산성광산배수 - 산성배수의 형성

산성광산배수(AMD; Acid Mine Drainage 또는 ARD; Acid Rock Drainage)는 가행광산과 폐/휴광산 모두에서 발생할 수 있는 광해의 한 종류입니다. 산성광산배수는 주로 황철석(Pyrite, FeS₂) 또는 황화광물들의 산화에 의하여 형성됩니다. 특히 황철석은 경제적인 가치가 없기 때문에 체적장 혹은 채굴적에 그대로 남게 되며, 이들이 물과 대기 노출, 박테리아의 활동에 의해 산화되어 산화철과 황산(H₂SO₄)이 형성됩니다. 아래는 산성광산배수의 형성과정을 보다 자세히 설명 해놓은 것입니다.

 

Schematic diagram of AMD formation

 

I. Acid Mine Drainage Formation: 산성광산배수의 형성

 

아래와 같이 황철석이 물과 산소가 존재하는 환경에서 산화하여, 산성광산배수가 발생합니다. 이 때, 철산화박테리아가 존재하는 환경에서는 식 (1.2)와 같이 철 이온의 산화가 촉진되어 3가 철(Fe³⁺) 이온이 발생할 수 있습니다.

 

 

또한, 3가 철 이온은 강한 산화력을 가지고 있기 때문에 식 (1.3)과 같이 황철석을 다시 산화시켜 낮은 pH의 산성광산배수가 발생하게 됩니다.

 

 

II. Acid Mine Drainage Effects: 산성광산배수의 영향

 

(1) Toxic metals

 

낮은 pH로 인하여 산성광산배수에는 생명에 유해한 금속이온(니켈, 구리 등)을 다량으로 함유하고 있습니다. 뿐만 아니라, 납, 비소, 알루미늄, 카드뮴 또한 미량(trace metals) 함유하고 있습니다. 이러한 유해물질들은 체내에 흡수될 시 아래와 같은 질병을 유발할 수 있습니다.

 

˙카드뮴(Cd): 이타이이타이병

˙비소(As): 피부발진, 피부암, 구토, 설사 등

˙납(Pb): 신장암, 빈혈, 구토, 복통, 두통유발 등

˙크롬(Cr): 폐암, 호흡관련 질환

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(2) Precipitates

 

산성광산배수가 물(fresh water) 또는 중성능력을 가진 광물을 만나서  pH가 상승하게 되면 3가 철은 수산화물로 침전됩니다. 이는 노란색-오렌지 계열의 색깔로 강 바닥 부분에 침전되며, 이를 옐로우 보이(Yellow boy)라고 부릅니다. 이는 비단 미관을 헤칠뿐만 아니라, 강의 식생, 수중 생물들을 질식사시키며 생태계를 파괴시킵니다. (만약 알루미늄이 많이 포함되어 있어 이들이 침전되면 백화현상을 발생시키기도 함)

 

적화현상 (옐로우보이)

Iron hydroxide precipitates

3가 철이 수산화물로 침전한 것(Fe(OH)₃). 산성광산배수가 발생하는 지역에서 흔히 보이는 현상 중 하나임.

백화현상

Almuninum hydroxide precipitates

알루미늄이 수산화물(Al(OH)₃)로 침전한 것.

 

광산에서 발생하는 산성광산배수에 의한 피해를 미연에 방지하기 위하여, 광산 프로젝트의 초기에 아래와 같이 AMD 형성 가능성에 대하여 평가를 시행합니다.

 

˙Sampling

˙Static Geochemical Testwork (ABA-NAG Test, Sulfur speciation)

˙Kinetic Geochemical Testwork

˙Modelling of oxidation, pollutant generation and release

˙Modelling of material composition