- 단층 비지 구성 광물의 산출 양상 및 화학성분 분석을 위하여 기초과학연구원 대구 센터에서 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM, Hitachi S-4200) 분석을 실시하였으며 추가로 에너지 분산형 X-선 측정(Energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 분석을 실시하였다. 단층비지 시료를 60℃에서 24시간 건조시킨 후 백금 코팅을 하였고 최소 200배에서 최대 35,000배로 확대하여 관찰하고 EDS 분석을 실시하였다.
- 단층비지 시료를 대상으로 SEM/EDS 분석을 실시하였다. 분석결과 시료들은 주로 비정형의 침철석으로 구성되었으며 추가적으로 침상으로 산출되는 카콕세나이트와 XRD 분석으로 관찰되지 않았던 자로사이트가 관찰되었다(Fig.
- 비지시료에 대하여 pH를 측정하였으며 pH는 20 mL 비커에 증류수와 시료를 5:1의 비율로(각 10 g, 2 g) 섞은 뒤 진동기로 30분간 흔들고 24시간 후 용액을 유리막대로 저은 후 pH 미터기(Orion 420 A)를 이용하여 측정하였다. 모암 및 이차생성광물의 화학조성 및 휘발성분(LOI : Loss Of Ignition)을 분석하기 위하여 기초과학지원연구원 서울센터에서 X-선 형광분석(X-ray florescence, XRF, Phillips PW2404)을 실시하였다. 분석전 시료는 시료는 암석분쇄기로 분쇄하였고 막자사발로 가는 입자로 만든 후 100℃에서 24시간 건조시켰다.
- 모암 시료와 단층비지 시료에 대하여 연속추출법을 실시하였다. 그 후 중금속의 함량과 분산을 조사하기 위해 각각 추출된 6단계의 시료를 대상으로 Fe, Pb, Cd, As, Zn, Cu, Ni, Cr의 8가지 원소의 농도를 ICP-AES와 ICP-MS로 분석하였다.
- 분석은 60℃에서 24시간 건조시킨 시료에 대하여 2θ 3-60°의 범위 내에서 CuKα 파장을 이용하였다.
- 분석은 60℃에서 24시간 건조시킨 시료에 대하여 2θ 3-60°의 범위 내에서 CuKα 파장을 이용하였다. 비지시료에 대하여 pH를 측정하였으며 pH는 20 mL 비커에 증류수와 시료를 5:1의 비율로(각 10 g, 2 g) 섞은 뒤 진동기로 30분간 흔들고 24시간 후 용액을 유리막대로 저은 후 pH 미터기(Orion 420 A)를 이용하여 측정하였다. 모암 및 이차생성광물의 화학조성 및 휘발성분(LOI : Loss Of Ignition)을 분석하기 위하여 기초과학지원연구원 서울센터에서 X-선 형광분석(X-ray florescence, XRF, Phillips PW2404)을 실시하였다.
- 연구 지역에서 채취한 시료에 대한 모암에 존재하는 광물 및 단층 활동에 의해 생성된 이차광물을 알아보기 위하여 기초과학지원연구원 대구 센터에서 X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD, Phillips XPERT APT)을 실시하였다. 분석은 60℃에서 24시간 건조시킨 시료에 대하여 2θ 3-60°의 범위 내에서 CuKα 파장을 이용하였다.
- 추출된 상등액은 농질산을 이용하여 pH를 낮게 유지하여 냉장 보관하였다. 연속추출법 각 단계에서의 중금속의 농도는 기초과학지원연구원 서울센터의 유도결합 플라즈마 방출분광기 분석(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectro- photo meter, ICP-AES, 138 Ultrace, Jobin Yvon)과 유도결합 플라즈마 질량분석기 분석(Inductively Coupled Plasma Mass Spectro -meter, ICP-MS, Elan DRC 2, Perkin Elmer)을 이용하여 Fe, Pb, Cd, As, Zn, Cu, Ni, Cr 8개 원소에 대하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 연구 시료는 경상남도 양산시 명동 산20번지의 도로변 노두에 분포하는 단층비지를 채취하였으며, 시료 채취 지점은 N35°23′ 58.70 ″ E129°10′ 37.82″ 지점이다(Fig. 2).
- 본 연구는 경상남도 양산시 명동의 도로변 노두를 대상으로 실시하였다. 연구지역은 열수변질에 의해 생성된 황철석이 다량 존재하며 단층과 짙은 갈색의 단층비지가 잘 나타나며 연구 결과 단층비지의 경우 모암과는 다른 광물성분으로 구성되어있으며 이에 의한 중금속의 거동에 어느 정도 제어될 수 있음을 보여준다.
- 본 연구를 위하여 시료를 채취한 지역은 경상남도 양산시 명동이다. 이 지역의 대부분은 중생대 백악기에 생성된 원효산함각력안산반암이 차지하고 있다(Fig.
- 2). 본 연구를 위하여 짙은 갈색으로 나타나는 단층 비지 시료와 단층 주위의 모암을 채취하였다.
이론/모형
- 중금속의 분산양상과 거동에 대하여 조사하기 위해 Claff et al. (2010)의 연속추출법을 이용하였다(Table 1). 시료와 추출시약의 비는 1:40으로 시료 0.
성능/효과
- 그리고 이 단계에서 Pb, As, Cu의 경우 비지 시료에 비하여 모암에 많은 비율을 차지하는 것을 볼 수 있고 Fe, Cd, Cu의 경우 상대적으로 비지 시료에서 많은 비율을 차지함을 알 수 있다. Organic(step 3) 단계는 주로 유기물에 흡착된 중금속으로 호기성 생태에서 유기물의 분해 시 추출이 일어난다. 이 단계에서는 모암의 경우 Cd(51.
- 3%)가 높게 나타난다. Pyritic(step 5) 단계의 대상인 황철석은 무산소 환경 내에서 안정된 중금속 저장소이며, 산화 환원 상태가 변하지 않는다면 꽤 영구적인 중금속 저장소 역할을 한다. 이 단계에서는 모암의 경우 Fe (37.
- XRF 분석결과 모암 시료에서는 Al2O3, CaO,Na2O, SiO2, TiO2의 함량이 단층비지 시료에 비하여 높게 나타나고, 단층비지 시료의 경우 Fe2O3,K2O, MgO, MnO, P2O5, L.O.I의 함량이 모암 시료에 비하여 부화되어 나타났다(Table 2). 단층비지에 높은 함량을 나타낸 Fe2O3, K2O, MgO,MnO, P2O5, L.
- 중금속 농도의 순서는 모암의 경우 Zn > As > Cu P>Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다. 두 시료의 중금속 농도의 순서는 차이가 있으나 두 시료 모두 As, Zn, Pb이 많이 존재하는 것을 알 수 있다. 중금속의 총량을 보면 Zn, Cu, Ni의 경우 차이가 크진 않지만 상대적으로 모암에 많이 존재하며, Cd의 경우 단층비지에 미세한 차이로 더 많이 존재함을 알 수 있다.
- 단층비지 시료를 대상으로 SEM/EDS 분석을 실시하였다. 분석결과 시료들은 주로 비정형의 침철석으로 구성되었으며 추가적으로 침상으로 산출되는 카콕세나이트와 XRD 분석으로 관찰되지 않았던 자로사이트가 관찰되었다(Fig. 5). 자로사이트의 경우 산출되는 양이 적어 XRD 분석에서 동정되지 않았던 것으로 판단된다.
- 그 후 중금속의 함량과 분산을 조사하기 위해 각각 추출된 6단계의 시료를 대상으로 Fe, Pb, Cd, As, Zn, Cu, Ni, Cr의 8가지 원소의 농도를 ICP-AES와 ICP-MS로 분석하였다. 분석결과 연속추출법 전 단계를 다 합한 중금속의총 함량은 모암의 경우 Fe (42,591 ppm), Pb (19.8ppm), Cd (261.89 ppb), As (25.5 ppm), Zn (87.6ppm), Cu (24.4 ppm), Ni (5.48 ppm), Cr (11.6ppm)로 나타나고, 단층비지 시료의 경우 Fe(279,682 ppm), Pb (69,58 ppb), Cd (309.69 ppb),As (93.9 ppm), Zn (75.1 ppm), Cu (17.4 ppm),Ni (4.81 ppm), Cr (31.7 ppm)로 측정되었다. 중금속 농도의 순서는 모암의 경우 Zn > As > Cu P>Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다.
- 본 연구는 경상남도 양산시 명동의 도로변 노두를 대상으로 실시하였다. 연구지역은 열수변질에 의해 생성된 황철석이 다량 존재하며 단층과 짙은 갈색의 단층비지가 잘 나타나며 연구 결과 단층비지의 경우 모암과는 다른 광물성분으로 구성되어있으며 이에 의한 중금속의 거동에 어느 정도 제어될 수 있음을 보여준다. 모암과 단층비지의 주 광물 성분은 서로 달랐으며 모암은 석영, 엽랍석, 황철석, 일라이트, 황옥 등으로 구성되어 있는 반면에 짙은 갈색의 단층비지 시료의 경우 석영, 일라이트, 녹니석, 스멕타이트, 침철석, 카콕세나이트(cacoxenite) 등으로 구성되어 있었다.
- 이러한 현상은 침철석의 높은 반응성과도 연관성이 있으며 또한 황철석의 풍화로 인한 낮은 pH상에서 광물표면이 영전하점 이하로 (+) 전하를 띄어 산화음이온으로 존재하는 As와 Cr이 더 쉽게 흡착할 수 있는 것에 기인하기도 한다. 연속추출법 결과 환경에 쉽게 용출될 수 있는 labile (step 1)과 acid-soluble (step 2)을 합한 중금속 농도의 비율은 대부분이 모암에서 더 높게 나타났다. 따라서 모암의 경우 잠재적인 중금속 유출의 위험성이 크다고 할 수 있으며 단층비지의 경우 공침 및 흡착 등을 통하여 이러한 중금속의 유출을 어느 정도 제어할 수 있음을 보여주고 있다.
- , 2007). 자로사이트 결정이 국부적으로 관찰되는 것을 보면 황철석의 산화로 낮아진 pH에 의해 자로사이트가 생성되었던 것으로 보이며, 본 시료의 pH 측정 결과 pH 4.8로 나타나는 것으로 보아 자로사이트 생성 후 높아진 pH에 의해 일부를 제외한 자로사이트가 분해되며 중금속 거동에 영향을 미쳤을 것이라 생각된다. XRD 분석에서 확인된 인을 함유한 카콕세나이트도 확인되었으며 그 특징인 침상모양을 잘 나타낸다.
- , 2002). 특히 본 시료에서는 Fe의 함량이 53.4 wt% 이상으로 모암 시료에 비하여 월등히 많이 나타나며 이와 유사하게 P도 7.02 wt% 이상으로 분석되었다. 두 원소가 단층비지 시료에서 특히 많은 양을 차지하는 주된 원인이 되는 광물로 황철석의 산화에 의해 생성된 침철석과 카콕세나이트가 있다.
- 화학분석 결과 모암과 단층비지의 경우 총 농도의 순서에 있어서 큰 차이를 보이지 않았으며 모암의 경우 Zn > As > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd 순을 보였으며, 단층비지의 경우 As > Zn > Pb > C > Cr > Cu > Ni > Cd 순으로 나타났다.
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