• 한국물환경학회지
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• 제22권6호
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• pp.991-995
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• 2006

The layered double hydroxide with the insertion of chloride ions (LDH-Cl), which was synthesized by the co-precipitation method, was applied to investigate the fundamental aspects of the absorptive agent for phosphate removal from wastewater. The adsorption capacity was best described by the Langmuir-FreundIich isotherm, and the estimated isotherm parameters indicate that the LDH-CI capacity for the phosphate removal is much higher than that observed using a natural adsorbent material such iron oxide tailing. The kinetic experiment also showed that the LDH-Cl adsorption reaction rapidly at the adsorptive rate of 0.55 mg-P/g-LDH/min, implying that this adsorbent can be of use in the full-scale applications. The pH had a minimal effect on the LDH adsorption capacity in the range of 5 to 11, although the capacity dropped at the low pHs because of the change in LDH surface properties. Furthermore, other anions such as $Cl^-$ and $NO_3{^-}$ commonly found in the wastewater streams insignificantly affected the phosphate removal efficiencies, while $HCO_3{^-}$ ions had a negative effect on the LDH adsorption capacity due to its high selectivity. The phosphate removal experiment using the actual secondary effluent from a wastewater treatment plant showed the similar decrease in adsorption capacity, indicating that the bicarbonate ions in the wastewater were competing with phosphate for the adsorptive site in the surface of the LDH-Cl. Overall, the synthetic adsorbent material, LDH-Cl, can be a feasible alternative over other conventional chemical agents, since the LDH-Cl exhibits the high phosphate removal capacity with the low sensitivity to other environmental conditions.

• 자원리싸이클링
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• 제1권1호
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• pp.23-28
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• 1992

용매추출법을 이용하여 스텐레스 산세폐액으로부터 산과 니켈 및 크롬 등의 유가금속을 효과적으로 회수하기 위한 처리공정을 개발하고자 하였다. 현재까지 일본, 스웨덴 및 캐나다 등에서 이와같은 폐산을 처리하기 위한 몇가지 기술이 개발된 바 있으나 이들 방법은 대부분 산의 회수만을 주목적으로 한 것이기 때문에 폐산에 함유된 금속성분이 수산화물 스러지로 그대로 폐기되는 결점을 지니고 있다. 본 실험은 질산 및 불산과 함께 금속성분인 니켈과 크롬을 회수하여 정제산을 산세공정에 재상용하는 한편 처리과정에서 발생하는 스러지양을 최소한으로 줄이고자 하는 목적에서 시도되었다. 질산과 불산의 혼산은 TBP를 추출재로 사용한 용매추출에 의해 효과적으로 회수할 수 있었으며 여기에서 나온 폐액은 중화침전에 의해 철분을 제거한 다음 최종적으로 D2EHPA를 추출제로 사용하여 니켈과 크롬을 분리회수 할수 있었다.

• 한국광물학회지
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• 제22권4호
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• pp.359-370
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• 2009

지표에 노출된 폐광미의 산화작용으로 인해 용출된 비소와 중금속들이 광산주변 환경에 심각한 오염을 야기할 수 있다. 본 연구는 황화광물의 산화작용과 이차 광물의 생성 및 변질과 같은 다양한 작용들이 비소의 거동에 미치는 영향을 광물학적 방법을 이용하여 고찰하였다. 연구대상 광미는 강원도 정선군에 위치한 낙동광산에서 채취하였다. 전처리한 광미로부터 자성광물과 비자성 광물을 선별한 후, 현미경 관찰을 통해 광물의 색 및 금속광택에 따라 분류하였고, X-선 회절 분석기, 에너지 분산분광기, 그리고 전자탐침미세현미경 등과 같은 다양한 기기분석들을 이용하여 광물학적 특성을 조사하였다. 문헌조사에서는 다양한 광석광물이 산출되는 것으로 알려졌지만, 산화 등과 같은 풍화작용으로 인하여 본 연구에서는 일부 광석광물들과 더불어 새롭게 형성된 이차 내지 삼차 광물들을 확인할 수 있었다. 특히 다량으로 존재했다고 알려진 자류철석은 동정되지 않았지만 특징적으로 콜로포옴 형태의 철 (산)수산화광물을 확인하였는데, 이는 자류철석의 큰 반응성으로 인하여 풍화가 급격하게 진행되어 자류철석이 모두 변질된 것을 입증한다. 뿐만 아니라 일차 광석광물인 유비철석의 균열부에 충진한 이차 광물인 스코로다이트를 확인할 수 있었는데 이러한 변질 과정을 통해 용출된 비소가 고정화되는 것으로 판단된다. 또한 이차 광물로 생성된 자로사이트가 다시 변질되어 삼차 광물인 철 (산)수산화광물이 형성되는 것도 관찰할 수 있었는데 이는 다양한 광석광물의 산화작용으로 인해 조성된 초기의 낮은 pH 환경으로부터 pH가 증가하는 환경으로의 전이를 지시한다. 이러한 환경의 변화는 이차 광물들과 주변 모암과의 작용 등에 기인하며 그 결과 이차 광물의 안정도가 떨어지게 되고 새로운 삼차 광물들이 형성된다. 이러한 과정에서 고정화된 비소가 재용출 되어 주변 환경에 확산되어질 수 있다.

• 자원환경지질
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• 제33권2호
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• pp.91-100
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• 2000

It has been more than ten years since Dukun mine was abandoned. Tailings of waste deposits and slime dumps in the abandoned Dukum mine have been left to be deserted for fifty years. The results of fifty years of neglecting are nothing short of major environmental problems. Slime dumps have been exposed to air and water in the mine over ten years and then soil profile has been formed well. Soil in the upper layer (A horizon) is the light gray color due to the leaching of cations. Soil in the lower layer (A2 horizon, 0.2∼0.3m)is tinted with reddish brown and yellowish brown color due to the development of iron oxides and iron hydroxides. Soil in the lower part of B horizon of (1.0∼3.0m) with the growth of copper and zinc oxides exposes to the bluish green, light blue, and dark gray. Ranging from 3m to 8m in depth, 85 samples were taken from 22 sampling sites with 50m intervals located on the slime dump area with hand auger and trench (open cut). As tailings was distributed, heavy metal elements extracted by the process of surface water and ground water move and disperse in to the hydrosphere. Waste dumps were distributed in and around the mine and water draining from those dumps be a potential source of contamination. Soils, thus, can be dispersed into downslope and downstream through wind and water by clastic movement. These materials may be deposited in another horizon if the water is withdrawn, or if the materials are precipitated as a result of differences in pH, or other conditions in deeper horizons. These were primarily associated with acid mine drainage. The characteristics and rate of release of acid mine drainage are influenced by various chemical and biological reactions at the source of acid generations. Prolonged extration of heavy metal elements has a detrimental effect on the agricultural land and residental area. Twenty soil samples were collected from the agricultural land in the area (0∼30 cm). Seventeen samples were also taken from the sediment in the stream running alongside the dumps. The dispersion patterns of heavy metal elements are as follows: The content of As ranged 2∼6 ppm in a horizon, 20∼125 ppm in B horizon with large amount of clay mineral is concentrated and the content of Cd ranged 1∼2 ppm in A horizon, 4∼22 ppm in B horizon. Like Cd, the content of As, Cu, Zn, Pb in B horizon is higher than that in A horizon (approximately 5∼100 times). When soil formation proceeds in stages, it is necessary to investicate the B horizon with the concentration of heavy metal and preventive measures will have to established.

• 한국광물학회지
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• 제21권3호
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• pp.227-237
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• 2008

최근 들어 비소오염에 대한 환경적 관심이 증대되면서, 세계적으로 비소에 대한 음용수 기준이 강화되고 있으며, 국내적으로도 비소로 오열된 지하수 덴 토양의 출현 빈도가 높아지면서 비소 오염과 그에 대한 처리 및 대책이 주요한 환경적 관심사로 대두되고 있다. 지중에서 비소의 거동은 주로 산화물들과 점토광물에 의하여 제어되는데, 특히 철(산)수산화물이 가장 효과적으로 비소를 제어하는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 철(산)수산화물들 중 2-line ferrihydrite가 비소의 거동에 어떠한 영향을 미치는가를 파악하기 위하여 수행되어졌다. 다양한 비소 화학종들 중 자연 상에서 발현 빈도수가 가장 큰 3가 비소(아비산염)와 5가 비소(비산염)가 2-line ferrihydritc와 어떠한 흡착 특성을 갖는지 비교하여 연구하였다. 비소의 흡착제로 실험실에서 제조되어 이용된 2-line ferrihydrite는 $10\sim200nm$의 작은 나노 크기, $247m^{2}/g$의 비교적 큰 비표면적, 다른 철(산)수산화물보다 높은 8.2의 영전하 pH 등을 갖는 것으로 나타났는데, 이러한 2-line ferrihydrite의 대표적인 물리화학적인 특성들은 비소의 흡착제로서 매우 적합한 것으로 조사되었다. 평형흡착 실험결과, 3가 비소가 5가 비소보다 월등히 높은 흡착력을 보였으며, 3가 비소는 pH 7.0, 5가 비소는 pH 2.0에서 가장 놀은 흡착력을 보이는 것으로 나타났다. 3가 비소는 pH 12.2를 제외하고는 pH에 따른 흡착량이 크게 차이를 보이지 않은 반면, 5가 비소는 pH가 증가함에 따라 흡착량이 현격하게 갈소하는 것으로 나타났다. pH에 따른 비소의 흡착특성을 보다 더 자세하게 초찰한 견과, 3가 비소는 pH 8.0까지는 흡착량이 증가하다가 pH 9.2 이상에서는 흡착량이 급격하게 같소하는 것으포 나타났다. 5가 비소의 경우에는 pH가 증가할 수록 비교적 일정하게 흡착량이 갉소하는 것을 알 수 있었다. 이렇게 비소 화학종에 따라서 상이한 흡착특성을 보이는 이유는 pH에 따른 각 비소 화학종의 화학져 존재 형태(chemical speciation)와 2-line ferrihydrite의 표면전하의 변화 등이 복합적으로 작용하기 때문인 것으로 사료된다. 각 비소 화학종과 2-line ferrihyite와의 흡착특성을 반응속도론적 관점에서 고찰한 결과, 대부분의 비소종들이 2시간 이내에 흡착이 거의 완료되는 것으로 나타났으며, 두 종류의 비소 화학종과 2-line ferrihydrite의 흡착 반응속도를 가장 잘 모사하는 반응속도 모댁은 power function과 elovich model인 것으로 조사되었다.

• 지질공학
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• 제13권1호
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• pp.29-50
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• 2003

광양 폐 금-은 광산지역의 소규모 하천(초남리천과 사곡리천)에 흐르는 산성광산폐수의 수질 특성을 환경지구화학적 방법을 이용하여 조사하고 비교 연구하였다. 중금속(카드뮴, 구리, 납, 아연) 오염은 초남리천에서 훨씬 심한 것으로 나타난 반면, 용존 알루미늄과 철 함량은 오히려 사곡리천에서 높았는데, 두 하천간의 이러한 차이는 광산폐수의 기원물질, 즉 광석광물의 함량과 특성이 서로 다르기 때문인 것으로 판단된다. 두 하천에서 흐르는 산성광산폐수의 자연정화 기작에 대해 고찰하여 보았다. 주로 단일하천으로 이루어진 초남리천의 경우, 석회석을 사용하여 광산폐수를 정화시키는 소규모의 소택지가 조성되어 있어 소택지 내에서의 pH 증가에 따른 중금속의 흡착과 공침에 의해 중금속이 제거되고 있다. 초남리천에서 채취한 적황색 침전물에 대하여 XRD, SEM-EDS. EPMA 분석 및 화학적 분해법을 이용한 분석 결과, 적황색 침전물은 대부분 침철석으로 구성되어 있으며 알루미늄, 망간, 구리, 아연 등이 부화되어 있음을 확인하였다. 따라서 이들 금속들은 주로 적황색 침전물의 생성에 수반된 흡착이나 공침과 같은 지구화학적 반응에 의해 제거되는 것으로 판단된다. 한편, 소택지의 중금속 제거능은 계절적으로 변화하는 하천의 유량에 의해 영향을 받고 있다. 반면, 사곡리천의 경우에는 오염되지 않은 여러 지류와의 혼합에 수반된 pH 증가에 따라 철수산화물이 침전하면서 중금속의 제거가 일어나고 있다. 오염 하천과 비오염 지류와의 합류 지점에서 발생하는 중금속 제거의 기작은 '특성-특성도(property-property plot)'를 활용한 해석에 의해서도 뒷받침된다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제42권1호
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• pp.73-78
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• 1999

Pyrite의 산화과정에서 생성되는 황산 때문에 발생하는 산성 광산 유출수는 다량의 중금속들을 함유하므로 적절한 처리 과정을 거친 후 배출되어야 한다. 산성 광산 유출수의 중화과정에서 발생하는 침전물은 주로 철과 알루미늄의 수산화물인대, 이 두 침전물은 2단계 중화과정을 거치면 분리될 수 있다. 본 연구에서는 대구시 달성군 가창면에 위치한 폐중석광산의 유출수를 이용하여 철과 알루미늄의 침전물에 의한 중금속의 제거 현상을 조사하였다. 유출수의 pH는 3.2였으며 As, Cd, Cu, Mn, Pb, Zn 등의 함량이 하천수질기준이나 폐수배출허용기준을 상회하였다. 1단계 중화에서는 $Ca(OH)_2$를 이용하여 철이 먼저 침전되도록 하였으며, 철을 100% 침전시켰을 때 납은 상당부분 침전으로 제거되었으나 대부분의 중금속은 제거되지 않았다. 2단계 중화에서는 1단계 중화 후의 상등액을 pH 7.5까지 적정하였는데, 이 때 As, Cd, Cu, Mi, Mn, Zn 등의 중금속들이 하천으로 방류가 가능한 수준으로 제거되었다. 1단계 중화에서 발생한 철 침전물은 특별한 처리 없이 폐기될 수 있을 것이며, 2단계 중화에서 생성된 침전물은 중금속을 함유하므로 특정폐기물로 취급하여 처리하여야 할 것이다. 이러한 두 단계 중화과정을 거치면 효과적인 중금속의 제거와 함께 산성 광산 유출수의 처리 후 발생하는 중금속 함유 침전물의 처리에 따른 비용의 절감이 가능할 것이다.

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

• 대한지하수환경학회지
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• 제7권3호
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• pp.103-115
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• 2000

갈색 침전물의 생성은 우리나라 지하수의 개발 및 공급에 있어 흔히 발생하는 문제 중의 하나인데, 이에 따라 색도, 맛, 탁도 및 용존 철 함량 등의 항목에 있어 먹는 물 수질 기준을 초과하게 되고, 물 공급 시스템에 스케일링의 문제를 야기하게 된다. 경기도 파주 지역 지하수의 경우에도 양수 후 몇 시간 내에 갈색 침전물이 형성되어 수질을 악화시키고 있다. 본 연구에서는 지하수의 탁도를 유발하는 원인과 지화학적 반응 경로를 이해하고자, 평형열역학 및 반응속도론적 접근을 통하여 갈색 침전물의 형성과정을 파악하였다. 본 연구결과는 침전물의 형성을 최소화하기 위한 적정 양수 기법은 물론 수질 향상을 위한 최적 수처리 기법을 설계하는데 있어 중요한 자료로 활용될 것이다. 파주 지역의 암반 지하수는 물/암석(편마암)반응에 의해 Ca-$HCO_3$형의 수질 특성을 보인다. SEM-EDS 및 XRD 분석 결과, 갈색 침전물은 비정질의 함철 산화물 또는 수산화물로 해석된다. 다양한 공극 크기(6, 4, 1, 0.45, 0.2 $\mu\textrm{m}$)를 갖는 여과지를 이용한 다단계 여과 결과, 이들 침전물은 크기에 있어 대부분 1 내지 0.45$\mu\textrm{m}$의 입도를 갖는 콜로이드 형태이지만, 질량 분포로 볼 때는 1 내지 6$\mu\textrm{m}$범위가 우세함(총 질량의 약 81%)을 알 수 있다. 다량의 용존 철(II)은 지하수 유동 중에 철 함량이 높은(최대 3wt.%) 단층 파쇄암 내의 녹니석(clinochore)의 용해로부터 기원하는 것으로 판단된다. PHREEQC 프로그램을 이용한 포화지수 계산 및 pH-Eh 관계도에 대한 검토 결과, 침전물은 함철 수산화물임이 확인되며, 환원 조건에 있던 심부 지하수가 양수에 의해 산소에 노출되면서 화학성 변화(특히, 산화)에 의하여 침전함을 알 수 있다. 양수 이후의 시간 경과와 더불어 양수된 지하수의 pH, DO, 알칼리도는 점차 감소하며. 탁도는 증가하다가 일정 시간 경과 후 감소하는 경향을 보인다. 양수 이후의 경과 시간에 따른 용존 철(II)의 농도 감소율(즉, 반응 속도)은 Fe(II)=10.l exp(-0.0009t)로 표현된다. 따라서 갈색 침전물의 생성 반응은 양수 및 양수 후 저장 과정 중에 산소의 유입에 따른 산화 반응에 기인하며, 그 반응은 시간, 산소분압 및 pH에 의존함을 알 수 있다. 탁도를 제거하여 음용 가능한 수질을 확보하기 위해서는, 충분한 시간 동안 충분한 크기를 갖는 탱크 내에서의 다단계 저장 및 폭기를 거친 이후에 응집된 침전물에 대한 여과가 제안된다. 이때, 비용 절감 차원에서 상이한 입도 조건에서의 다단계 여과가 효과적일 것으로 생각된다. 한편, 개발 관정 내에서의 스케일링을 최소화하기 위해서는 심부 지하수로 산소가 풍부한 천층 지하수가 유입되는 과정을 최소화할 필요가 있다. 이를 위해서는 적정 채수량 범위 내에서의 지속적인 양수가 효과적일 것이다. 아울러, 산소가 풍부한 천층 지하수의 채수를 위한 별도의 관정 설치도 고려할 수 있을 것이다.

• 광물과 암석
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• 제35권4호
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• pp.409-421
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• 2022

자연계에서 산출되는 망가니즈단괴 내 광물종 및 원소의 공간적 분포를 규명하는 것은 단괴의 형성 과정 중 변화하는 생성 환경 및 지화학적 조건에 대한 이해를 가능하게 한다. 최근의 라만 분광분석을 이용한 연구에서 구형으로 성장한 단괴의 성장에 따른 산화망가니즈 광물종의 변화에 대해 연구한 바 있으나, 상대적으로 천해에서 획득되는 비구형 단괴 내 광물종의 분포는 자세히 연구되지 않았다. 이에 본 연구에서는, 동시베리아해 천해(수심 약 73 m)에서 산출되는 판상의 비구형 망가니즈단괴 내 서로 다른 성장 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과를 바탕으로 단괴 내 광물종 및 해당 광물의 구조적 특성에 대하여 면밀히 연구하였다. 또한 에너지분산형 X-선 분광분석(energy dispersive spectroscopy, EDS)을 통하여 단괴 내부 구조 및 부수광물의 존재에 대하여도 관찰을 수행하였다. 그 결과, 본 연구에서 사용한 비구형 단괴의 내부는 중심으로 부터 외곽 방향으로 크게 핵, 철 기질부, Mn-Fe 층으로 구분되었다. Mn-Fe 층 내 서로 다른 성장 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과는 모든 방향에 대하여, 단괴 중심부로부터 외곽부로 신호 획득위치가 옮겨감에 따라 산화망가니즈 광물의 경우 터널형 광물의 비율이 감소하는 경향성을 관찰할 수 있었다. 이 때, 단괴 내 성장 방향에 따라 구성 광물의 상대적 비율 및 구조적 특성이 크게 다르다는 것이 확인되었다. 총 3가지의 실험 방향 중, 한 방향에서 획득된 라만 분광분석 결과는, 철 수산화물의 비율이 낮고, 버네사이트나 토도로카이트와 같은 산화망가니즈 광물들의 결정도가 상당히 높다는 것을 보여주었다. 반면, 나머지 두 방향에서 획득된 신호를 분석한 결과, 산화망가니즈 광물들의 결정도가 매우 낮으며 비정질 내지는 결정도가 낮은 철 수산화물들의 비율이 높다는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 비구형 단괴가 속성 과정으로 형성되는 동안 단일 단괴 내에서도 지화학적 조건에 차이가 있었다는 것을 지시한다. 더하여, 부수광물로서 암염이 일부 층에서 관찰되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 단괴 내 존재하던 해수의 증발로 인해 암염 결정이 형성되었음을 지시한다. 이처럼 본 연구에서는 라만 분광분석을 통해 비구형 단괴 내 광물종의 분포 및 구조적 특성에 대해 제시하였고 향후 본 연구 방법은 다양한 단괴 연구에 적용되어 지구물질의 지질학적 형성 과정에 대한 보다 세밀한 이해를 가능하게 할 것으로 기대된다.