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삼봉탄광 주변 수계에 대한 지화학적 특성 및 침전물에 대한 광물학적 연구

Mineralogy of Precipitates and Geochemisty of Stream Receiving Mine Water in the Sambong Coal Mine

韓國鑛物學會誌 = Journal of the Mineralogical Society of Korea, v.29 no.4, 2016년, pp.199 - 207  

우엄식 (국립환경과학원 물환경연구부) ,  김영훈 (안동대학교 환경공학과) ,  김정진 (안동대학교 지구환경과학과)

초록
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폐 석탄광산에서 가장 큰 환경문제는 산성광산배수가 유출되어 주변 하천수의 pH를 낮추고 철/알루미늄 수산화물을 하천바닥에 침전시키며 주변 토양을 오염시키는 것이다. 삼봉광산에서 물시료와 침전물 시료는 갱구 입구에서 채취하였다. 채취한 갱내수의 pH 값의 범위는 겨울에 7.24-7.94이며, 여름에 3.87-5.73이다. 전기전도도는 갱내수가 유입되는 하천에서 $432-897{\mu}S/cm$이다. 갱내수의 Mg, Al, Ca, Mn의 최고 농도값은 각각 15.50, 4.56, 85.30, 12.76 mg/L이다. 적갈색의 침전물은 겨울에는 Munsell color 10R-5YR 정도로 주구성광물은 2-line 페리하이드라이트이며, 여름에는 2.5YR-5Y의 범위로 주구성광물은 슈워트마나이트이다. 주사전자현미경 관찰 결과 침전물은 막대형 혹은 원통형이거나, $0.1-0.5{\mu}m$의 구균형이나 구형을 나타내고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

One of the most significant environmental issues in abandoned coal mine is acidic drainage which gives rise to the many environmental problems that acidifying streams water, sedimentation of iron/aluminium hydroxide, and pollution of water and soil. Water and precipitate samples for experiments were...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 목적은 삼봉탄광 갱내수의 겨울(2월)과 여름(7월)의 계절에 따른 중금속 이온들의 거동 및 변화 양상을 관찰하고 하천 바닥에 생성된 침전물의 광물학적 특성을 밝혀 산성광산배수의 지화 학적 특성이 침전물 생성에 미치는 영향을 규명하는 데 있다. 이를 위해 삼봉탄광으로부터 유출되는 갱내수의 특성변화를 계절별로 구분하여 pH, EC, 양이온, 음이온 등을 분석하였으며, 침전물에 대한 광물학적 특성에 대해 연구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
pH 값에 따라 생성되는 화합물은? 삼봉탄광의 경우 pH 값이 높은 2월에 갱내수로부터 침전되는 광물은페리하이드라이트이며 pH 값이 낮은 7월에는 슈워트마나이트가 침전된다. pH가 1.5-3.0 정도에서는 자로사이트, 3.0-4.0에서는 슈워트마나니트, 6.0 이상에서는 침철석이 생성되며 5.0 부근에서는 페리하이드라이트가 생성된다. 슈워트마나이트와 페리하이드라이트는 시간이 지나면서 지화학적 특성 특히 pH 값이 상승하면 침철석으로 변화된다.
하천수의 온도 특징은? 본 연구에서 하천수는 갱내수가 주변 큰 하천으로 유입되는 지점부터이며 시료 번호는 W-04부터 W-14까지이다. 동절기의 경우 최상류를 제외하고 대부분 결빙된 상태이며, 하천수의 온도는 기온에 가장 큰 영향을 받으며 일조량에 따라 각 지점에 약간의 차이는 나타나지만 상류와 하류지역의 온도 차이는 크지 않았다. 2월에는 0.
산성광산배수가 끼치는 악영향은? 석탄사업의 감소로 수익성이 없는 탄광을 정리하는 석탄산업합리화사업이 시작된 1989년부터 2010년까지 전국 400개 석탄광 중 394개가 폐광되고 6개의 석탄광이 가행중이며, 전국에 분포하는 150개 정도의 폐탄광을 대상으로 조사한 결과에 따르면, 하루에 10만 톤 이상의 산성광산배수(Acid Mine Drainage; AMD)가 발생되고 있다(MIRECO, 2015). 산성광산배수는 하천을 따라 내려가면서 하천의 지구화학적 환경의 변화에 따라 서로 반응하여 적갈색,황갈색, 흰색의 침전물과 부유물을 생성시켜 미관을 해칠 뿐만 아니라 수질악화, 하천수와 지하수의 이용제한, 수서생태계의 파괴 등에 영향을 준다(Michaud, 1995; kelly, 1988). 산성광산배수가 흐르는 하천에 침전되는 Fe화합물은 비결정의 철수산화물(Fe(OH)3), 페리하이드라이트(Ferrihydrite, Fe2O3⋅1.
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참고문헌 (19)

  1. Acero, P., Ayora, C., Torrento, C., and Nieto, J.M. (2006) The behavior of trace elements during schwertmannite precipitation and subsequent transformation into goethite and jarosite. Geochimica et Cosmochimica Acta, 70, 4130-4139. 

  2. Bigham, J.M., Schwertmann, U., Carlson, L., and Murad, E. (1990) A poorly crystallized oxy-hydroxysulfate of iron formed by bacterial oxidation of Fe(II) in acid mine waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 54, 2743-2758. 

  3. Bigham, J.M., Schwertmann, U., Traina, S.J., Winland, R.L., and Wolf, M. (1996) Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60, 2111-2121. 

  4. Burton, E.D., Bush, R.T., Sullivan, L.A., and Mitchell, D.R.G. (2008) Schwertmannite transformation to goethite via the Fe(II) pathway: reaction rates and implications for iron-sulfide formation. Geochimica et Cosmochimica Acta, 72, 4551-4564. 

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  8. Kim, Y.K., Hwang, S.H., and Yu, J.Y. (2011) Al Polymer (Al13-tridecamer) in White Precipitate in Acid Mine Drainage, Journal of Mineralogical Society of Korea, 24, 145-149. 

  9. Kumpulainen, S., Carlson, L., and Raisanen, M.L. (2007) Seasonal variations of ochreous precipitates in mine effluents in Finland. Applied Geochemistry, 22, 760-777. 

  10. Liu, H. Ma, M. Qin, M. Yang, L., and Wei, Y. (2010) Studies on the controllable transformation of ferrihydrite. Journal of Solid State Chemistry, 183, 2045-2050. 

  11. Michaud, L.H. (1995) Recent technology related to the treatment of acid drainage, Earth Mineral Science, 63, 53-55. 

  12. Murad, E. and Rojik, P. (2003) Iron-rich precipitates in a mine drainage environment: influence of pH on mineralogy. American Mineralogist 88, 1915-1918. 

  13. MIRECO (2015) Yearbook of MIRECO statistics, Mine reclamation corporation, p. 342. 

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  15. Peretyazhko, T., Zachara, J.M., Boily, J.F., Xia, Y., Gassman, P.L., Arey, B.W., and Burgos, W.D. (2009) Mineralogical transformations controlling acid mine drainage chemistry. Chemical Geology, 262, 169-178. 

  16. Schwertmann, U. and Carlson, L. (2005) The pH-dependent transformation of schwertmannite to goethite at 25 C. Clay Minerals, 40, 63-66. 

  17. Winland, R.L., Traina, S.J., and Bigham, J.M. (1991) Chemical composition of ocherous precipitates from Ohio coal mine drainage. Journal of Environmental Quality, 20, 452-460. 

  18. Woo, E.S., Kim, J.J., Kim, Y.H. Jeong, G.C., Jang, Y.D., and Warren A.D. (2013) Mineralogical and geochemical characterization of precipitates on stream receiving acid mine water, Korea, Environmental Earth Science, 69, 2199-2209. 

  19. Yu, J. (1996) precipitation of Fe and Al compounds from the acid mine water in the Dogyae area, Korea: A qualitative measure of equilibrium modeling applicability and neutralization capacity. Geochemistry, 1, 81-105. 

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