• 지질공학
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• 제17권2호
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• pp.187-196
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• 2007

달성 광산의 산성광산배수의 특징과 슈베르트마나이트(schwertmannite)의 환경지질학적인 의미와 역할을 고찰하였다. 이를 위하여 폐광석의 변질양상, 수질과 하상침전물의 특징을 입도분석, 수질분석, XRD, SEM, TEM을 이용하여 분석하였다. 달성광산의 폐수처리장과 하천의 산성광산배수는 하류로 가면서 pH와 전기전도도(EC)가 감소한다. 폐광석의 황철석이 용해된 부분에서 황은 자형의 등립질, 치밀한 집합체로, 침철석은 길게 신장된 입자가 달라붙어 십자가, 별모양, 불가사리형의 집합체를 이룬다. Eh-pH 다이아그램 상에서 수질은 슈베르트마나이트와 페리하이드라이트의 안정영역에 놓여 있다. 하상침전물은 적갈색인 경우 대체로 슈베르트마나이트, 황갈색내지 노랑갈색인 경우 침철석으로 구성된다. 하강 침전물의 입도는 $d(0.1)0.861{\mu}m{\sim}3.769{\mu}m,\;d(0.5)\;3.984{\mu}m{\sim}15.255{\mu}m,\;d(0.9)$는 $9.875{\mu}m{\sim}56.726{\mu}m$범위이다. 슈베르트마나이트의 결정형은 등립질의 구상체가 특징적이다. 슈베르트마나이트 구상체 표면에 발달하는 침상돌기체는 폭이 100 nm, 길이 $200{\sim}300nm$이며, 이들은 방사상으로 성장한다. 국내 여러 산성광산배수에서 흔하게 관찰되는 적갈색, 황갈색의 침전물에는 슈베르트마나이트가 함유되어 있을 가능성이 매우 높다. AMD의 중금속 저감대책을 수립하기 위해서는 정확한 감정을 통하여 슈베르트마나이트의 존재여부와 상안정성을 검토할 필요가 있다.

• 한국광물학회지
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• 제25권2호
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• pp.85-94
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• 2012

산성광산배수에 존재하는 $AsO_4$는 슈베르트마나이트의 $SO_4$를 치환하여 강하게 흡착되고 이로 인하여 슈베르트마나이트가 쉽게 침철석으로 전이되지 않게 해준다. 이러한 슈베르트마나이트에 대하여 주요 중금속 흡착에 대한 연구는 일부 이루어져 있으나 실제 $AsO_4$로 치환된 슈베르트마나이트에 대한 흡착 특성에 대해서는 기존에 연구된 바가 없다. 본 연구에서는 $AsO_4$로 치환된 슈베르트마나이트에 대하여 Cu, Pb, Zn 등의 대표적인 중금속 세 종류에 대하여 각 중금속의 농도가 3, 10, 30, 100 mg/L에 대하여 pH 4와 6의 두 범위에서 시간에 따른 흡착 실험을 실시하였다. 흡착 실험 결과 모든 중금속에 대하여 pH 6인 경우 pH 4에 비하여 흡착량이 큰 범위로 증가하였다. 전체적인 흡착량에 있어서 두 pH 범위에서 모두 Pb가 가장 큰 흡착량은 보였으며 Cu와 Zn의 흡착량은 비슷하였다. 시간에 따른 흡착속도는 전체적으로 모든 농도에 대하여 시간이 증가하면서 흡착량은 증가하였으나 Zn의 경우 대부분의 흡착이 초기에 일어나 시간이 지나면서 뚜렷한 흡착의 증가는 일어나지 않았다. 이러한 흡착량 증가는 특히 고농도의 용액인 100 mg/L에서 그 증가하는 양상이 뚜렷하였다. 다양한 흡착속도 모델을 적용한 결과 $AsO_4$로 치환된 슈베르트마나이트에서 일어나는 중금속의 흡착속도는 아마도 확산에 의하여 주로 좌우되는 것으로 나타났다. 기존의 연구에서 순수한 슈베르트마나이트가 pH 6에서 세 중금속에 대하여 거의 비슷한 흡착량을 보이고 pH 4에서는 Cu와 Pb가 비슷하게 Zn보다 높은 흡착량을 보이는 것을 고려하면 본 연구 결과 $AsO_4$ 슈베르트마나이트는 확연하게 다른 흡착 경향을 보이고 이는 $AsO_4$가 슈베르트마나이트의 $SO_4$를 치환됨으로 인하여 슈베르트마나이트의 표면 및 흡착특성이 달라짐을 지시한다. 이는 산성광산배수에서 $AsO_4$의 흡착이 슈베르트마나이트의 안정성뿐만 아니라 각 중금속의 거동에도 큰 영향을 줄 수 있음을 보여준다.

• 한국광물학회지
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• 제23권1호
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• pp.93-98
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• 2010

• 한국광물학회지
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• 제16권2호
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• pp.191-198
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• 2003

동해탄광 일대에서 산성광산배수가 유입되는 하천의 바닥에는 적갈색과 황갈색의 침전물이 형성되고 있다. 이 침전물에 대한 X-선 회절분석 결과 적갈색 침전물은 대부분 페리하이드라이트이며 소량의 침철석을 포함하고 있는 반면에 황갈색 침전물은 슈워트마나이트로 구성되어 있다. 열분석과 가열 실험에서 페리하이드라이트와 슈워트마나이트는 약 $400^{\circ}C$에서 결정도가 낮은 적철석으로 변화하며 $700 ^{\circ}C$에서는 결정도가 높은 적철석으로 변화한다.

• 한국광물학회지
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• 제24권2호
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• pp.63-71
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• 2011

슈베르트마나이트로부터 침철석으로의 전이 시 일어나는 광물학적 변화 및 이와 연관된 중금속의 거동을 알아보기 위하여 달성광산의 광산배수 정화시설 소택지에 침전된 침전물을 대상으로 광물학적 연구와 지구화학적 연구를 수행하였다. XRD 연구결과 초기에 광산배수로부터 침전된 슈베르트마나이트는 대부분 침철석으로 전이되어 상부 일부에서만 슈베르트마나이트가 관찰되었다. SEM으로 광물 전이에 따른 외부형태 변화를 관찰한 결과 눈에 띄는 변화가 없는 것으로 보아 광물전이는 용해-챔전의 과정보다는 고체상에서의 전이가 있었음을 알 수 있었다. 슈베르트마나이트와 침철석에 흡착 또는 공침된 중금속들 중 Pb와 Cu의 경우 광산배수의 중금속 농도에 비교하여 상대적으로 높은 농도를 보였으며 나머지 중금속들은 상대적인 양에 있어서 비슷한 값을 보였다. 상부 슈베르트마나이트에서 하부의 침철석으로 전이가 일어나면서 광물 내 함유된 중금속의 함량은 일부 시료를 제외하고 전체적으로 눈에 띄는 변화를 보이지 않았으며 이는 슈베르트마나이트에서 침철석으로 전이되는 과정에서 고체 상태에서 전이가 일어나면서 추가적인 중금속의 용출이나 흡착이 없었음을 지시한다.

• 한국광물학회지
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• 제23권2호
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• pp.117-124
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• 2010

합성된 슈베르트마나이트를 대상으로 $AsO_4,\;SeO_3,\;CrO_4$ 세 종류의 산화음이온에 대한 흡착실험 및 흡착된 시료에 대하여 열분석을 실시하였다. 흡착 실험 결과 대체로 두 종류의 흡착 특성을 보이며 $AsO_4$와 $SeO_3$의 경우 약 1 mM의 농도까지 대부분의 용액 내 이온들이 100% 흡착된 것으로 나타났으나 그 이상의 농도에서는 흡착이 더 이상 뚜렷하게 증가되지 않는 것을 보여준다. 이는 기존의 $AsO_4$의 흡착 연구 결과에서처럼 $AsO_4$가 슈베르트마나이트 구조 내의 $SO_4$를 치환하기 때문으로 생각되며 $SeO_3$ 역시 $SO_4$를 1 : 1로 치환하기 때문으로 해석된다. 그러나 $CrO_4$의 경우 전 농도 구간에서 다른 산화음이온에 비하여 흡착이 훨씬 적게 일어났다. 열분석은 0.1 mM과 1.25 mM 농도에서 흡착된 시료에 대하여 각각 실시되었다. $AsO_4$로 흡착된 시료의 경우 $AsO_4$가 $SO_4$를 치환하고 있기 때문에 순수한 슈베르트마나이트에서 특징적으로 나타나는 약 $600^{\circ}C$에서의 질량 감소가 훨씬 적으며 약 $1,000^{\circ}C$ 이상에서 $AsO_4$의 분해에 의하여 추가적인 질량감소를 보인다. $SeO_3$로 흡착된 시료의 경우 $SO_4$에 비하여 약간 낮은 온도에서 질량감소가 일어나 좀 더 넓은 온도범위에서 질량감소를 보였다. 이 역시 $SeO_3$의 분해가 $SO_4$ 보다 약간 낮은 온도에서 일어나기 때문으로 사료된다. 그러나 $CrO_4$로 흡착된 시료는 $SO_4$에 의한 질량감소가 역시 적게 나타나나 $CrO_4$가 다른 산화음이온과 같이 고온에서 분해되지 않아 추가적인 질량감소를 보이지 않으며 이를 통하여 $CrO_4$ 역시 $SO_4$를 치환하고 있는 것으로 판단된다. 흡착실험 결과와 종합하여 볼 때 $CrO_4$ 역시 $SO_4$를 치환하며 흡착을 하나 다른 두 산화음이온에 비하여 $SO_4$와의 친화도, 광물 구조 내의 불안정성 등의 원인에 의하여 완전한 1 : 1 치환이 일어나지 않는 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제17권1호
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• pp.37-47
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• 2004

대구광역시에 위치한 달성광산의 폐광석과 하천수에 형성된 황산염 광물인 명반석과 슈베르트마나이트의 특징과 수질변화를 통하여 산화환경하에서의 환경지구화학적 의미를 고찰하였다. 산성광산배수는 하류로 갈수록 pH가 감소하는 특징을 보이는데, 이는 슈베르트마나이트의 형성에 크게 영향을 받는다. Al광물들의 침전작용에 의하여 하천수로부터 Al이 제거되는데, 그 중에서 가장 중요한 Al-황산염광물인 명반석은 Al의 가수분해 상수인 $pK_1$ 이상의 높은 pH환경에서 잘 형성된다. 명반석은 SEM하에서 뚜렷한 구상의 결정체로서 슈베르트마나이트와 수반되고, 높은 포화지수를 나타낸다. 지표환경에 노출된 폐금속광석에서는 산화작용으로 인하여 다양한 이차광물이 기존의 광물표면에 성장하거나, 피복 되어 있다. 명반석은 특징적으로 구형, 싸리버섯 같은 정벽(botrytis-like habit), 또는 방사상의 결정집합체로 나타난다. 또한, natroalunite를 수반하거나, 이 둘의 물리적 혼합체(mixture)를 형성한다. 본 산성광산배수의 유해성분들이 하천을 따라 다소 저감되기는 하나, 슈베르트마나이트가 지속적으로 형성되므로 하류로 갈수록 pH가 감소한다. 그러므로 하상침천물은 쉽게 다시 용해될 수 있다. 따라서, 본 AMD에서 자연저감효과는 미미하며, 여전히 잠재적인 위해 요소를 가지고 있다.

• 한국암석학회:학술대회논문집
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• 한국암석학회.한국광물학회 2000년도 공동학술발표회 논문집
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• pp.53-56
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• 2000

• 한국광물학회지
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• 제30권4호
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• pp.195-204
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• 2017

달성광산 주변 하천에서 채취한 시료를 이용하여 중금속 흡착 특성 평가를 수행하였다. 수용액 내에 존재하는 As, Cu, Cd를 대상으로 산성광산배수 침전물을 이용하여 중금속 제거 실험을 수행하였다. 중금속 흡착 물질의 주 구성광물은 황갈색(Munsell color 8.75YR 5/10)의 schwertmannite와 흑갈색의 (Munsell color 2.5YR 3/8) 침철석이다. 흡착 물질에 의한 흡착 제거 효율과 흡착량은 수용액 내의 중금속의 초기 농도와 흡착물질의 특성에 의해 좌우된다. 달성광산에서 채취한 침전물에 의한 중금속 흡착 효율은 As > Cu > Cd 순으로 나타낼 수 있다. 저농도일 때 침전물에 의한 흡착 제거 효율은 As 67.00-85.00%, Cd 26.24-29.08%, Cu 7.67-12.82% 정도이다. Cu의 초기 농도가 1 mg/L와 10 mg/L일 때, 흡착 물질이 schwertmannite인 경우 흡착량은 0.29와 1.29 mg/g이며, 침철석인 경우 0.24-1.97 mg/g으로 초기 농도가 높거나 흡착 물질이 침철석인 경우 흡착량이 더 높게 나타난다.

• 자원환경지질
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• 제55권5호
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• pp.531-540
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• 2022

산성광산배수 내에서 침전하는 다양한 철광물들은 침전 과정뿐만 아니라 침전 후 다른 광물로 상전이를 거치면서 배수의 미량 원소의 농도 변화 및 이동성에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 슈베르트마나이트가 주로 침전되는 것으로 알려진 달성광산의 산성광산배수 침전조에서 채취한 고체 침전물에 대하여 pH 및 시간에 따른 광물 특성 변화와 이와 연관된 배수내의 원소 농도 변화를 알아보았다. 그러나 채취된 시료의 주 구성 광물은 침철석으로 구성되어 있었으며 이는 이미 슈베르트마나이트가 어느 정도 침철석으로 상전이가 되어 있는 상태임을 지시한다. 실험 결과 배수의 pH가 높을수록 피크의 반치폭이 좁아지는 것이 관찰되었다. 이는 비정질에 가까운 슈베르트마나이트의 침철석으로의 전환 또는 침철석의 결정도 증가로 해석할 수 있으며 pH가 높을수록 이러한 변화가 큼을 보여준다. Fe의 농도도 pH에 큰 영향을 받으며 pH가 증가할수록 배수 내의 Fe의 농도는 감소하였다. 시간이 증가할수록 Fe의 농도는 증가하다가 추후 감소하였는데 이는 일부 슈베르트마나이트가 용해된 후 다시 침철석으로 침전하여 생긴 결과로 해석된다. 이런 결과로 황(S)의 경우 초기에 빠르게 증가하다 시간이 지나면서 더 이상 증가하지 않는 양상을 보여준다. S의 농도는 또한 슈베르트마나이트의 안정성과 관련이 있기 때문에 슈베르트마나이트가 안정한 낮은 pH에서는 낮은 농도를 그리고 침철석이 안정한 높은 pH에서는 높은 농도를 보여준다. 배수 내의 미량 원소들도 pH와 밀접한 연관성을 보여주며 일반적으로 pH가 낮을수록 높은 농도를 보이는데 배수 내 양이온으로 존재하는 미량원소의 경우 낮은 pH에서의 높은 용해도와 높은 pH에서의 침전과 표면 전하의 변화 등에 의한 것으로 해석된다. 이와 달리 비소(As)의 경우 배수 내 음이온으로 존재함으로 낮은 pH에서 높은 농도를 보여주지만 모든 pH 범위에서 시간이 지나면서 농도가 증가함을 보이는데 이는 광물 표면의 전하보다 슈베르트마나이트 등으로 As와 공침할 수 있는 Fe의 배수 내 농도와 관련이 있어보이며 시간에 따른 As의 증가도 슈베르트마나이트의 감소와 연관성이 있을 것으로 판단된다.