[논문]동위원소를 이용한 폐금속광산 지역 오염원 추적 연구

염승준; 이평구; 이인경; 이욱종

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염승준 (한국지질자원연구원 지질환경재해연구부) , 이평구 (한국지질자원연구원 지질환경재해연구부) , 이인경 (한국지질자원연구원 지질환경재해연구부) , 이욱종 (한국지질자원연구원 지질환경재해연구부)

Using sulfur sotope analysis of dissolved sulfate in surface water, we have investigated the source of sulfate in order to identify the abandoned metallic mines, which have the potential of heavy metal contamination within watershed. The range of the sulfur isotope values for dissolved sulfate in stream waters (DD-1 and 2) are similar to those of sulfides from the Dunjun mine, which suggests that oxidation of sulfides is the principal source of $SO_4^{2-}$ in these stream waters. Also, heavier sulfur isotopes in waters near Baekjun and Hamchang mines imply the possibility of contamination in waters by these metallic mines.

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문제 정의

용존 황산염의 황 및 산소 동위윈소 조성은 지하수내 황산염의 기원을 규명하는데 가장 많이 이용되어져 왔으며, 최근에는 대기 중 물질의 유입 및 광산배수 내 황산염의 기원을 구분하는데 이용되고 있다. 본 연구의 목적은 폐금속광산이 밀집되어 분포하고 있는 정선지역의 집수분지를 대상으로 하천수 내 황산염의 황 및 산소-수소 동위원소를 이용하여, 하천에 영향을 미칠 수 있는 광산을 구분하여, 복원을 위한 우선순위를 결정하는 것이다.

제안 방법

따라서 하천수 내용존 황산염은 강수 기원이 아니며, 지질 및 황화광 물의 산화작용에 영향을 받는 것으로 판단된다. 동대천으로 유입되는 많은 지류 중에서 폐금속광 산이 분포하지 않은 지류에서 채취한 하천수(DD-3)의 황산염의 황 동위원소 값 및 농도는 각각 2.36%o 및 11.4 mg/1 로서, 이는 집수분지 대부분의 지질을 차지하는 석회암의 영향을 받은 것으로 추정되며, 이를 본 집수분지의 배경값으로 설정하였다. 동대천 및 지류의 대부분 물 시료의 황 동위원소 값은 2.
물 시료는 현장에서 pH, EC 및 알카리도 등을 측정하였다. 음이온(SO₄>) 분석은 IC(Dionex series 500DX)를 이용하여 분석하였다.
물 시료는 현장에서 pH, EC 및 알카리도 등을 측정하였다. 음이온(SO₄>) 분석은 IC(Dionex series 500DX)를 이용하여 분석하였다. 황 동위원소 분석을 위해 물 시료를 4L를 채취 하여 묽은 염산을 사용하여 pH를 4.
집수분지 내 중금속 오염원으로 영향을 미칠 수 있는 폐금속광산을 구분하기 위하여, 하 천수 내 용존 황산염의 황 동위원소 조성을 이용하여 황산염의 기원을 조사하였다. 둔전광산 하부에 위치하는 하천수(DD-1 및 2)의 용존 황산염의 황 동위원소 조성은 황화광물의 동위원소 조성 범위 내에 포함되어, 황화광물의 산화작용에 의해 형성된 황산염이 하천수 내 용존 황산염의 주요한 오염원이라는 것을 지시한다.
하천수는 광산의 영향을 받았을 것으로 판단되는 지점과, 지류와 동대천이 합류되는 지점에서 채취하였다. 한편 침출수는 건천 상태인 광산 지류에 고여 있는 물을 채취하였다. 본 집수유역은 평균 고도가 높고 강수량은 적은 시기이므로, 동대천 및 지류의 유량은 적은 편이며, 하천수는 DD-4지점에서'지하로 사라졌다가 DD-5 지점에서 다시 나타난다.
음이온(SO₄>) 분석은 IC(Dionex series 500DX)를 이용하여 분석하였다. 황 동위원소 분석을 위해 물 시료를 4L를 채취 하여 묽은 염산을 사용하여 pH를 4.5이하로 낮추고 BaC₁₂를 사용하여 BaSQ로 침전시킨 후 원심 분리기를 이용하여 회수하였다. 황 동위원소 분석은 한국기초과학지원연구원 대전 본원의 안정동 위원소 질량분석기(PRISM W영국 VG Isotech사)를 사용하였고, 분석정밀도는 ±0.

대상 데이터

2005년 5월초에 하천수(DD) 16개와 함창광산 광미침출수(HC) 4개를 채취하였다(F’ig.T). 하천수는 광산의 영향을 받았을 것으로 판단되는 지점과, 지류와 동대천이 합류되는 지점에서 채취하였다.
T). 하천수는 광산의 영향을 받았을 것으로 판단되는 지점과, 지류와 동대천이 합류되는 지점에서 채취하였다. 한편 침출수는 건천 상태인 광산 지류에 고여 있는 물을 채취하였다.
1%。이다. 황 동 위원소의 표준시료로는 CDT(Canyon Diablo Troilite)를 사용하였고 분석정밀도는 ±0.2%)이다. 8D 및 8180 분석은 한국지질자원연구원에 설치된 가스질량분석기(Finnigan MAT-252)를 이용하였으며, 측정 오차는 수소는 坨%。이고, 산소는 ±0.

성능/효과

3%。(이찬희 등, 1996)이다. DD-5 지점의 하천수가 백전광산의 황화광물 보다 다소 낮은 황 동위원소 값을 보이나, 박테리아 등에 의한 산화작용의 결과로 형성된 황산염의 황 동위원소 값이 황화광물의 값보다 낮은 경향이 있다는 점으로 볼 때, 이 지점에서의 높은 황 동위원소 값은 백전광산의 영향을 지시하고 있다. 하지만 DD-5 지점은 백전광산으로 부터 약 3km 이상 떨어져 있으며, 두 지점 사이에서 하천수가 지하로 사라졌다가 다시 나타나는 점 등으로 볼 때, 하천 바닥의 환원상태에서 박테리아에 의한 황산염 환원반응에 의해 황 동위원 소의 값이 증가한 것으로도 해석될 수 있다.
한편 함창광산의 광미 침출수는 하천수보다 무거운 산소-수소 동위원소 조성을 보이고 있는데, 이는 증발작용에 기인하는 것으로 추정된다. 따라서 본 집수분지의 하천수는 대부분 강수 기원이며, 주로 여름 강수가 지하에 함양되어 있다가 하천에 유입되는 것을 알 수 있다.
화학분석 결과, 동대천에서는 중금속이 검출되지 않거나, 검출되어도 매우 소량만이 확인된다. 하지만 집수분지 전역에 걸쳐 둔전, 백전, 함창광산 등 비교적 많은 폐금속광산이 분포하고 있어, 이들 광산들에 의한 수계의 오염 가능성이 있다.

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