방사광 X-선 기법을 활용한 폐 금광산 토양의 광물학적 특성 및 비소 존재 형태 규명

• 영문명: Investigation of Mineralogical Properties and Arsenic Speciation in Soils from an Abandoned Gold Mine Using Synchrotron-Based X-ray Techniques
• 발행기관: 대한자원환경지질학회
• 저자명: 이선용(Seon Yong Lee) 임길재(Gil-Jae Yim) 황희정(Huijeong Hwang) 전철민(Chul-Min Chon)
• 간행물 정보: 『자원환경지질』58권 5호, 437~450쪽, 전체 14쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.10.30

국문 초록

본 연구는 한국에 위치한 한 폐금속광산의 비소오염 토양을 대상으로, 방사광가속기를 이용한 X-선 회절(XRD), X-선 흡수 분광법(XAS), 편광현미경 및 화학성분 분석을 통합적으로 활용하여 토양의 광물학적·화학적 특성과 비소의 존재형태를 규명하였다. 정량 X-선 회절(QXRD) 분석 결과, 토양은 입도에 따라 석영과 운모를 주 구성광물로 하고, 활석, 백운석, 녹니석 등이 다양하게 포함되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 QXRD 결과는 편광현미경 분석을 통해 해당 광물들의 존재가 시각적으로 확인되었고, XRF 분석을 통해 광물 조성과 일치하는 원소 성분이 검출되어 잘 뒷받침되었다. XAS 분석 결과, 비소는 주로 스코로다이트(FeAsO4·2H2O) 광물 형태로 존재하며, 일부 유비철석(FeAsS) 광물 및 비산염이온(AsO43-) 흡착 형태가 혼재하고 있는 것으로 확인되었다. 75 μm 미만의 세립질 시료에서는 비소가 최대 5,000 mg/kg 이상 고농도로 농집되어 있어, 비산 및 강수에 의한 유실 위험성이 제기되며, 약알칼리 조건(pH 8.1)에서는 비산염의 용출이 활발히 일어남에 따라 자연적인 저감 효과가 제한적일 수 있음이 확인되었다. 본 연구는 이러한 결과를 바탕으로 효과적인 환경대응 전략의 필요성을 제안하였으며, 방사광 기반 X-선 분석기법이 지질환경 분야에서 미량 오염물질의 존재형태 규명에 매우 유용한 도구임을 강조하였다.

영문 초록

This study investigates the mineralogical and chemical properties of arsenic-contaminated soils from an abandoned gold mine in South Korea, utilizing a combination of synchrotron-based X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption spectroscopy (XAS), and conventional analytical techniques. Quantitative XRD (QXRD) results indicate that the soils are primarily composed of quartz and mica, with varying contents of dolomite, talc, and chlorite depending on particle size. These QXRD findings are strongly supported by polarizing microscopy, which visually confirmed mineral occurrences, and by X-ray fluorescence (XRF) analysis, which revealed consistent elemental compositions. XAS analysis revealed that arsenic predominantly exists in the form of scorodite (FeAsO4·2H2O), along with minor fractions of arsenopyrite (FeAsS) and adsorbed arsenate species. High arsenic concentrations, particularly in fine particles (<75 μm), raise concerns for potential environmental dispersion via wind and water erosion. Additionally, the study confirms that under slightly alkaline conditions (pH 8.1), arsenate species readily leach from soil, indicating limited natural attenuation in the studied area. The findings emphasize the need for effective containment strategies, and highlight the utility of synchrotron X-ray techniques in environmental geoscience for understanding contaminant behavior at a molecular level.

목차

1. Introduction

2. Materials and Methods

3. Results and Discussion

4. Environmental Implications

5. Conclusions

Acknowledgements

References

키워드

방사광 X-선 흡수 분광법 정량 X-선 회절분석 폐광산 토양 광물학적 특성 비소 존재형태 synchrotron X-ray absorption spectroscopy Quantitative X-ray diffraction abandoned mine soils mineralogical properties arsenic speciation