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.
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.
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...
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 collected from stream and bottom in the pit mouth of Sambong mine. Mine water shows pH range from 7.24 to 7.94 in winter and 3.87 to 5.73 in summer season. The EC shows range from 432 to $897{\mu}S/cm$ at the stream receiving mine water. The highest concentrations of cations such as Mg, Al, Ca, and Mn are showing 15.50, 4.56, 85.30, 12.76 mg/L in the pit mouth, respectively. The reddish brown precipitates (Munsell color 10R-5YR in winter and 2.5YR-5Y in summer) consist mainly of 2-line ferrihydrite and schwertmannite. The precipitates are characterized by rod or cylindrical forms, and coccus or sphere of 0.1 to $0.5{\mu}m$ in diameter.
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 collected from stream and bottom in the pit mouth of Sambong mine. Mine water shows pH range from 7.24 to 7.94 in winter and 3.87 to 5.73 in summer season. The EC shows range from 432 to $897{\mu}S/cm$ at the stream receiving mine water. The highest concentrations of cations such as Mg, Al, Ca, and Mn are showing 15.50, 4.56, 85.30, 12.76 mg/L in the pit mouth, respectively. The reddish brown precipitates (Munsell color 10R-5YR in winter and 2.5YR-5Y in summer) consist mainly of 2-line ferrihydrite and schwertmannite. The precipitates are characterized by rod or cylindrical forms, and coccus or sphere of 0.1 to $0.5{\mu}m$ in diameter.
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.
제안 방법
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.
대상 데이터
연구 지역은 행정구역상 강원도 태백시 화전동에 위치하고 있는 삼봉탄광으로 수질 시료는 갱내 수와 하천수를 채취하였고, 침전물 시료는 갱내수가 흐르는 하천 바닥에서 채취하였다. 시료 채취지점은 갱구로부터 약 50 m 간격으로 채취를 하였으며, 현장에서 pH, 전기전도도(EC), 온도 등을 측정하였다.
연구지역인 삼봉탄광은 강원도 태백시 화전동에 소재하고 있으며, 지리좌표 상으로는 N37°11’37.2”, E 128°58’30.8”에 위치하고 있는 등록번호 제24556호 광산이다(Fig. 1.). 1988년 삼봉탄광으로 출원하여 가행중 연 37,325톤 정도를 생산하여 발전용 및 연료용으로 출하하였다.
데이터처리
침전물 시료의 결정도 및 광물조성을 알아보기 위하여 포항가속기연구소의 고해상도분말회절분석(HRPD)을 수행하였다. 갱내수와 하천수의 양이온 분석은 Spectro사의 Flame Modula S 모델을 사용하였으며, 음이온 분석은 Dionex사의 DX-600 모델을 사용하였다.
성능/효과
연구 지역의 수질은 탄광개발 이후에도 아무런 복구사업이 진행되지 않은 상태에서 갱구가 개방되어 갱내수가 자연 유출되는 상태이다. 갱내수의 경우 2월 pH의 값이 7.24-7.94의 범위이고 7월에3.87-5.73으로 두 시기의 값이 매우 큰 차이를 나타낸다. 산성광산배수의 pH값의 차이는 산성광산 배수로부터 침전물이 생성될 때 생성되는 침전물의 종류가 다르게 나타난다.
슈워트마나이트와 페리하이드라이트는 시간이 지나면서 지화학적 특성 특히 pH값이 상승하면 침철석으로 변화된다. 본연구지역의 갱내수에서 침전된 결정도가 낮은 페리하이드라이트와 슈워트마나이트는 결정도가 높은 적철석이나 침철석으로 변화되지 않은 상태로, 침철석이나 적철석으로 전이될 수 있을 정도의 시간이 지나지 않은 것으로 판단된다. 주요 중금속의 농도는 2월과 7월에 큰 차이를 나타내지 않지만 대체로 하천의 하류로 갈수록 감소하는 경향을 나타낸다.
본연구지역의 갱내수에서 침전된 결정도가 낮은 페리하이드라이트와 슈워트마나이트는 결정도가 높은 적철석이나 침철석으로 변화되지 않은 상태로, 침철석이나 적철석으로 전이될 수 있을 정도의 시간이 지나지 않은 것으로 판단된다. 주요 중금속의 농도는 2월과 7월에 큰 차이를 나타내지 않지만 대체로 하천의 하류로 갈수록 감소하는 경향을 나타낸다. 이는 하천수 내의 성분이 상류에서 침전물이 형성되면서 제거되고 하류로 내려갈수록 주변 비오염 하천수의 유입에 의한 희석작용으로 판단된다.
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.
참고문헌 (19)
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.
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.
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.
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.
Cudennec, Y. and Lecerf, A. (2006) The transformation of ferrihydrite into goethite or hematite, revisited, Journal of Solid State Chemistry, 179, 716-722.
Kelly, M. (1988) Mining and the freshwater environment, Elsevier Applied Science, London and New York, 231p.
Kim, J.Y., Jang Y.D., Kim, Y.H., and Kim, J.M. (2014) Characteristics of precipitates and geochemistry of mine and leachate water in Janggun mine. Journal of Mineralogical Society of Korea, 27, 125-134.
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.
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.
Michaud, L.H. (1995) Recent technology related to the treatment of acid drainage, Earth Mineral Science, 63, 53-55.
Murad, E. and Rojik, P. (2003) Iron-rich precipitates in a mine drainage environment: influence of pH on mineralogy. American Mineralogist 88, 1915-1918.
MIRECO (2015) Yearbook of MIRECO statistics, Mine reclamation corporation, p. 342.
Nordstrom, D.K., Jenne, E.A., and Ball, J.W. (1979) Redox equilibria of iron in acid mine water. In Chemical Modeling in Aqueous System (ed. E.A. Jenne). American Chemical Society Symposium Series, 93, 51-79.
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.
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.
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.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.