The Production and Geochemistry of Evaporite from the Acid Mine Drainage

This study has focused on the amount of evaporites and geochemical characteritics of evaporites from the acid mine drainage and on the variation of constituents in acid mine drainage during evaporation. The various colors of evaporites are frequently observed at the rock surfaces contacting acid mine drainage. In order to produce evaporites in the laboratory, acid mine drainages were sampled from the abandoned mine areas (GTa, GTb, GH and GB) and air-dried at room temperature. During the evaporation of acid mine drainages, TDS, EC values and the concentrations of major and minor ions increased, whereas ER and DO values decreased with time. The concentration of Fe increased gradually with evaporation time in the GTb and GB, whereas GH founded in one day but rapidly not detected in the other day after due to removal of Fe by formation-precipitation of amorphous Fe hydroxide. The amounts of the evaporites were produced in amounts of 4 g (GTa), 5 g (GB), 15 g (GH), and 24 g (GTb) from 4 liter of acid mine drainage after 80 days of the evaporation, respectively. In linear analysis from the products with the parameters which are the EC, TDS, salinity, ER, DO and pH contents in field, the determination coefficients were 0.98, 0.99, 0.98, 0.88, 0.89, and 0.25 respectively. If we measure the parameters in field, it would be easy to estimate the amount of evaporites in acid mine drainage. Gypsum and epsomite were identified in all of the evaporites by x-ray powder diffraction studies. Evaporite (GTb) was heated at 52, 65, 70, 95, 150, 250, and 350oC for one hour in electrical furnaces. Gypsum, $CaSO_4\cdot1/2H_2O$ and kieserite were identified in the heated evaporite by XRD. With increased heating temperature, the intensity of the peak at $7.66/AA$ (diagnostic peak of gypsum), the peak at 5.59A ($CaSO_4{\cdot}1/2H_2O)$ and the peak at $4.83{\AA}$ (kieserite) decreased in x-ray diffraction due to dehydration. In the SEM and EDS analysis for the evaporite, gypsum of well-crystallized, radiating cluster of fibrous, acicular, and columnar shapes were observed in all samples. Ca was not detected in the EDS analysis of the flower structures of GTb. Because of that, the evaporite with flower structures is thought to be eposmite.

산성 광산배수로부터 형성되는 증발잔류광물의 생성량과 지구화학

산성광산배수가 증발되어 형성된 증발잔류광믈의 생성량과 지구화학적 특성 그리고 산성광산배수의 성분변화를 고찰하였다. 여러 종류의 색을 띄는 증발잔류광물들이 산성광산배수와 접촉하는 암석표면에서 관찰된다. 실험실에서 증발잔류광물을 형성시키기 위하여 폐석탄광(GTa, GTb, GH 및 GB)에서 산성광산배수를 채취하여 자연 건조시켰다. 산성 광산배수가 증발되는 동안 TDS, EC, 주요성분이온과 미량성분이온들의 함량은 증가하지만 E.R.과 DO 값은 증발시간과 함께 감소한다. GTb와 GB 시료의 Fe 농도는 증발 시간과 함께 서서히 증가하나 GH 시료는 증발하루에는 Fe이가 검출되나 그 이후에는 갑자기 검출되지 않는다. 이와 같이 Fe 성분이 검출되지 않는 이유는 비정질 철수산화물이 형성되어 침전되기 때문인 것으로 판단된다. 4 l의 산성광산배수를 80일 동안 자연 건조시킨 후 얻어진 증발잔류광물의 무게는 4 g(GTa), 5 g(GB), 15 g(GH) 및 24 g(GTb)를 각각 얻었다. 생성된 증발잔류광물의 무게와 현장에서 측정한 EC, TDS, 염도, ER, DO 및 pH와의 회귀분석에서 결정계수가 각각 0.98, 0.99, 0.98, 0.88, 0.89 및 0.25로 나타난다. 현장에서 이들 파라메타를 측정한다면 산성광산배수로부터 형성되는 증발잔류광물의 양을 추정하는데 쉽게 이용할 수 있을 것이다. 증발잔류광물의 모든 시료에서 석고와 사리염이 들어 있음을 X-선 회절법으로 확인하였다. GTb 시료를 52, 65, 70, 95, 150, 250 및 $350^{\circ}C$에서 각각 1 시간씩 가열한 후 XRD분석한 결과 석고, $CaSO_4{\cdot}1/2H_2O$ 및 케서라이트(kieserite)가 있음을 확인하였다. 가열온도가 증가할수록 석고를 지시해주는 $7.66{\AA}$의 강도, $CaSO_4{\cdot}1/2H_2O$를 지시해주는 $5.59{\AA}$ 강도 그리고 케서라이트를 지시하는 $4.83{\AA}$ 강도 크기가 탈수작용으로 인하여 서서히 감소한다. SEM 및 EDS분석에서 석고로 판단되는 방사상의 결정 집합체들이 침상과 주상의 결정들로 구성되어 있다. 꽃 모양의 구조를 보이는 GTb 시료는 EDS분석에서 Ca 성분이 검출되지 않는다. Ca 성분이 검출되지 않는 것으로 보아 이 꽃 모양의 증발잔류광물은 사리염으로 판단된다.