Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2004.04a
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pp.396-399
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2004
산화환경에 노출된 폐광석에 포함되어 있는 황화광물은 산소와 물과의 화학반응을 통해 산화작용을 받게 되고, 이로 인하여 Fe, Mn, Pb, Zn, Cu 및 As등의 원소의 용해반응이 발생할 것으로 예상된다. 그러나 이와 같이 용해된 금속이온은 pH등 환경의 변화에 따라 2차광물(산화광물 및 황산염광물)로 침전되거나 흡착되어 수용액으로부터 제거되어 자연적으로 고정화 될 수 있다. 이처럼 황화광물의 산화작용에 의해 형성된 2차광물에 대한 광물학적 연구는 광산복원을 결정하는데 직접적인 지구화학적 자료로 활용될 수 있다. 삼산제일광산에 방치된 폐광석을 대상으로 XRD, SEM/EDS을 이용하여 광물학적 연구를 수행한 결과 침전과 공침, 흡착 등의 화학반응을 통하여 현재 고정화되고 있는 것이 확인되었다.
There are numerous closed and abandoned mines in Korea, from which diverse heavy metals (e.g., As, Cd, Cu, Pb, Zn) are released into the surrounding soil, groundwater, surface water, and crops, potentially resulting in detrimental effects on the health of nearby residents. Therefore, we performed human risk assessments of two abandoned metal mines, Yanggok (YG) and Samsanjeil (SJ). The exposure parameters used in this assessment were specific to residents near mines and the included exposure pathways were relevant to areas around metal mines. The computed total excess carcinogenic risks for both areas exceeded the acceptable carcinogenic risk ($1{\times}10^{-6}$), indicating that these areas are likely unsafe due to a carcinogenic hazard. In contrast, the non-carcinogenic risks of the two areas differed among the studied receptors. The hazard indices were higher than the unit risk (=1.0) for male and female adults in YG and male adults in SJ, suggesting that there are non-carcinogenic risks for these groups in the study areas. However, the hazard indices for children in YG and female adults and children in SJ were lower than the unit risk. Consumption of groundwater and crops grown in the area were identified as major exposure pathways for carcinogenic and non-carcinogenic hazards in both areas. Finally, the dominant metals contributing to carcinogenic and non-carcinogenic risks were As and As, Cu, and Pb, respectively. In addition, the carcinogenic and non-carcinogenic risks of YG were evaluated to be 10 and 4 times higher than those of SJ, respectively, resulted from the relatively higher exposure concentration of As in groundwater within SJ area. Because of lacking of several exposure parameters, some of average daily dose (ADD) could not be computed in this study. Furthermore, it is likely that the ADDs of crop-intake pathway included some errors because they were calculated using soil exposure concentrations and bioconcentration factor (BCF) rather than using crop exposure concentrations.
In this study, we identified the secondary precipitates from Samsan-jeil and Sambong mine, Goseong, Gyeongnam by means of scanning electron microscopy, electron probe microanalysis and X-ray powder diffraction analysis. Copper sulfide minerals had been produced from the mines during last few decades, however they are not worked. White and blue precipitates were found at the downstream of mine rock dump at Sambong mine and green one was at Samsan-jeil mine. The white precipitate covered the host rock surface with thickness of $30{\mu}m$, and is a kind of diatom with $10{\mu}m$ in length and $3{\mu}m$ in width. It is a species Fragilaria constuens, which is contained a order Pennales(pennate diatom) and lives in fresh water. The blue precipitate is the alteration product of chalcopyrite. It resultes in the increase in the ratio Cu:Fe from 5 to 13. The green precipitate has worm-like morphology with $10{\sim}20nm$ in diameter and $200{\sim}300nm$ in length. It is mainly composed of secondary copper sulfate such as woodwardite. However, it could be formed by the activity of microorganism, because the copper content is more than any secondary copper sulfate reported in copper sulfide mine. In order to identity the green precipitate exactly, the further research is needed.
The status of heavy metal contamination was investigated using chemical analyses of stream waters and sediments obtained from Samsanjeil and Sambong Cu mining area in Goseong-gun, Gyeongsangnam-do. In addition, the degree and the environmental risk of heavy metal contamination in stream sediments was assessed through pollution index (Pl) and danger index (DI) based on total digestion by aqua regia and fractionation of heavy metal contaminants by sequential extraction, respectively. Not only the degree of heavy metal contamination was significantly higher in Samsanjeil area than in Sambong area, but its environmental risk was also revealed much more serious in Samsanjeil area than in Sambong area. The differences in status and level of contamination and environmental risk between both two mining areas may be attributed to existence of contamination source and geology. Acid mine drainage is continuously discharged and flows into the stream in Samsanjeil mining area, and it makes the heavy metal contamination in the stream more deteriorated than in Sambong mining area in which acid mine drainage is not produced. In addition, the geology of Samsanjeil mining area is mainly comprised of andesitic rocks including a small amount of calcite and having lower pH buffering capacity fer acid mine drainage, and it is likely that the heavy metal contamination cannot be naturally attenuated in streams. On the contrary, the main geology of Sambong mining area consists of pyroclastic sedimentary Goseong formation containing a high content of carbonates, particularly calcite, and it seems that these carbonates of high pH buffering capacity prevent the heavy metal contamination from proceeding downstream in stream within that area.
In order to examine the extent of environmental contamination at abandoned Samsanjeil Cu mines in Kosung-kun, Kyeongsangnam-do, we have investigated the contaminations and mobility of toxic trace elements from mine wastes including about 280,000 tonnages of tailings by chemical experiments (total extraction, partial extraction by 0.1N HCI and sequential extraction procedure). Total concentrations of trace elements showed that Cu, As, Co, Zn, Pb, and Cd concentrations in tailings were 14.0, 3.6, 3.1, 2.1, 2.1 and 1.6 times greater than those in background soil, respectively. From the proportion of metals bound to the exchangeable and carbonate fractions, the comparative mobility of metals decrease in order of $Zn(29.0\%)>Cu(12.3\%)Pb(9.6\%)>Cd(3.0\%)>As=Co(0.0\%)$. Based on the concentrations, chemical speciations of tailings, waste rock and nearby soil, it was revealed that Cu and Zn were the most possible elements to contaminate the surrounding environment in Samsanjeil mine area. In addition, the tailings had total trace metal concentrations below Dutch guideline values except Cu, and they might not affect adverse impact on environment.
In Gosung, the symptoms similar to itai-itai disease from neighboring residents of the Samsanjeil mine have been social issues. Therefore, various researches on the behavior of heavy metals of the tailings impoundment of 280,000 ton in the Samsanjeil mine are required. In this paper, mineralogical and geochemical studies on the tailings at different depths in the Samsanjeil mine were investigated and the factors on the behavior of heavy metals were also studied. At two sampling sites (NN and SN), samples were collected at different depths down to 1 m. At NN sites, pH values decreased with depth, while those at SN sites did not show significant changes. XRD analysis showed that the main minerals in the tailings were quartz, microcline, muscovite, and chlorite with minor amount of gypsum. There were no noticeable changes in the mineral composition with depth. At NN sites, the amount of calcite was negligible, and jarosite, which usually occurs at acid soil or acid mine drainage at pH lower than 4, was identified. However, the samples at SN site contained relatively high contents of calcite with pyrite. Therefore, calcite seemed to buffer the acid and control pH at SN site. The contents of heavy metals in tailings were in the order of Cu > As > Zn > Pb > Co > Cr > Ni > Cd. The heavy metal concentrations in the tailings were closely related with pH changes. The concentrations of Cd and Co were much lower at NN site at which pH values are low than those at SN sites. Contrary to that, Cr and As which exist as oxyanions showed higher concentrations at SN sites. This result showed that the behaviors of heavy metals in our study area were controlled by pH which is influenced by the contents of calcite.
In order to evaluate the degree and extent of heavy metal pollution and the environmental impacts of abandoned Cu mines in Goseong-gun, soils and paddies were collected from the mine area and have been analysed for heavy metal contents. The heavy metal contents were much higher in mountain soils than in paddy soils. Total content of heavy metals decreased in order of Cu>Zn>Pb>As>Cr>Cd in mountain soils whereas Zn>Pb>Cu>Cr>As>Cd in paddy soils. The extractable amount of heavy metals by 0.1/1N HCl decreased in order of Cu>Pb>Zn>As>Cd>Cr in mountain soils whereas Pb>Cu>Zn>As>Cd>Cr in paddy soils. Although the extraction ratios were highly various depending on the sampling site, their average values were in order of Cd(16%)>Pb(10%)>Cu(9%)>As(4.5%)>Zn-Cr(${\le}2.5%$). The soils investigated were enriched in heavy metals relative to the averages of earth crust as In order of $As{\ge}Cd$>Pb>Zn>Cu>Cr. Pollution index calculated from total or extractable heavy metals of soils indicated that the heavy metal pollution was restricted to mountain soils around abandoned Cu mines, especially the Samsan I mine. The metal contents of brown rice showed no significantly contaminated level as follows; As $nd{\sim}0.87mg/kg,\;Cd\;0.02{\sim}0.34mg/kg,\;Cu\;1.01{\sim}6.25mg/kg,\;Mn\;13.4{\sim}43.2mg/kg,\;Pb\;0.09{\sim}2.83mg/kg,\;and\;Zn\;16.5{\sim}79.1mg/kg$. From the extraction and dispersion properties of heavy metal with the soil pH ($4.5{\sim}7.8$), it can be deduced the conclusion that the heavy metal pollution is spreading in the study area mainly by the detrital migration of waste ore and gangue minerals rather than the dissolution and circulation of heavy metal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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