본 연구에서는 중금속 오염토양 및 광미의 고형화 처리를 위한 보통 포틀랜드 시멘트의 혼화재로서 제강슬래그의 처리효과를 검토하였다. 대상시료는 충청남도 청양군 남양면 구룡리의 구봉광산 주변 하천퇴적토와 강원도 영월군 상동읍 내덕리의 상동광산에 위치한 광미를 채취하여 사용하였다. 경화제는 시멘트 95%에 제강슬래그 분말 5%를 혼합하여 제조하였으며, 하천퇴적토 및 광미오염토양에 5%, 10% 및 15%(w/w)의 경화제를 첨가하였다. 이때 이 결과들은 시멘트만을 사용한 것과 Ca 함량이 제강슬래그 보다 상대적으로 높은 굴폐각 분말을 사용하여 배합한 결과와 함께 비교하였다. 공시체는 지름 5cm, 높이 10 cm의 몰드를 이용하여 혼합토를 채워 넣은 후, 습윤양생기에서 1일간 양생시킨 다음 탈형 후, 수조에 수중양생을 실시하였다. 7일, 14일 및 28일 경과된 시료를 대상으로 강도시험 및 중금속 용출시험을 실시하여 처리효과를 비교·검토하였다. 광미시료의 경우, 시멘트, 제강슬래그 그리고 굴폐각 순으로 강도 개선의 효과가 큰 것으로 나타나 제강슬래그의 효과를 확인할 수 없었고, 하천퇴적토의 경우는 혼합비 15%에서 제강슬래그를 혼합한 경우에서 우수한 효과를 나타내 혼화재로서 적용을 기대할 수 있을 것으로 판단되었다. 폐기물용출시험 및 0.1 N 염산추출법 결과 경화제의 혼합비가 증가할수록 중금속 및 비소의 농도가 감소하는 경향이 나타났고 특히 비소에 있어서는 제강슬래그의 효과가 가장 좋게 나타났다. 산도가 가장 높은 1N 염산추출법의 결과에서는 광미의 경우 대조구 보다 제강슬래그로 처리한 시료에서 중금속 및 비소의 농도가 아주 낮게 나타났다. 그러나 하천퇴적토는 대조구와 큰 차이가 없이 중금속 및 비소가 용출되었다. 이는 하천퇴적토가 95%이상의 모래로 토양의 입경이 크기 때문에 상대적으로 중금속의 고정화율이 상대적으로 낮은 것으로 판단되었다.

The goal of the present work was to investigate the development of a geopolymeric ceramic material from a mixture of mine residue, coal fly ash, blast furnace slag, and alkali activator solution by the geopolymer technique. The results showed that the higher compressive strength of geopolymeric ceramic material increased with an increase in active filler (blast furnace slag + coal fly ash) contents and with a reduction of mine residue contents. The geopolymeric ceramic had very high early age strength. The compressive strength of the geopolymeric ceramic depended on the added active filler content. The maximum compressive strength of the geopolymeric ceramic containing 20 wt.% mine residue was 141.2 MPa. The compressive strength of geopolymeric ceramic manufactured by adding mine residue was higher than that of portland cement mortar, which is 60 MPa, when cured for 28 days. SEM observation showed the possibility of having amorphous aluminosilicate gel within geopolymeric ceramic. XRD patterns indicate that the geopolymeric ceramic was composed of amorphous aluminosilicate, calcite, quartz, and muscovite. The Korea Standard Leaching Test (KSLT) was used to determine the leaching potential of the geopolymeric ceramic. The amounts of heavy metals were noticeably reduced after the solidification of mine residue with active filler.

A study on the possibility of recycling by solidification using tailings from abandoned metal mine were studied. The study was carried out on testing compressive strength of concrete made by different ratio of various mine tailing, chemical speciation of Cd, Cu, Pb and Zn in the tailing by sequential extraction procedure and SPLP leaching test. Mixing of mine tailings with cement or asphalt and aging of mortar gave strong influence on compressive strength of concrete. Marshal's stability of asphalt with tailing waste were higher of 98.0~101.0% than not added one. Therefore it was recommended to use of the tailings to low the infiltlation of the water to protect the bank in the abandoned mine region. Total metals in concrete and asphalt with tailing waste were lower than that of tailing waste. The amount of adsorbed fraction and carbonate fraction which were labile in the aquatic environment were very lower in the concrete and asphalt specimen than mine tailing waste.Leachabilityof studied metals are under the waste management standard.

본 연구의 목적은 몽골 광산지역내 환경오염물질인 광미로부터 Au와 같은 유가자원을 친환경/효율 적인 회수의 가능성을 조사하는 것이다. 이를 위하여 몽골 광산지역 4곳의 광미시료를 선정하고, 광미내 유 가자원에 대한 광물학적 평가를 수행하였다. 본 연구에서의 시험방법은 광미 내 유용금속을 선별 및 회수하 기 위하여 부유선별을 수행하였다. 마이크로웨이브 질산용출을 이용하여 시료 내 함유된 유용금속을 용출시 키고, Au의 품위를 향상시켰다. 염화물 용출을 통해 용출잔류물로부터 Au를 용출하고자 하였다. 광미시료에 대한 XRD 분석결과, 시료 모두 대부분 규산염광물로 이루어져 있었다. XRF 분석을 통하여 성분 원소의 함 량을 확인한 결과, SiO2 함량이 매우 높게 나타났으며, Fe2O3 함량은 2.32-4.23%이었으며, PbO, CuO 및 ZnO 성분의 함량은 모두 2% 이내로 확인되었다. 광미시료를 대상으로 부유선별을 실시한 결과, Au의 회수율은 Bayanairag 시료에서 95.38%로 가장 높게 나타났다. 부유선별에서 회수된 Au 정광시료를 대상으로 마이크로 웨이브 질산용액 실험을 수행한 결과, 마이크로웨이브 질산용출 잔류물내 Au의 함량은 Khamo 시료에서 192.72 g/ton에서 216.14 g/ton으로 약 12.15% 증가하였고, Bayanairag 시료에서 57.58%로 가장 많이 증가하 였다. 부유선별 후 발생된 광미에 대한 TCLP 시험을 수행한 결과, EPA 기준 이내의 용출특성을 보였다. 고 체잔류물을 대상으로 Au 회수를 위하여 염화물 용출시험을 수행한 결과, 용출시간 10분 이내 87.43-89.35% 의 높은 용출율을 보였다. Khamo 시료의 경우 용출시간 60분 후 100%의 Au 용출이 이루어졌다. 따라서, 몽 골 내에서 지속적으로 발생하는 광미를 처리하기 위해서 본연구와 같은 공정을 적용하면 광미 내 함유된 유 용금속들을 효과적으로 회수할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, the leaching characteristics of magnesium from mine residue by acid leaching method was studied. First, It was confirmed the effect of the particle size. The particle size was selected 80 mesh in consideration of the leaching amount and recycling rate of Mg. And after, It was compared to the leaching characteristics of magnesium by H2SO4, HCl and HNO3. Among them, leaching efficiency of H2SO4 was best. After the experiments were conducted with H2SO4. The effect of various parameters such as acid concentration, reaction temperature, and liquid/solid ratio on the leaching process were investigated. It was determined that the leaching amount of magnesium increased with reaction acid concentration, temperature, and liquid/solid ratio, and decreasing particle size. Maximum leaching amount of magnesium was obtained at the condition of particle size blow 80 mesh, temperature 80oC, 6 M H2SO4, 10/1 liquid/solid ratio, 6 h of reaction time and 180 rpm.

장군광산은 과거 갱도채굴한 폐금속광산으로 위치는 N36° 51'31.59", E129° 03'38.91"에 위치하고 있다. 산사면에 적치해 놓은 광미 적치장은 상부에 오염되지 않은 토양으로 약 20 cm 정도 복토한 후 아카시아를 식재해 놓은 상태이다. 광미 적치장에 식재해 놓은 아카시아는 대략 15년생 정도이다. 광미 적치장에서 채취한 토양시료의 중금속 농도는 As (66.43-9325.34 ㎎/㎏), Cd (0.96-1.09 ㎎/㎏), Cu (16.90-57.60 ㎎/㎏), Pb (57.33-945.67 ㎎/㎏), Zn (154.48-278.61 ㎎/㎏)으로 비오염 토양인 대조군의 As (38.98 ㎎/㎏), Cd (0.42 ㎎/㎏), Cu (10.26 ㎎/㎏), Pb (8.21 ㎎/㎏), Zn (46.74 ㎎/㎏) 보다 훨씬 높다. 가장 오염도가 높은 토양에 식재된 아카시아의 잎에서의 As, Cd, Cu, Pb, Zn의 농도는 각각 165.95, 0.04, 10.68, 3.18, 48.11 ㎎/㎏이다. 비오염 토양에 식재되어 있는 아카시아의 잎에서의 중금속 농도는 As 1.31㎎/㎏, Cu 3.90 ㎎/㎏, Pb 0.22 ㎎/㎏, Zn 11.01 ㎎/㎏이다. 아카시아에서의 중금속의 농집도는 껍질과 잎에서 높으며 심재와 변재에서 낮은 경향을 나타낸다.

최근 IT 산업의 발달함에 따라 희유금속의 사용량과 중요성이 증가되고 있다. 따라서 도시광산 사업이 발달하게 되고, 우리나라는 2011년 6월 “희소금속의 소재화 부품화를 위한 산업생태계조성” 안을 발표 미래 성장동력과의 연계성등을 고려한 11개 희유금속을 선정하였다. 이중 마그네슘은 금속재료 중 가장 가벼운 경량소재로서 자동차 경량화 부품과 노트북, 스마트폰 등 많은 전자 제품에 사용되고 있다. 하지만 현재 마그네슘은 중국으로부터 전량 수입되고 있는 실정이다. 국내의 도시 광산으로 부터 마그네슘을 얻기 위해 광미를 사용하였다. 광미는 광물을 분리하고 남은 부산물이다. 이 부산물은 처리가 어려워 매립 처리하거나 그대로 자연에 방치하고 있어 환경오염을 유발시키고 있어 광미의 재처리가 필요하다. 다양한 재활용 방법 중 유가금속 회수는 자원 고갈에 따른 재이용 및 환경보전 측면에서 중요하며, 세계적으로 광미 재처리를 시도하고 있다. 한국에서도 광미로부터 유가금속을 회수하는 연구가 진행되어왔지만 아직 마그네슘과 관련된 연구가 없으며 더 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 광미 내 존재하는 Mg를 용출하기 위해 산침출법을 적용하였다. 사용된 산성용액은 H2SO4(95%, 대정화금, 한국)이며, water bath shaking을 사용하여 용출실험에 주요인자인 입자크기, 온도, 산농도, L/S 비 실험을 수행하였다. 산침출후 침출액은 membrane filter를 사용하여 여과 후 여과액으로부터 Mg이온의 농도를 AAS(varian spectra AA-10/20, atomic adsorption spectrometer)로 분석하였다. Mg이온을 Mg(OH)2로 회수하기 위해 NaOH 용액을 사용하여 pH 10까지 조절하였다.

In this work, the effect of CaO and Fe2O3 on the geopolymer made from mine tailing and melting slag has been studied. Geopolymer was made from mine tailing, melting slag and blast furnace slag. The mechanical property of geopolymer prepared was affected by raw material used. Compressive strength of the geopolymer using blast furnace slag was higher than the geopolymer using melting slag. Because CaO and Fe2O3 content of two-type geopolymers was different. Therefore, the content of these controled to find out how to affect the property of geopolymer. According to the result of FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy), the compressive strength of geopolymer increased by activation of CS- H gel with increasing CaO content. In contrast, the compressive strength of geopolymer decreased by inhibition of geopolymerization with increasing Fe2O3 content. According to the result of XRD(X-ray diffraction), the geopolymerization was weakened by formation of olivine, goethite.

동원 NMC 선광장의 부유선별 프로세스를 유지하면서 광미여과액을 순환수로 활용하기 위한 pH 조절 연구를 수행하였다. 휘수연석(molybdenite)과 석영의 등전점(IEP)은 각각 pH 3 이하와 pH 2.7이었으며 안정화(분산)된 영역은 pH 5~10이었다. 순환수 현탁액의 경우, 잔류응집제의 의해 휘수연석의 제타전위는 pH 4 이상에서 -10 mV 이하로 감소하였다. pH 조절에 의한 부유선별 결과, 알칼리 영역에서 폴리머 사슬의 신장 및 확장, 칼슘 양이온(Ca2+)의 가교(ion bridge), 그리고 일부 무극성 폴리머/소수성 입자의 상호작용에 의한 응집 현상으로 부선효율이 급격히 저하되었다. 반면 약산성 영역(pH 5.5~6)은 수소이온에 의해 음이온성 폴리머가 중화되고 고분자 사슬의 기능이 약화됨에 따라 부선효율이 향상되었다. 조선부선 이후 정선부선의 최적조건인 pH 5.5, 포수제(kerosene) 20 g/t, 기포제(AF65) 50 g/t, 억제제(Na2SiO3) 300 g/t, 정선횟수 2회에서 Mo 품위와 회수율이 각각 52.7%와 90.1%인 최종 정광을 얻어 광미여과액을 분쇄-조선-정선 공정에 지속적으로 재활용할 수 있는 기술을 개발하였다.

광물학적 지구화학적 방법을 이용하여 송천 금은광산 광미 내 중금속 및 비소의 거동특성에 대해 연구하였다. 광미 내 광물조성은 X-선 회절분석, 에너지 분산분광분석, 전자탐침미세현미분석(EPMA)을 이용하여 조사하였고, 중금속과 비소의 농도와 화학적 존재형태는 각각 왕수분해법과 연속추출법으로 분석하였다. 광물학적 연구결과, 방연석, 섬아연석, 황철석, 석영, 그리고 스코로다이트로 구성된 수지상 광물집합체가 관찰되었으며, 특히 스코로다이트는 기질의 형태로 나타났다. 이러한 광물집합체 내 다양한 황화광물의 풍화반응 정도를 평가하고자 EPMA 분석을 실시하였으며 그 결과, 유비철석, 방연석, 섬아연석, 황철석 순으로 풍화반응성이 높은 것으로 평가되었다. 방연석의 풍화는 이차광물로 이루어진 누대구조가 특징적으로 관찰되었으며, 이러한 누대구조에서 다량의 앵글레사이트와 소량의 보이단타이트를 관찰하였다. 그리고 유비철석은 거의 모두 스코로다이트로 변질되어 스코로다이트가 기질의 형태로 존재하였으며 이러한 기질 내에서 유비철석보다 풍화반응성이 떨어지는 방연석, 섬아연석, 황철석 등이 관찰되었다. 유비철석으로부터 스코로다이트로 변질되는 과정 중 일부 비소는 용출되어 주변 환경에 악영향을 끼쳤을 것으로 판단된다. EPMA 정량분석결과로 볼 때, 이러한 스코로다이트는 안정도가 비교적 높음을 알 수 있었으며, 또한 안정한 스코로다이트는 광미를 피복하여 광미 내 다른 일차광물들의 풍화를 억제하는 것으로 생각된다. 이러한 원인으로 송천광미가 지표환경에 장기간 노출되었음에도 불구하고 초기 풍화진행단계의 특성을 보이는 것으로 판단된다. 본 연구의 광물학적, 지구화학적 연구결과를 종합해보면 현재 납과 비소가 이동성이 높은 형태로 존재하기 때문에 광미가 지표에 계속 노출되어 풍화반응이 지속된다면 그러한 유해원소들의 용출 가능성이 클 뿐만 아니라 스코로다이트의 안정도가 감소하여 비소의 재용출 가능성도 높아 송천광산의 환경위해성이 큰 것으로 판단된다.

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.

경남 고성군에 위치한 삼산제일 광산은 28만 톤으로 추정되는 광미로부터 기인된 것으로 판단되는 인근 주민들의 이타이이타이 증세가 사회적으로 문제가 된 바 있으며 이에 대한 다양한 연구가 필요한 실정이다. 본 논문에서는 광미 매립지의 두 장소에서 매립 심도별로 채취된 광미시료에 대하여 광물학적 분석 및 지구화학적 분석을 통하여 이들이 중금속 거동에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. NN과 SN 두 지점에서 약 1 m 정도의 심도로 깊이별로 시료를 채취하였으며 NN 지점은 깊이가 깊어질수록 pH가 감소되는 양상을 보여주었다. SN 지점의 경우 깊이에 따라 pH의 변화가 거의 없었다. XRD 분석 결과 본 광미 시료의 주 구성광물은 석영, 미사장석, 백운모, 녹니석으로 거의 비슷한 산출 상태를 보였으며, 부수적으로 석고가 동정되었다. 분석한 4개의 시료에서 동정된 구성광물들은 거의 유사하나 NN 지점의 경우 방해석이 거의 동정되지 않았고, pH 4 이하의 산성토양 혹은 산성광산배수에 서 형성되는 자로사이트가 부수적으로 동정되었다. SN 지점은 상대적으로 방해석 함량이 많음이 관찰되었고 황철석도 동정되었다. 따라서 이러한 pH 변화에 영향을 주는 것은 방해석의 존재 및 이의 용해에 의한 완충작용으로 판단된다. 광미에 포함되어 있는 중금속의 함량은 전반적으로 Cu > As > Zn > Pb > Co > Cr > Ni > Cd의 순으로 나타났다. 두 지점의 중금속 함량은 pH의 변화에 밀접한 관련이 있은 것으로 나타나며 특히 양이온으로 존재하는 Cd와 Co의 경우 pH가 낮은 NN 지점에서 상대적으로 많은 함유량을 보이며 산화음이온으로 존재하는 Cr과 As의 경우 상대적으로 pH가 높은 SN 지점에서 함유량이 많은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구지역의 중금속의 거동은 광미에 포함되어 있던 방해석에 의한 pH 완충작용에 주로 영향을 받고 있음을 보여준다.

경상북도 봉화군 일대 낙동강 상류에는 과거 십여 년전에 홍수로 이동되어 강변에 퇴적, 풍화된 광미퇴적층이 일부 장소에서 발견된다. 본 논문에서는 하천에서 심하게 풍화되어진 광미퇴적물에 대하여 광물학적 분석을 통하여 이차광물의 형성 및 특징, 그리고 이들과 연관된 중금속 유출특성에 대하여 연구하였다. XRD를 통하여 일차광물로는 석영, 장석, 운모류, 녹니석, 각섬석류, 활석, 휘석(요한세나이트), 황철석, 방해석이 동정되었다. 규산염 광물인 캐올리나이트의 경우 광미가 풍화되면서 추가로 생성될 수도 있지만 퇴적된 기간을 고려하면 원래 광미에 있던 것이나 토양에 있던 것이 이동된 것으로 추정된다. 또한 광미가 풍화되면서 생성된 광물인 이차광물로 침철석, 석고, 바사나이트, 자로사이트가 XRD를 통하여 동정되었다. 이차광물의 형성은 일차광물의 종류 및 pH 환경 등에 주로 영향을 받으며 황철석의 풍화에 의하여 황산염인 석고, 바사나이트, 자로사이트가 형성이 되었으며 또한 침철석의 경우도 황철석의 풍화와 밀접한 연관이 있다. Mn 산화물의 경우 SEM에 의하여 동정이 되었는데 침철석과 함께 석영 등 일차광물의 표면을 코팅하고 있는 것으로 나타났다. Mn 산화물의 경우 비정질에 가까우며 Mn을 함유하고 있는 요한세나이트의 풍화에 의하여 형성된 것으로 사료된다. 이 두 산화물들은 각각 검은색, 갈색 또는 붉은색의 광미 풍화물 색깔을 나타내는 주원인 광물로 추정된다. EDS 연구결과 침철석과 같은 Fe 산화물과, Mn 산화물의 경우 높은 농도의 Pb, Zn, As를 함유하고 있는데 이는 이들 산화물에 풍화에 의하여 유출된 중금속이 공침되거나 흡착된 결과로 실제하천에서 이들의 형성은 중금속의 거동을 어느 정도 제어하여 하천으로의 유출을 막을 수 있음을 보여준다.

의성 옥동광산에 적치되어 있는 광미는 미세분말로 이루어져 있으며, 주 구성광물은 황철석, 섬아연석, 녹니석, 일라이트, 사장석, 스멕타이트, 석고 등이다. 점토광물 중 스멕타이트는 광미 적치장 상부에 집중되어 있고 하부로 갈수록 녹니석이 증가한다. 석고는 광미 적치장 표면에 주로 나타나는데 이는 광미와 반응한 침출수가 증발하면서 침출수에 포함된 Ca와 SO4가 반응하여 침전된 증발잔류물로 추정된다. 전자현미경 관찰 결과 광미에 포함된 섬아연석은 표면뿐만 아니라 내부까지 풍화되어 있는 것으로 보아 오랜 시간동안 지하수와 반응하여 다량의 Zn과 SO4를 침출수에 부가되었을 것으로 추정된다.