• 자원환경지질
• /
• 제56권4호
• /
• pp.409-419
• /
• 2023

산성광산배수 처리방법은 적극적 처리방식과 소극적 처리방식이 일반적으로 사용되고 있으며, 이때 발생되는 부산물인 슬러지는 국내에서 약 5천 톤/년으로 발생하고 있다. 본 연구는 적극적 처리방식 중 물리·화학적 처리방식으로 정화 후 발생되는 슬러지의 특성을 조사하여 재활용 가능여부를 검토하기 위함이다. 5개소(D, H, S, T, Y) 수질정화시설의 슬러지의 특성을 물리·화학적 분석을 통해 검토하였다. 그 결과 pH는 pH 5.86 ~ pH 7.89로 측정되었고, 수분함량은 51 % ~ 82 %로 분석되었으며, 입자크기는 대부분 25 ㎛보다 작은 미립자로 구성되었음을 확인할 수 있었다. ICP-OES를 이용한 슬러지 내 무기물질 분석결과, Al, Fe, Mn의 농도범위는 각각 1,189 mg/kg ~ 129,344 mg/kg, 106,132 mg/kg ~ 338,011 mg/kg, 3,472 mg/kg ~ 11,743 mg/kg로 조사되어 고농도로 존재함을 확인 할 수 있었다. 그 외 무기물질 중 중금속류에 대해서는 T-슬러지는 As와 Zn, D-슬러지는 Cd, H-슬러지는 Ni, S-슬러지는 Zn, Y-슬러지는 Cd의 농도가 토양오염우려기준을 초과하였다. 또한 슬러지의 용출 특성을 알기위해 폐기물 용출시험(KSLT) 및 TCLP 시험을 진행하였다. 슬러지 재활용시 용출되어 지하수에 미치는 영향 확인을 위해 지하수 수질기준(생활용수) 20개 항목에 대하여 수행하였다. 용출시험결과 특정유해물질 16개 항목에서 모두 불검출로 확인되었으며, 일반항목 4개 항목에 대해서는 모두 생활용수 기준치 이내로 만족하였다. XRD, SEM-EDS의 분석결과, 슬러지는 주로 방해석, 석영의 패턴을 보였으며, 높은 Fe, O의구성비율로철수산화물이높은비중을차지하는것으로보였다. 이를 통해서 비매체접촉형 방식의 재활용의 가능성이 있을 것으로 판단된다.

• 대한지하수환경학회지
• /
• 제3권2호
• /
• pp.70-79
• /
• 1996

Friar Turk 폐탄광은 미국중서부의 가장복잡하게 교란된 광산 중의 하나이다. 버럭 및 광미 속에는 고농도의 황철석이 함유되어 있고, 황철석의 산화작용에 의해 토양 및 물이 산성화되고 식물의 성장이 제한되고 있다. 복구기술들에 대한 효과를 정량적으로 평가하기 위한 노력으로, 상세한 관측프로그램이 수행되었다. 물 시료들은 지표수, 지하수 및 불포화대의 간극수에서 5년간에 걸쳐 채취되었다. 그 결과에 의하면, spoil은 미약한 물 오염원이고, 버럭 더미는 지표수 및 지하수를 심각하게 오염시키는 원천이다. 그러나 버럭 더미 하부에 분포하는 loess 및 till은 오염된 물이 이동하는 것을 효과적으로 억제하였다. 버럭 더미 및 광미 표면층들은 수십 년간에 걸쳐 풍화된 결과로 층 내부보다는 독성이 약하였다. 산성광산폐수의 생성은 정점에 달한 상태이며 잠재적인 산성층은 아마도 광산폐기물의 불포화대에 분포하는 것으로 사료된다.

• 한국광물학회:학술대회논문집
• /
• 한국광물학회.한국암석학회 2001년도 공동학술발표회 논문집
• /
• pp.38-39
• /
• 2001

The seasonal changes in pH, Fe, Al and SO$_4$$\^$2-/ contents of acid drainage released from coal mine dumps play a major role in precipitation of metal hydroxides in the Taebaek coal field area, southeastern Korea. Precipitates in the creeks underwent a cycle of the color change showing white, reddish brown and brownish yellow, which depends on geochemical factors of the creek waters. White precipitates consist of Al-sulfate (basaluminite and hydrobasaluminite) and reddish brown ones are composed of ferrihydrite and brownish yellow ones are of schwertmannite. Goethite coprecipitates with ferrihydrite and schwertmannite. Ferrihydrite formed at higher values than pH 5.3 and schwertmannite precipitated below pH 4.3, and goethite formed at the intermediate pH range between the two minerals. With the pH being increased from acid to intermediate regions, Fe is present both as schwertmannite and goethite. From the present observation, the most favorable pH that basauluminte can precipitate is in the range of pH 4.45-5.95. SEM examination of precipitates at stream bottom shows that they basically consist of agglomerates of spheroid and rod-shape bacteria. Bacteria species are remarkably different among bottom precipitates and, to a less extent, there are slightly different chemical compositions even within the same bacteria. The speciation and calculation of the mineral saturation index were made using MINTEQA2. In waters associated with yellowish brown precipitates mainly composed of schwertmannite, So$_4$ species is mostly free So$_4$$\^$2-/ ion with less AlSo$_4$$\^$+/, CaSo$\sub$(aq)/, and MgSo$\sub$4(aq)/. Ferrous iron is present mostly as free Fe$\^$2+/, and FeSo$\sub$4(aq)/ and ferric iron exists predominantly as Fe(OH)$_2$$\^$+/, with less FeSo$\sub$4(aq)/, Fe(OH)$_2$$\^$-/, FeSo$_4$$\^$-/ and Fe$\^$3+/, respectively Al exists as free Al$\^$3+/, AlOH$_2$$\^$-/, (AlSo$_4$)$\^$+/, and Al(So$_4$)$\^$2-/. Fe is generally saturated with respect to hematite, magnetite, and goethite, with nearly saturation with lepidocrocite. Aluminum and sulfate are supersaturated with respect to predominant alunite and less jubanite, and they approach a saturation state with respect to diaspore, gibbsite, boehmite and gypsum. In the case of waters associated with whitish precipitates mainly composed of basaluminite, Al is present as predominant Al$\^$3+/ and Al(SO$_4$)$\^$+/, with less Al(OH)$\^$2+/, Al(OH)$_2$$\^$+/ and Al(SO$_4$)$\^$2-/. According to calculation for the mineral saturation, aluminum and sulfate are greatly supersaturated with respect to basaluminite and alunite. Diaspore is flirty well supersaturated while jubanite, gibbsite, and boehmite are already supersaturated, and gypsum approaches its saturation state. The observation that the only mineral phase we can easily detect in the whitish precipitate is basaluminite suggests that growth rate of alunite is much slower than that of basaluminite. Neutralization of acid mine drainage due to the dilution caused by the dilution effect due to mixing of unpolluted waters prevails over the buffering effect by the dissolution of carbonate or aluminosilicates. The main factors to affect color change are variations in aqueous geochemistry, which are controlled by dilution effect due to rainfall, water mixng from adjacent creeks, and the extent to which water-rock interaction takes place with seasons. pH, Fe, Al and SO$_4$ contents of the creek water are the most important factors leading to color changes in the precipitates. A geochemical cycle showing color variations in the precipitates provides the potential control on acid mine drainage and can be applied as a reclamation tool in a temperate region with four seasons.

• 자원환경지질
• /
• 제33권5호
• /
• pp.367-377
• /
• 2000

The purpose of this study is to elucidate the source of U anomaly formed in stream water of the drainage system around the Shinbo talc mine area based on the O, H, S and Sr isotopic characteristics of water masses and wall rocks. The ${\delta}$D and ${\delta}^{18}O$ of surface and ground waters show highly restricted range and plotted on the same meteoric water line, indicating that they are all originated from the meteoric water. The ${\delta}^{34}S$value of the ground water containing high U shows slightly negative (-0.2${\textperthousand}$) and quite distinct from those of the other surface and ground waters that are similar to those of wall rocks (>5.8${\textperthousand}$), indicating that they have a different S isotopic fractionation or less probably, source. The $^{87}Sr/^{86}{Sr}$ratios of water masses around the Shinbo talc mine area show a variable range from 0.724325 to 0.744928, but tend to increase with increasing U concentration of water mass. Although it is not possible to determine precisely the source rock of U anomaly formed in the hydrologic system around the Shinbo talc mine, the evidence obtained from the Sr isotopic compositions strongly suggests that coal schist and/or pegmatite vein could be the most likely candidate for the source rock.

• 대한지하수환경학회지
• /
• 제1권1호
• /
• pp.23-32
• /
• 1994

태백 탄전 지대에서 산출되는 비정질 철 수산화물 (AIO)에 대한 회귀 원소 흡착 반응의 총체적 평형 상수 $K_{ad,app}$를 계산하기 위해 시간-흡착 실험 및 pH-흡착 실험을 실시하였다. 이와 같은 두 실험 결과에 의하면, Pb을 제외한 모든 원소의 흡착 반응이 평형에 도달하여 계산된 $K_{ad,app}$값이 실제의 값일 가능성이 높음을 알 수 있다. 희귀 원소와AIO간의 흡착 반응에 대한 $K_{ad,app}$와 수소 이온의 반응 계수 x는 pH-흡착 실험 결과로부터 얻어진 log($\Gamma$/ ［ $M^{2＋}$］$_{aq}$ )와 pH에 대한 선형 희귀 식의 절편과 기울기로부터 계산되었다. 이 연구에서 계산된 $K_{ad,app}$는 $10^{－4.5}$에서 $10^{2.75}$ 범위의 값을 갖는데, 이는 다른 연구자들에 의한 단순 조성계에 대한 실험 결과와 많은 차이를 보인다. 이 연구에 의한 $K_{ad,app}$는 자연계의 다른 환경에서 평가된 것과 어느 정도 비슷한 값을 보이지만 정확히 일치하지는 않는다 이러한 사실은 연구 지역의 수계에서 $K_{ad,app}$가 독특한 그만의 값을 갖는 것을 나타내므로, 흡착 모델링 전에 반드시 연구 지역의 수계에 맞는 정확한 $K_{ad,app}$값이 평가되어야 함을 의미한다. 이 연구에 의한 x는 -0.3 내지 0.7의 값을 갖는데, 이 또한 일반적으로 지구화학자들 사이에서 받아들여지는 값과는 상당히 다른 것이다. 이러한 x값의 차이는 아마도 흡착 자리에 대한 다른 이온종간의 경쟁 또는 종류가 다른 여러 흡착 반응의 동시 진행에 의한 것으로 생각된다. 이 연구의 결과는 태백 지역에서의 탄광 폐수에 오염된 수계 내에서의 적절한 흡착 모델을 세우는데 도움을 줄 것이다. 이렇게 세워진 흡착 모델을 이용하여 수계 내에서의 흡착에 따른 금속 원소 함량 변화를 기술할 수 있을 것이며, 이는 태백 탄전 지역에서의 광산 폐수가 수질에 미치는 영향에 대한 연구에 중요한 부분이 될 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제10권5호
• /
• pp.27-32
• /
• 2009

이 연구는 산성광산배수(AMD, Acid Mine Drainage)를 대상으로 트리폴리인산나트륨의 적용을 평가한다. 경북에 위치한 문경 석탄탄광으로부터 발생한 AMD와 트리폴리인산나트륨의 회분식 반응실험에서 얻어진 결과에 근거하면, AMD를 처리하기 위한 트리폴리인산나트륨의 최적주입량은 $4.7{\times}10^{-3}mole$이었다. $Ca^{2+}$의 경우 농도가 $16.4mg/{\ell}$에서 처리 후 $5.6mg/{\ell}$로 감소하여 제거율은 65.9%이고, $Fe^{3+}$의 경우 농도가 $3.7mg/{\ell}$에서 처리 후 $0.02mg/{\ell}$로 감소하여 제거율은 99.5%이다. 그러나 $SO{_4}^{2-}$의 경우 농도가 $526.8mg/{\ell}$에서 $566.5mg/{\ell}$ 범위로 증가나 감소경향이 나타나지 않았다. 트리폴리인산나트륨을 사용한 결과, AMD 내 $Na^+$의 농도는 $549.8mg/{\ell}{\sim}599.3mg/{\ell}$이고 정인산염은 $6.82mg/{\ell}{\sim}7.60mg/{\ell}$였다. 트리폴리인산나트륨과 AMD의 반응에서 발생한 침전물을 SEM, XRF, XRD로 분석한 결과 침전물의 형태는 인회석${\gg}{\beta}$-인산삼칼슘>산화철$(Fe(OH)_3)$인 것으로 판단된다. 결과적으로 트리폴리인산염의 사용은 AMD에서 $Fe^{3+}$, $Ca^{2+}$ 제거와 pH 완충에 있어서 우수한 것으로 나타났다.

• 자원환경지질
• /
• 제29권3호
• /
• pp.315-323
• /
• 1996

인회석 배수로가 1994년 9월 30일 미국 인디아나주 중서부에 위치한 Green Valley 폐탄광에 건설되었다. 현장설치의 일차적인 목적은 현장조건에서 산성수에 대한 인회석 배수로의 장기적인 처리능력을 평가하는 데 있다. 이 배수로는 실내실험결과에 따라 설계되었는데 연장 9m, 폭 3.3m, 심도 0.75m이며，95mm~30번 채 크기의 인회석광 (francolite)으로 채워져 있고 복구된 폐석더미로 부터 흘러나오는 산성수가 유입되게 되어 있다. 본 배수로는 폭우 및 실트의 퇴적으로 인한 손상을 막기 위해 석회석 자갈과 filter fabric으로 덮여져 있다. 본 배수로는 플로리다주의 인광석광산에서 채광된 50톤의 인회석으로 채워져 있다. 인회석은 산성수내의 첼 최대 4,200 mg/l, 알루미늄 최대 830 mg/l, 황산염 최대 13,430 mg/l를 제거하였다. 산도는 거의 일정하였으며 3.1에서 4.3까지 변화를 보였다. 배수로 하류에서 측정한 유출량은 3~4.5 l/m였다. 철 및 알루미늄 인산염 침전물은 노란색 및 흰색 부유성 입자인데 침전못에 계속적으로 퇴적되었다.

• 자원환경지질
• /
• 제56권2호
• /
• pp.125-138
• /
• 2023

수계 내 세슘(cesium: Cs)을 제거하기 위하여 개발된 대부분의 기존 Cs 흡착제들은 원재료 값이 고가라는 단점과, 해수와 같이 높은 이온 강도와 낮은 Cs 농도를 가지는 대규모의 오염수를 실질적으로 정화하는데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 석탄광산배수를 처리하는 과정에서 생성되는 슬러지(CMDS)에 Na와 S를 첨가하여 친환경적이고 높은 Cs 제거 효율을 가지는 Cs 흡착제를 개발하였다. Fe 및 Ca 함량이 풍부한 CMDS를 1차 소재로 사용하였고, 열처리 과정으로 Na와 S를 첨가하여 새로운 Cs 흡착제를 제조하였다(이하 본 연구에서 개발한 흡착제는 Na-S-CMDS라 명명함). Na-S-CMDS의 Cs 흡착능 및 흡착 기작을 평가하기 위해 실험실 규모의 실험과 흡착 동역학 및 등온 모델링 연구를 수행하였으며, XRF, XRD, SEM/EDS, XPS 등의 분석을 통해 Na-S-CMDS의 물리화학적, 광물학적 특성을 조사함으로써 Cs 흡착 기작을 규명하였다. 흡착 배치 실험 결과, Cs은 빠르게 Na-S-CMDS에 흡착되어 1시간 내 평형에 도달하였으며, 낮은 Cs 농도(0.5 mg/L) 조건에서도 높은 Cs 제거 효율(> 90.0%)을 보였다. 흡착 등온 모델링 결과, 단일 흡착을 가정하는 Langmuir 흡착 등온 모델에 대응되는 경향을 보였으며, 흡착 동역학 모델링 결과 흡착 경향이 유사 2차 속도(pseudo second order kinetic) 모델과 일치하는 경향을 보였고, 이러한 결과는 단순한 물리적 흡착보다 이온 교환과 같은 화학적 흡착이 우세함을 의미한다. 고농도의 Cs 용액으로 반응시킨 Na-S-CMDS의 XRF/XRD 분석 결과, Na-S-CMDS 내 Na 함량은 감소하고 흡착 전 존재하던 erdite (NaFeS₂·2(H₂O))가 관찰되지 않는 것을 통해, Na⁺과 Cs⁺ 사이에서 활발한 이온 교환 반응이 진행되었음을 알 수 있었다. XPS 분석 결과, Na-S-CMDS에서 Cs와 S 사이의 강한 결합 작용이 관찰되었으며, 이러한 Cs와 S(또는 S-복합체)내 결합에너지 감소도 Na-S-CMDS의 Cs 흡착능을 증가시키는 요인으로 판단되었다. 본 연구를 통해 기존에 폐기물로 처리되었던 석탄광산배수슬러지를 개량하여 제조한 Na-S-CMDS는 기존의 Cs 흡착제보다 제조 비용이 저렴하고, 해수 및 지하수와 같이 이온 강도는 높지만 Cs 농도가 낮은 대규모 오염 수계에서도 Cs 흡착능이 높게 유지되어, 현장에서 효과적인 Cs 흡착제로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
• /
• 제10권5호
• /
• pp.25-36
• /
• 2005

옥동천 유역의 상류에 위치한 명진탄광, 서진탄광, 옥동탄광 등이 1988년 이후 석탄합리화 사업으로 인하여 휴폐광 되었다. 따라서 많은 양의 광산 폐재가 적당한 처리시설이 없이 그대로 유입되어 하류지역의 수질오염을 야기 시킨다. 폐탄광으로부터 유출되는 침출수와 산성광산배수는 pH $2.7\sim4.5$의 강한 산성을 나타내며, 총용존물질은 $1,030\sim1,947mg/L$로 높은 범위를 나타낸다. 또한 Fe, Cu, Cd 같은 중금속의 농도와 음이온인 황산이온 등도 매우 높은 농도를 보인다. 옥동천내에 포함된 중금속의 농도는 Fe>Al>Mn>Zn>Cu>Pb>Cd 순으로 나타났으며, 철의 경우 산성광산배수와 침출수로 부터 옥동천 하류의 수질과 토양의 질을 나타내는 지표가 된다. 구리농도는 풍수기에 공재댐 배출수에서 높은 농도를 나타냈다. 표층수의 수질오염지표는 폐탄광의 산성광산배수가 유입되는 옥동천 본류 상류에서 $16.3\sim47.1$을 나타냈다. 반면에 구광재댐과 신광재댐 및 폐탄광의 배출수가 유입되는 중류에서 $10.6\sim19.5$를, 하류에서는 평균값인 $10.6\sim14.9$를 보여, 상류지역의 폐탄광의 산성광산배수가 옥동천의 주 오염원인 것으로 나타났다.

• 지질공학
• /
• 제6권2호
• /
• pp.65-81
• /
• 1996

Friar Tuck 폐광산은 인디아나주 남서부 Tuck Greene-Sullivan 군 경계에 위치하고 있다. 현재 진행중인 복구작업이 시행되기 전, Friar Tuck 광상은 인디아나주 내에서 가장 규모가 크고 환경오염상태가 심각한 폐탄광중의 하나였다. 직접 식물재배법이 tailing ponds에 적용되었다. 버럭더미는 산성수의 오염을 막고 토양이 외부로 흘러 나가는 것을 방지하기 위해 표면을 고른 후 토양오염이 비교적 덜 된 흙으로 덮고 농업용 석회석, 화학비료 및 퇴비를 뿌려 풀 종자를 심었다. 사면의 침식방지를 최소화 하기 위하여 terrace, diversion ditch, 및 gabion structures가 설치도었다. 산성수 처리를 위하여 실내 및 광산현장에서 인회석을 이용한 새로운 방법이 실험되었다. 인회석은 산성수 본래의 pH를 유지하면서 철 및 알루미늄을 효과적으로 제거하였다. 광산폐기물에서 파생되는 산성수 내의 철 및 알루미늄의 농도가 높은 경우에도 이 방법을 사용할 수 있을 것으로 사료된다.