[논문]산성광산배수에서 광물의 침전에 따른 미량 원소의 거동

윤영진; 이지은; 방상제; 백영두; 김영규

doi:10.9727/jmsk.2018.31.3.173

산성광산배수에서 광물의 침전에 따른 미량 원소의 거동
Behaviors of Trace Elements Caused by the Precipitation of Minerals in Acid Mine Drainage 원문보기

韓國鑛物學會誌 = Journal of the Mineralogical Society of Korea, v.31 no.3, 2018년, pp.173 - 182

윤영진 (경북대학교 지구시스템과학부) , 이지은 (경북대학교 지구시스템과학부) , 방상제 (경북대학교 지구시스템과학부) , 백영두 (대구보건대학교 임상병리과) , 김영규 (경북대학교 지구시스템과학부)

초록
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산성광산배수에서 철광물의 침전 및 상전이 과정은 배수 내의 미량원소의 거동에 많은 영향을 미친다. 그러나 자연에서 일어나는 이러한 과정을 정확하게 추적하기는 쉽지 않아 많은 연구들이 산성광산배수에서 일어나는 광물의 침전 및 상전이에 대하여 실내 실험에 의존하는 경우가 많았다. 본 연구에서는 달성광산에서 채취한 배수를 대상으로 실제 산성광산배수에서 서로 다른 pH 값을 갖는 조건에서 시간이 지남에 따라 일어나는 광물의 침전과 이에 따른 배수 내의 미량 원소 변화를 살펴보았다. 침전된 광물의 양이 많지 않아 동정이 어려운 경우도 있었지만 침전된 광물들의 정보를 종합해 보면 대체적으로 비정질의 광물 먼저 형성된 후 아마도 슈베르트마나이트를 거쳐서 추후에 침철석이 침전된 것으로 사료된다. 그러나 시료 중 pH가 높은 경우(10)에는 계속적으로 비정질 상태로 남아있었다. 시간이 지남에 따라 광물의 침전 및 전이에 의하여 배수의 pH는 계속적으로 낮아지는 경향을 보였다. 모든 원소들이 높은 pH (8, 10)에서 낮은 농도를 보였는데 이는 높은 pH에서의 광물의 침전과 표면전하의 영향으로 판단되며 각 원소의 농도는 시간이 지남에 따라 조금씩 증가하였다. 황의 농도는 슈베르트마나이트에서 침철석으로의 전이의 영향으로 배수 내에서 역시 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The precipitation and phase transformation processes of iron minerals in acid mine drainage have a great influence on the behavior of trace elements in drainage. However, it is not easy to accurately trace these processes in natural environments, and therefore, most studies have carried out in the laboratory to obtain the information on the precipitation and transformation of those minerals. In this study, the precipitation of minerals and the changes of trace elements in drainage water were investigated at different pH values in actual acid mine drainage collected from the Dalsung mine. The amount of some precipitated minerals was not enough for the mineral identification. However, from the minerals identified, amorphous minerals were formed first, and then goethite was precipitated probably from schwertmannite. When the pH of the sample was high (10), amorphous phases of minerals were still observed at even high pH (pH 10). With increasing time, the pH values decreased by precipitation and transformation of minerals. All the elements showed low concentrations at high pH (8, 10), which might be due to the precipitation of minerals at high pH and the effect of surface charge, and the concentrations of elements gradually increased with time. In the case of sulfur, it also increased in water due to the transformation of schwertmannite to goethite.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 달성광산배수에서 채취한 물 시료를 대상으로 서로 다른 pH 상에서 침전하는 침전물에 대한 광물학적 동정과 더불어 이에 연관된 배수 내 중금속 함량의 변화를 통하여 침전물의 침전 및 변화에 따른 배수 내 원소들의 거동 변화를 알아보고자 실시되었다.

제안 방법

달성광산의 소택지에서 채취한 배수 시료를 대상으로 서로 다른 pH에서 각각 배수에서 침전되는 광물에 대한 동정과 배수 내의 pH 변화에 따른 미량 원소의 거동에 대한 연구를 수행하였다. 각 pH에 조절된 시료에서 실제로 침전되는 광물의 양은 많지 않아 일부 시료에서는 광물을 감정하기 어려운 경우도 있었다.

대상 데이터

시료 채취는 대구 인근에 위치한 달성광산 첫번째 소택지(대구광역시 달성군 가창면 상원리 488)에서 수행되었다. 본 연구를 위하여 황토색에서 갈색의 침전물들이 쌓여져 있는 첫 번째 소택지에서 고체와 평형을 이루고 있는 액체 시료를 채취하였다(Lee et al.

성능/효과

각 pH에 조절된 시료에서 실제로 침전되는 광물의 양은 많지 않아 일부 시료에서는 광물을 감정하기 어려운 경우도 있었다. 그러나 동정된 광물로부터 얻은 정보를 종합해 보면 초기에 침전되는 광물들은 대체로 비정질로서 광물 종을 알 수 없는 경우가 많았다. 시간이 지남에 따라 이러한 비정질 종은 침철석으로 전이되는데 달성광산에서 보고된 주 광물 종이 슈베르트마나이트와 침철석임을 고려하면 비정질의 침전물이 슈베르트마나이트로 전이되고 추후에 다시 침철석으로 변화된 것으로 추측된다.
상대적으로 낮은 pH와 비교하여 높은 pH 환경에 서는 407일이 지나도 침전물이 주로 비정질의 상태로 남아있고 일부 침철석의 피크가 나타나는 것으로 보아 비정질로 오랜 시간 존재할 수 있으며 슈베르트마나이트를 거치치 않고 침철석으로 전이될 가능성을 보여주었다. 모든 시료에 대하여 pH 값은 시간이 지남에 따라 낮아지는 경향을 보였는데 이는 슈베르트마나이트의 침전과 이의 침철석으로의 전이 시 수소이온의 방출에 의한 것으로 판단된다. Fe를 포함하여 대부분의 원소들은 모든 원소들이 높은 pH (8, 10)에서 낮은 농도를 보였는데 이는 높은 pH에서의 광물의 침전과 (-) 전하를 가지는 표면전하의 영향으로 판단되며 이러한 농도는 시간이 지남에 따라 조금씩 증가하였다.
시간이 지남에 따라 이러한 비정질 종은 침철석으로 전이되는데 달성광산에서 보고된 주 광물 종이 슈베르트마나이트와 침철석임을 고려하면 비정질의 침전물이 슈베르트마나이트로 전이되고 추후에 다시 침철석으로 변화된 것으로 추측된다. 상대적으로 낮은 pH와 비교하여 높은 pH 환경에 서는 407일이 지나도 침전물이 주로 비정질의 상태로 남아있고 일부 침철석의 피크가 나타나는 것으로 보아 비정질로 오랜 시간 존재할 수 있으며 슈베르트마나이트를 거치치 않고 침철석으로 전이될 가능성을 보여주었다. 모든 시료에 대하여 pH 값은 시간이 지남에 따라 낮아지는 경향을 보였는데 이는 슈베르트마나이트의 침전과 이의 침철석으로의 전이 시 수소이온의 방출에 의한 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	침철석은 무엇인가?	, 1994). 침철석은 비교적 결정도가 높은 산화수 산화 광물로서 산성광산배수에서 형성되는 거의 마지막 단계에서 앞에 언급한 광물들이 좀 더 열역학적으로 안정한 광물로 변화되면서 넓은 pH 범위 내에서 형성된다. 예를 들면 슈베르트마나이트는 준안정한 광물상으로 수주에서 수개월의 기간 동안 침철석으로 전이된다(Bigham et al.
	페리하이드라이트는 무엇이고 pH 얼마 이상에서 주로 어디에 형성이 되는가?	산성광산배수의 특성에 따라 서로 다른 함철 침전물들이 형성되는데 페리하이드라이트는 대표적인 결정도가 낮은 철산화물로서 pH가 6.4 이상인 경우에 주로 형성이 되며 자로사이트의 경우 pH 값이 3 이하에서 주로 형성되며 일반적으로 SO42-양이 많은 곳에서 형성된다(Kim and Kim, 2011). 슈베르트마나이트는 pH 3.
	슈베르트마나이트의 침철석으로의 전이 속도의 영향을 주는 요인에는 어떠한 것들이 있는가?	이러한 슈베르트마나이트의 침철석으로의 전이 속도는 기존 실험에 의하여 다양한 물리화학적 조건에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 요인에는 pH, SO42- 의 농도, 온도, 타 이온들의 공존 등을 들 수 있다. 슈베르트마나이트의 침철석으로의 전이속도는 pH 4~9에서 증가하고(Jönsson et al.

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