안정동위원소를 이용한 광산폐석장내 침출수 발생의 지화학적 특성 분석

Abstract

강원도 정선군의 동원-우성탄광 폐석장에서 강우시료와 침출수 및 공내수 시료를 채취하여 주요 이온의 농도, pH와 온도 및 안정동위원소조성(δ18O, δD, δ34S)을 분석하였다. 침출수의 수질은 폐석장 내부에서 황화광물의 산화가 활발하게 이루어지고 있는 것을 나타냈지만 공내수와 폐석침출수의 δ18O와 δD의 값들은 강수선과 평행하게 도시되어 폐석장에서의 내부증발현상은 인지되지 않았다. 폐석장내 황산화박테리아의 활동성을 확인하기 위해 수행된 황동위원소 분석결과, 건기와 우기에 채취된 폐석침출수(7.3～7.8‰) 모두 δ34S값이 빗물(건기 4.4‰, 우기 6.3‰)보다 높게 나타나 황동위원소 분석을 통해서만 보면 폐석장내 황산화박테리아의 활동성 평가는 어려운 것으로 판단된다. 하지만 황동위원소 분석과 함께 수행된 9K medium 배지를 이용한 배양실험 결과, 건기에 채취된 폐석침출수에 비해 우기에 채취된 폐석침출수에서 산화박테리아의 존재는 뚜렷하게 나타났다. 공내수와 침출수에 대한 산소동위원소의 조성을 이용하여 계산한 결과 폐석장 내로 유입되는 산소의 약 75%는 강우에서 유래한 것이며 대기에서 유래한 산소는 약 25% 정도인 것으로 추정되었다. 또한 사면과 가까울수록 대기의 영향을 더 많이(평균 약 37～38%) 받은 것으로 조사되었다.

To characterize the waste rock pile of the Dongwon-wooseong coal mine located at Sabuk, Jeongseon-gun, Gangwon-do, Korea, samples of rain water, seepages and drill hole waters were collected and stable isotope compositions(δ18O, δD and δ34S) and some physicochemical properties(pH, temperature, Fe, Al, Mn and SO42- concentration) were analyzed. Physicochemical properties of waste rock pile seepage waters exhibited the oxidation of sulfide minerals (e.g. pyrite). When δ18O and δD of drill hole waters and seepage waters were compared to the local meteoric water line, the almost identical slope did not indicate any apparent evaporation process in the waste rock pile. To investigate the activity of sulfur oxidizing bacteria(SOB) in the waste rock pile, sulfur isotope ratios of seepage waters were analyzed. Even though, higher δ34S values(7.3～7.8‰) of seepage waters than that of rain water all year long do not support the activity of SOB, cultivation of SOB using 9K medium positively show the existence of SOB. To evaluate the source of oxygen in sulfate ion, δ18O compositions of drill hole waters, seepage waters and sulfate ions of these waters were analyzed. Theoretical calculation indicated that oxygen of sulfate ion mostly came from the oxygen of precipitation(average about 75%) and drill hole waters of No. 3 and 4 located near to the open slope of waste rock pile revealed that they were more affected by atmospheric oxygen(about 38% in average) than others were.