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

Abstract

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.