The Journal of Engineering Geology (지질공학)

The Korean Society of Engineering Geology (대한지질공학회)
권호 표지

Heavy Metal Contamination and the Roles of Retention Pond and Hydrologic Mixing for Removal of Heavy Metals in Mine Drainage, Kwangyang Au-Ag Mine Area

광양 폐 금-은 광산 지역 광산폐수의 중금속 오염과 중금속의 제거에 있어 소택지와 지류 혼합의 역할 평가

  • 정헌복 (고려대학교 지구환경과학과) ;
  • 윤성택 (고려대학교 지구환경과학과) ;
  • 김순오 (고려대학교 지구환경과학과) ;
  • 소칠섭 (고려대학교 지구환경과학과) ;
  • 정명채 (세명대학교 자원환경공학과)
  • Published : 2003.03.01
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Abstract

Physicochemical Properties of acid mine water of the Chonam-ri Creek and the Sagok-ri Creek in the Kwangyang Au-Ag mine area were determined using geochemical approaches. Metal contamination (Cd, Cu, Pb, Zn) is more serious in the Chonam-ri Creek than in the Sagok-ri Creek. However, the contents of Al and Fe is higher in the Sagok-ri Creek. Such differences between the two creeks probably reflect the abundance and composition of ore minerals. The attenuation processes for acid mine water in both creeks were investigated. In the Chonam-ri Creek, a small retention pond which contains limestone plays an important role in the removal of heavy metals by adsorption or coprecipitation due to increase of pH. The capacity of metal scavenging in this pond depends on the seasonal variation of inflow volume. Reddish yellow precipitates sampled in the Chonam-ri Creek were analyzed by XRD, SEM-EDS, EPMA, and chemical decomposition. The precipitates mainly consist of goethite and are also enriched in Al, Mn, Cu and Zn. This inditates that precipitation of goethite is important for scavenging those trace elements, possibly due to adsorption or coprecipitation. In the Sagok-ri Creek, on the other hand, hydrologic mixing of uncontaminated tributaries results in removal of heavy metals with iron hydroxides precipitation due to the pH increase. The mechanisms proposed for metal attenuation at the confluence between contaminated mine water and uncontaminated tributary water are also explained by the property-property plots.

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.

Keywords

References

  1. 지하수토양환경 v.7 no.4 동래 납석 광산 산성 광석배수의 중화실험: 중금속의 거동 특성 규명 염승준;윤성택;김주환;박맹언
  2. Geochim Cosmochim Acta v.41 The mechanisms of iron removal in estuaries Boyle E. A.;Edmonds J. M.;Sholkovitz E. R. https://doi.org/10.1016/0016-7037(77)90075-8
  3. Geochim Cosmochim Acta v.60 Kinetic and mineralogic controls the evolution of groundwater chemistry and $^{87}Sr/^{86}Sr$ in a sandy silicate aquifer, northern Wisconsin Bullen T. D.;Krabbenhoft D. P.;Kendall C. https://doi.org/10.1016/0016-7037(96)00052-X
  4. U. S. Geol. Sur. Prof. Paper 712-F Sources and mechanisms of recharge for ground water in the West-central Amargosa Desert. Nevada A geochemical interpretation Claassen H. C.
  5. Rock-forming minerals 5 Deer W. A.;Howie R. A.;Zussman J.
  6. Geochemistry of Natural Waters Drever J. I.
  7. J. Colloid Interface Sci. v.106 A surface precipitation model for the sorption of cations on metal oxides Farley K. J.;Dzombak D. A.;Morel F. M. M. https://doi.org/10.1016/0021-9797(85)90400-X
  8. Sedimentation analysis In: Procedure in sedimentary petrology Galehouse J. S.;E. Carver (ed.)
  9. Zpflanzenernahr, Bodenk v.156 Retention of Ni, Zn and Cd by Si-associated goethite Gerth J.;Brummer G. W.;Tiller K. G. https://doi.org/10.1002/jpln.19931560205
  10. J. Contam Hydrol v.9 Adsorption compared with sulfide precipitation as metal removal processes from acid mine drainage in a constructed wetland Machemer S. D.;Wilderman T. R. https://doi.org/10.1016/0169-7722(92)90054-I
  11. Soil Sci. Soc. Amer. J. v.47 The mechanism of sulfate adsorption on iron oxides Parfitt R. L.;Smart R. C.
  12. Appl. Geochem v.12 The transport and fate of Fe, Mn, Cu, Zn, Cd, Pb and SO$_4$ in a groundwater plume and in downstream surface waters in the Coeur d' Alene Mining District, Idaho Paulson A. J. https://doi.org/10.1016/S0883-2927(97)00013-9
  13. Estuarine Coastal Shelf Sci. v.12 Discussion of trace metals in the waters of a partially-mixed estuary Rattray M.;Officer C. B. https://doi.org/10.1016/S0302-3524(81)80123-5
  14. Clays & Clay Minerals v.32 The influence of aluminum on iron oxides VIII. Unit-cell dimensions of Al-submitted goethites and estimation of Al from them Schultze D. G. https://doi.org/10.1346/CCMN.1984.0320105
  15. Advances in soil science The effect of pedogenic environments on iron oxide minerals Schwertmann U.;B. A. Stewart (ed.)
  16. Biomineralization processes of iron and manganese - modern and ancient environments Iron minerals in surface environments Schwertmann U.;Fitzpatrick R. W.;Skinner H. C. W. (ed.);Fitzpatrick R. W. (ed.)
  17. Soil Sci. Soc. Am. Book Series 1 Iron oxides In: Minerals in soil environments, 2nd edition Schwertmann U.;Taylor R. M.;J. B. Dixon (ed.);S. B. Weed (ed.)
  18. Neues Jahrbuch Miner, Abh v.174 Gold-Silver mineralization of the Jungheung and Okdong mines, Korea: mineralogical and geochemical change in a cooling hydrothermal system So C. S.;Yun S. T.;Kwon S. H.
  19. Am. J. Sci. v.285 Geochemistry of laterites, stability of Al-goethite Al-hematite and Fe$^{3+}$ kaolinite in bauxites and ferricretes Tardy Y.;Nahon D. https://doi.org/10.2475/ajs.285.10.865
  20. Report to the United States Bureau of Mines Factors controlling the generation of acid mine drainage Williams E. G.
  21. Clays & Clay Minerals v.31 Effects of AlOOH-FeOOH solid solution on goethite-hematite equilibrium Yapp C. https://doi.org/10.1346/CCMN.1983.0310312
  22. Environmental Technology v.22 Transport fate and speciation of heavy metals (Pb, Zn, Cu, Cd) in mine drainage: geochemical modeling and anodic stripping voltammetric analysis Yun S. T.;Jung H. B.;So C. S. https://doi.org/10.1080/095933322086180324