Mineralogical Changes Caused by the Weathering of Tailings Deposited on the Riverside of the Nakdong River, Bonghwa, Korea

In the upstream of Nakdong river in Bonghwa-gun, Gyeongsangbuk-do, certain areas of riverside were found to be covered by weathered mine tailings which were assumed to be migrated and deposited by flood. This study was conducted to investigate the formation and characteristics of the secondary minerals from tailings and related leaching behavior of heavy metals in the severely weathered tailing deposits by river waters. Quartz, feldspar, micas, chlorite, hornblende, talc, pyroxene (johannsenite), pyrite, and calcite were identified as primary minerals by XRD. Kaolinite can be formed by the weathering of tailings, but considering the short period of weathering time, kaolinite in the deposits is considered to be from unweathered tailings or moved from soils. The secondary minerals such as goethite, gypsum, basanite, and jarosite were also identified. The formation of the secondary minerals was affected by the species of primary minerals and pH conditions. The weathering of pyrite produced sulfate minerals such as gypsum, basanite, jarosite, and also goethite. Mn oxide was also identified by SEM, coated on the primary minerals such as quartz. This Mn oxide was poorly crystalline and thought to be the weathering product of johannsenite (Mn-pyroxene). The Fe and Mn oxides are the main minerals determining the brown/red and black colors of weathered tailings. EDS results showed that those oxides contain high concentrations of Pb, Zn, and As, indicating that, in the river, the formation of Fe and Mn oxides can control the behavior and leaching of heavy metals by co-precipitation or adsorption.

봉화군 일대 낙동강변에 퇴적된 광미의 풍화에 따른 광물학적 변화

경상북도 봉화군 일대 낙동강 상류에는 과거 십여 년전에 홍수로 이동되어 강변에 퇴적, 풍화된 광미퇴적층이 일부 장소에서 발견된다. 본 논문에서는 하천에서 심하게 풍화되어진 광미퇴적물에 대하여 광물학적 분석을 통하여 이차광물의 형성 및 특징, 그리고 이들과 연관된 중금속 유출특성에 대하여 연구하였다. XRD를 통하여 일차광물로는 석영, 장석, 운모류, 녹니석, 각섬석류, 활석, 휘석(요한세나이트), 황철석, 방해석이 동정되었다. 규산염 광물인 캐올리나이트의 경우 광미가 풍화되면서 추가로 생성될 수도 있지만 퇴적된 기간을 고려하면 원래 광미에 있던 것이나 토양에 있던 것이 이동된 것으로 추정된다. 또한 광미가 풍화되면서 생성된 광물인 이차광물로 침철석, 석고, 바사나이트, 자로사이트가 XRD를 통하여 동정되었다. 이차광물의 형성은 일차광물의 종류 및 pH 환경 등에 주로 영향을 받으며 황철석의 풍화에 의하여 황산염인 석고, 바사나이트, 자로사이트가 형성이 되었으며 또한 침철석의 경우도 황철석의 풍화와 밀접한 연관이 있다. Mn 산화물의 경우 SEM에 의하여 동정이 되었는데 침철석과 함께 석영 등 일차광물의 표면을 코팅하고 있는 것으로 나타났다. Mn 산화물의 경우 비정질에 가까우며 Mn을 함유하고 있는 요한세나이트의 풍화에 의하여 형성된 것으로 사료된다. 이 두 산화물들은 각각 검은색, 갈색 또는 붉은색의 광미 풍화물 색깔을 나타내는 주원인 광물로 추정된다. EDS 연구결과 침철석과 같은 Fe 산화물과, Mn 산화물의 경우 높은 농도의 Pb, Zn, As를 함유하고 있는데 이는 이들 산화물에 풍화에 의하여 유출된 중금속이 공침되거나 흡착된 결과로 실제하천에서 이들의 형성은 중금속의 거동을 어느 정도 제어하여 하천으로의 유출을 막을 수 있음을 보여준다.