Adsorption Characteristics of As, Cu, and Cd Using Precipitates from Dalseong Mine

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달성광산 산성광산배수 침전물에 대한 As, Cu, Cd 흡착 특성 연구

Adsorption Characteristics of As, Cu, and Cd Using Precipitates from Dalseong Mine

변현숙(Hyun Suk Byun)¹⋅김영훈(Young Hun Kim)²⋅김정진(Jeong Jin Kim)^1,*

1안동대학교 지구환경과학과

(Department of Earth and Environmental Sciences, Andong National University, Andong 36729, Korea)

2안동대학교 환경공학과

(Department of Environmental Engineering, Andong National University, Andong 36729, Korea)

요약 : 달성광산 주변 하천에서 채취한 시료를 이용하여 중금속 흡착 특성 평가를 수행하였다. 수용액 내에 존재하는 As, Cu, Cd를 대상으로 산성광산배수 침전물을 이용하여 중금속 제거 실험을 수행하 였다. 중금속 흡착 물질의 주 구성광물은 황갈색(Munsell color 8.75YR 5/10)의 schwertmannite와 흑갈 색의 (Munsell color 2.5YR 3/8) 침철석이다. 흡착 물질에 의한 흡착 제거 효율과 흡착량은 수용액 내 의 중금속의 초기 농도와 흡착물질의 특성에 의해 좌우된다. 달성광산에서 채취한 침전물에 의한 중 금속 흡착 효율은 As > Cu > Cd 순으로 나타낼 수 있다. 저농도일 때 침전물에 의한 흡착 제거 효율 은 As 67.00-85.00%, Cd 26.24-29.08%, Cu 7.67-12.82% 정도이다. Cu의 초기 농도가 1 mg/L와 10 mg/L일 때, 흡착 물질이 schwertmannite인 경우 흡착량은 0.29와 1.29 mg/g이며, 침철석인 경우 0.24-1.97 mg/g으로 초기 농도가 높거나 흡착 물질이 침철석인 경우 흡착량이 더 높게 나타난다.

주요어 : 중금속, 산성광산배수, 침전물, 흡착 물질, 흡착 효율

ABSTRACT : For evaluation of adsorption characteristics of heavy metals, precipitates were collected from stream bottom in the Dalseong mine. The removal of some heavy metals such as As, Cu, and Cd from aqueous solution is studied using a precipitates taken from acid mine drainage. The yellowish brown (Munsell color 8.75YR 5/10) and dark brown (Munsell color 2.5YR 3/8) precipitates that collected from the study area consist mainly of schwertmannite and goethite, respectively. The percentage removal or adsorption capacity of metals depends on the initial concentration and characteristics of adsorbent. Removal efficiency of the adsorbents shows the order for metal ions of As

> Cu > Cd. The adsorption efficiency by absorbent of precipitates in low concentration metal aqueous solution were observed 67.00-85.00% for As, 26.24-29.08% for Cd, and 7.67-12.82% for Cu. As the initial concentration of metal ions was increased from 1 to 10 mg/L, adsorption amount of adsorbent increased from 0.29 to 1.29 mg/g of Cu of schwertmannite, and from 0.24 to 1.97 mg/g of goethite.

Key words : heavy metal, acid mine drainage, precipitates, adsorbent, adsorption efficiency

*Corresponding author: +82-54-820-5038, E-mail: [email protected]

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이러한 연구 중 산성광산배수 침전물이 철 산화/수 산화물을 이용한 중금속 흡착 연구가 대표적인 재 활용과 관련된 연구이다. Song et al. (2012)는 산 성광산배수 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 재 활용하기 위하여 수행되었으며, 슬러지의 주성분인 수산화철(Fe(OH)3)이 중금속에 대한 흡착 능력이 우수한 점을 이용하여 슬러지를 광해방지용 중금 속 흡착제의 제조 원료로 활용하기 위하여 연구를 수행하였다. Lee et al. (2003)은 폐 산화철을 이용 하여 폐수 중금속 제거 가능성을 알아보기 위하여 페라이트 분말을 이용하여 실내 회분식 시험을 통 한 흡착 실험을 실시하였다. Cd와 Pb를 대상으로 농도, pH 및 온도 등의 조정인자에 따른 흡착특성 을 파악하여 중금속 흡착 최적 조건을 구하였다.

이 실험 결과에 의하며 pH가 높을수록, 같은 pH에 서 농도가 높을수록 흡착이 잘 일어났으며, Cd는 낮은 온도에서 Pb는 높은 온도에서 흡착이 더 잘 일어났다. 침철석의 비소 흡착능력은 ferrihydrite와 적철석과 유사하며, 적철석에 의한 비소흡착 연구 에 의하면 3가 비소가 5가 비소보다 큰 흡착량을 나타낸다(Jung et al., 2008; Kim et al., 2009; Lee et al., 2011). Hwang (2016)은 합성 pH와 반응 시 간 조건에 따라 철 산화/수산화물을 합성하여 중금 속 수용액에 대한 흡착 특성을 파악하여 흡착제로 서의 활용 가능성을 확인하고자 연구를 수행하였 다. 합성되는 철산화/수산화물은 낮은 pH에서는 침 철석, 높은 pH에서는 자철석이며, pH 6.0-12.0 사 이의 범위에서는 레피도크로사이트(lepidocrocite) 를 포함하고 있다. 흡착 실험 결과 대부분의 시료 에서 수용액의 농도에 관계없이 As가 우선적으로 제거되었으며, pH 6.0에서 1시간 동안 반응하여 합성한 철 산화/수산화물이 가장 좋은 As를 제거 효율을 나타내었다. 따라서 이 조건에서 합성한 철

1990; Rodda et al., 1996; Angove, et al., 1999).

최근에도 산성광산배수 침전물의 주 구성광물인 침철 석(goethite), 페리하이드라이트(ferrihydrite), schwertmannite, akaganeite와 같은 철 산화/수산화물을 이용한 As(III)의 흡착에 대한 연구가 진행되었다 (Lee et al., 2015; Shao et al., 2016; Yang et al., 2017).

본 연구에서는 달성광산에서 채취한 주 구성광 물이 schwertmannite와 침철석인 산성광산배수 침 전물에 대한 특성을 밝히고 이들의 중금속 흡착 효 율을 평가하고자 한다.

시료 채취 및 실험 방법

시료 채취 지역인 달성광산은 대구광역시 달성군 가창면에 위치하고 있으며, 지리 좌표 N35°46’50.2”

E128°40’21.5”에 위치하고 있다. 침전물 시료는 달성광산 정화처리 시설로 들어가기 전 계곡에서 4월(APR)과 8월(AUG)에 채취하였으며, 시료 채 취 지점은 Fig. 1에 나타내었다.

침전물 시료는 정화 시설로 유입되는 계곡을 따 라 상부 지점을 S-01 하부 지점을 S-02로 하였으 며, 4월(S-01-APR, S-02-APR)과 8월(S-01-AUG, S-02-AUG)에 각각 2개씩 총 4개의 침전물 시료를 채취하였다. 침전물 시료를 채취하기 전 현장에서 수질에 대한 pH 및 전기전도도(EC)를 측정하였다.

침전물 시료는 비닐봉지를 이용하여 물과 함께 채 취하였으며, 실험실에서 채를 이용해 나뭇잎 등을 제거하였다. 불순물의 함량을 최소화하기 위하여 100 mesh 체를 이용하여 체거름하였으며, 통과한 입자를 원심 분리하여 회수하였다.

회수한 침전물은 상온에서 건조하여 광물학적 특성을 평가하기 위하여 X-선회절분석, 침전물의

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표면 상태 관찰과 반정량 분석을 위하여 주사전자 현미경 관찰 및 에너지분광분석(EDS)을 수행하였 으며, 중금속 흡착 효율을 평가하기 위하여 As, Cu, Cd에 대한 흡착 실험을 수행하였다.

X-선회절분석은 Rigaku (Japan)사의 Ultima IV 모델을 사용하였으며 분석 조건은 CuKα 주사선을 이용하여 2θ 5-60° 구간을 step 0.02, 1 °/min 주사 속도로 분석하였다. 주사전자현미경은 Jeol사의 JSM-6700F 모델로 구성 성분의 반정량 분석이 가 능한 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 가 부착된 전계방출형 주사전자현미경(FE-SEM/

EDS)을 사용하였다. 침전물 시료의 색깔을 표현하 기 위하여 CR-10모델 색차계를 이용하여 L*, a*, b* 값을 측정하였다.

중금속 흡착 실험은 1,000 ppm As, Cd, Cu 표 준용액을 희석한 혼합용액을 사용하였다. 중금속 용액에 대한 흡착 실험은 As, Cd, Cu의 3종류의 중금속에 대해 수행하였다. 저농도인 경우 초기 농 도는 As 1.00 mg/L, Cd 1.41 mg/L, Cu 1.17 mg/L 이며, 고농도인 경우 As 9.90 mg/L, Cd 10.24 mg/L, Cu 13.37 mg/L의 혼합 용액을 사용하였다.

각각의 중금속 수용액 40 mL에 침전물 시료 0.1 g 을 넣고 pH 약 4.0으로 맞춘 후 200 rpm으로 24 시간 진탕시켰다. 진탕이 끝난 시료는 3,500 rpm

으로 원심 분리하였으며 상등액을 0.45 µm mem- brane 필터를 이용하여 거른 후 Agilent사의 720 Series 모델의 ICP-AES를 이용하여 정량 분석을 실시하였다. 재 용출량은 흡착 반응이 완료된 침전 물 시료에 40 mL의 증류수를 넣고 초음파 세척기 로 입자를 분산시켰으며, 2시간 정도 진탕한 후 원 심분리하여 상등액을 분석하였다.

흡착제에 의한 흡착 효율은 일반적으로 사용하 고 있는 다음 식을 이용하여 계산하였다. 여기서 R 는 흡착 효율(%), Ci와 Cf는 용액 내에 존재하는 중금속 이온의 초기 및 반응 후의 농도(mg/L)를 나타낸다.

R (%) = {(Ci-Cf)/Ci} × 100

흡착제에 흡착된 중금속의 양은 다음 식을 이용 하여 계산하였다. 여기서 Q는 흡착된 중금속 이온 의 양(mg/g), Ci와 Cf는 각각 용액 내 존재하는 중 금속 이온의 초기 및 반응 후의 농도(mg/L), V는 중금속 용액의 부피이고 W는 사용한 흡착제의 질 량(g)을 나타낸다.

Q = {(Ci-Cf) × V}/W Fig. 1. Study area and precipitates sample site around the Dalseong Mine.

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결과 및 고찰

하천수의 특성

침전물 시료를 채취한 달성광산 주변 하천은 폐 광산에서 전형적으로 나타나는 황색, 적갈색, 붉은 색의 침전물이 침전되어있으며 외관상으로도 매우 심각하게 오염된 상태이다(Fig. 2). 주변에 산성광 산배수 오염 정화 처리 시설이 만들어져 있지만, 현재에는 다량의 침전물이 퇴적되어 있으며, 전혀 산성광산배수를 정화하는 역할을 담당하지 못하는 것으로 판단된다. 침전물 시료 S-01-APR 채취 당 시의 현장에서 측정한 하천수는 pH 3.30, 전기전 도도(EC) 1,423 µS/cm이며, 시료 S-01-AUG는 pH 3.03, EC 1,764 µS/cm이다. 시료 S-02-APR 채취 당시의 현장에서 측정한 하천수의 pH 3.40, 전기전도도(EC) 1,442 µS/cm이며, 시료 S-02-AUG는 pH 3.04, EC 1,931 µS/cm이다. 침전 물 시료 채취 당시 하천수는 강한 산성을 나타내고

있었으며, pH 값은 8월이 좀 더 낮고 전기전도도 가 높은 경향을 나타내었다.

색도분석

달성광산 주변 하천에서 채취한 침전물 시료의 색깔은 육안상 대체로 노란색에서 적갈색 정도로 표현할 수 있다(Fig. 3). 그러나 침전물에 대한 색 도 분석 결과에 의하면 시료 S-01-APR는 L* = 50.82, a* = 18.41, b* = 60.28로 Munsell color 8.75YR 5/10이며, S-01-AUG는 (L* = 40.58, a*

= 15.90, b* = 47.19, 8.75YR 4/8로 8월에 채취한 시료가 밝기, 황색, 적색을 나타내는 값이 모두 약 간 낮게 나타난다(Table 1). 이것은 8월에 채취한 시료가 4월에 채취한 시료 보다 약간 어두워지고 황색과 적색이 옅어진다는 것을 의미한다. 시료 S-02-APR는 L* = 30.15, a* = 29.72, b* = 35.28, Munsell color 2.5YR 3/8이며, S-02-AUG는 L* = 40.56, a* = 21.30, b* = 42.77, 6.25YR 4/8로 S-02-APR시료가 약간 더 어둡고 더 붉은 색을 나 Fig. 2. Precipitates of stream bottom and pond in

the Dalseong mine.

Fig. 3. Precipitates collected from stream bottom in the Dalseong mine.

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타낸다. 황색을 나타내는 b 값은 시료 S-02-AUG 이 S-02-APR보다 더 높게 나타난다. 시료 채취 지 점과 관련된 시료 S-01과 S-02를 비교했을 때 시 료 S-01는 황색 계통, S-02는 갈색 계통의 색깔을 나타낸다.

산성광산배수 지역에서 나타나는 침전물의 색깔 차이는 침전물의 구성 광물과 관련있다. 산성광산배 수 침전물의 색깔이 적색이나 갈색인 경우 침철석 (goethite)이나 페리하이트라이트(ferrihydrite)이며, 황색인 경우 schwertmannite, 흰색의 경우 basal- uminite나 hydrobasaluminite이다(Kim and Kim, 2004; Rose and Elliott, 2000). 달성광산에서 두 지점에서 채취한 시료의 색깔이 차이는 구성 광물 의 차이에 기인한 것이며, X-선회절분석 결과에서 도 광물 조성이 다르게 나타난다.

X-선회절분석

X-선회절분석결과 각각 4월과 8월에 같은 지점 에서 채취한 S-01-APR의 S-01-AUG의 주 구성광 물은 schwertmannite이며 소량의 석영을 포함하고

있다(Fig. 4A). 소량으로 포함된 석영은 달성광산 배수로부터 침전된 것이 아니라 시료 채취 시 포함 된 불순물인 것으로 판단된다. 시료 S-02-APR와 S-02-AUG는 거의 순수한 침철석으로 구성되어 있 어 채취 지점이 다른 시료 S-01과 S-02는 다른 종 류의 광물로 구성된 것을 알 수 있다(Fig. 4B). 색 도 분석 결과에 의하면 schwertmannite가 주구성 광물인 S-01은 황색 계통의 색깔을 띠며, 침철석이 주구성광물인 S-02시료는 갈색 계통을 나타낸다.

주사전자현미경 분석

채취한 침전물의 전계방출형 주사전자현미경 관 찰 결과 시료 S-01-APR는 1.0 µm, 시료 S-01-AUG 는 1.5 µm 정도 크기 구상체의 표면에 침상체의 돌 기가 잘 발달해있다(Fig. 5A, B). 시료 S-02-APR 와 S-02-AUG는 0.1-0.2 µm 정도 크기의 타원형 입자들이 집합체 형태를 이루고 있다(Fig. 5C, D).

서로 다른 지점에서 채취한 S-01과 S-02의 두 시 료는 형태 및 크기가 전혀 다르다는 것을 알 수 있 다. EDS를 이용한 O, S, Fe에 대한 반정량 분석 결과 S-P01-APR은 O (31.52%), S (6.73%), Fe (61.75%)이며 S-P01-AUG 시료는 O (32.12%), S (6.50%), Fe (61.38%)이다. 이는 schwertmannite [Fe8O8(OH)6SO4]의 원소 함량 O (37.26%), S (4.15%), Fe (57.81%)와는 약간의 차이가 있지만 거 의 유사한 값을 나타낸다. 또한, 이상적인 schwer- tmannite는 Fe/S 값이 8.0이지만 대부분 산성광산 배수에서 생성되는 경우 Fe/S 값이 5보다 낮은 값 Fig. 4. X-ray diffraction peaks of precipitates taken

from the Dalseong mine (A : yellow brown, B : dark brown in color).

Fig. 5. SEM microphotographs of precipitates taken from the Dalseong mine.

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을 나타낸다(Bigham et al., 1990; Schwertmann et al., 1995. Kim and Kim, 2003). 달성광산에서 채 취한 침전물 시료 S-01-APR과 S-01-AUG 두 시료 의 Fe/S 값은 각각 5.27과 5.42로 5보다 약간 높은 값을 나타내지만 기존의 연구 결과와 유사한 값을 나타낸다. 시료 S-02는 2% 이하의 낮은 S의 함량을 나타내기 때문에 S-01과 S-02는 다른 화학조성을 갖는 광물로 구성되었다고 판단할 수 있다. 이는 X- 선회절분석 결과에서 S-01시료는 schwertmannite, S-02시료는 침철석이라는 것과 잘 일치한다.

중금속 흡착 실험

Table 2는 저농도에서 침전물에 의한 As, Cd, Cu의 흡착 효율, 용출량, 흡착량을 나타낸 것이다.

침전물을 이용한 중금속 흡착 실험 결과 저농도인 경우, 시료 S-01-APR, S-01-AUG에서 As가 각각 0.67 mg/L, 0.73 mg/L, Cd 0.38 mg/L,0.41 mg/L,

Cu 0.09 mg/L, 0.14 mg/L가 제거되어 As 67.00%, 73.00%, Cd 26.95%, 29.08%, Cu 7.67, 11.97%의 효율을 나타내었다(Fig. 6A).

S-02-APR, S-02-AUG에서 As가 각각 0.83 mg/L, 0.85 mg/L가 제거되어 83.00 및 85.00%의 효율을 나타내었다. Cd는 0.38 mg/L 및 0.37 mg/L 감소하 여 26.95%와 26.24%의 제거 효율을 나타내었으 며, Cu는 각각 0.15 mg/L 감소하여 12.82% 제거 효율을 나타내었다.

달성광산 침전물에 의한 흡착량을 계산한 결과 저농도인 경우 시료 S-01-APR은 As (0.27 mg/g), Cd (0.15 mg/g), Cu (0.04 mg/g)이며, S-01-AUG 은 As (0.29 mg/g), Cd (0.16 mg/g), Cu (0.06 mg/g)이다. S-02-APR의 경우 As (0.33 mg/g), Cd (0.15 mg/g), Cu (0.06 mg/g)이며, S-02-AUG은 As (0.34 mg/g), Cd (0.15 mg/g), Cu (0.06 mg/g) 이다(Fig. 7A).

Table 3는 고농도에서의 침전물에 의한 As, Cd,

S-01-AUG efficiency (%) 73.00 29.08 11.97

elution (mg/L) 0.07 0.01 0.15

adsorption quantity (mg/g) 0.29 0.16 0.06

S-02-APR

after (mg/L) 0.17 1.03 1.02

sorption (mg/L) 0.83 0.38 0.15

efficiency (%) 83.00 26.95 12.82

elution (mg/L) 0.04 0.02 0.06

S-02-AUG

after (mg/L) 0.15 1.04 1.02

sorption (mg/L) 0.85 0.37 0.15

efficiency (%) 85.00 26.24 12.82

elution (mg/L) 0.05 0.01 0.07

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Cu의 흡착 효율, 용출량, 흡착량을 나타낸 것이다.

고농도인 경우, 시료 S-01-APR, S-01-AUG는 각 각 As 3.0 mg/L, 3.22 mg/L이 제거되어 30.30 및 32.53%의 효율을 나타내었다. Cd는 0.20 mg/L, 0.19 mg/L 감소하여 1.95%, 1.86%, Cu는 2.22 mg/L, 2.21 mg/L 감소하여 16.60%와 16.53%의 비교적 높은 제거 효율을 나타내었다(Fig. 6B).

S-02-APR, S-02-AUG에서 As가 각각 4.39 mg/L, 4.92 mg/L가 제거되어 44.34 및 49.70%의 효율을 나타내었다. Cd가 각각 0.15 mg/L, 0.20 mg/L 감소하여 1.46%, 1.95%, Cu는 각각 2.96 mg/L, 2.76 mg/L 감소하여 22.14%, 20.64% 제거 효율을 나타내었다.

단위 질량당 흡착량을 계산한 결과 시료 S-01-APR는 As (1.20 mg/g), Cd (0.08 mg/g), Cu (0.88 mg/g)이며, S-01-AUG의 경우 As (1.29 mg/g), Cd (0.08 mg/g), Cu (0.88 mg/g)이다. S-02-APR의 경우 As (1.76 mg/g), Cd (0.06 mg/g), Cu (1.18

mg/g)이며, S-02-AUG의 경우 As (1.97 mg/g), Cd (0.08 mg/g), Cu (1.10 mg/g)이다(Fig. 7B).

저농도 중금속 수용액에서의 흡착 실험 결과 두 지점에서 채취한 4개의 시료 모두 As에 대한 제거 효율이 높게 나타났으며, S-02 지점에서 채취한 시 료가 83% 이상으로 S-01 지점 보다 훨씬 더 높은 효율을 나타낸다. Cd에 대한 흡착 제거 효율은 26.94-29.08%로 크게 높지 않으며, Cu의 경우 10% 내외로 효율이 매우 낮은 것으로 나타났다.

고농도의 중금속 용액을 이용한 흡착 실험 결과 비소의 경우 4개 시료 모두 30% 이상의 제거 효율 을 나타내었으며, S-02 시료가 더 좋은 제거 효율 을 나타내었다. Cd에 대한 제거 효율은 2% 이하 로 매우 낮으며, Cu의 경우 16.53-22.14%의 제거 효율로 1 mg/L의 저농도 중금속 용액에서의 제거 효율 7.67-12.82% 보다 더 높은 값을 나타낸다. 침 전물에 의한 As와 Cd의 흡착 효율은 수용액의 농 도가 낮을 때 더 높으며, 농도가 높을 때 단위 질

Sample NO. Metal As Cd Cu

Initial con. (mg/L) 9.90 10.24 13.37

S-01-APR

after (mg/L) 6.90 10.04 11.15

sorption (mg/L) 3.00 0.20 2.22

efficiency (%) 30.30 1.95 16.60

elution (mg/L) 0.40 0.07 0.05

S-01-AUG

after (mg/L) 6.68 10.05 11.16

sorption (mg/L) 3.22 0.19 2.21

efficiency (%) 32.53 1.86 16.53

elution (mg/L) 0.51 0.06 0.14

S-02-APR

after (mg/L) 5.51 10.09 10.41

sorption (mg/L) 4.39 0.15 2.96

efficiency (%) 44.34 1.46 22.14

elution (mg/L) 0.42 0.06 0.09

S-02-AUG

after (mg/L) 4.98 10.04 10.61

sorption (mg/L) 4.92 0.20 2.76

efficiency (%) 49.70 1.95 20.64

elution (mg/L) 0.45 0.07 0.11

Table 3. Results of adsorption experiment using the precipitates taken from the Dalseong mine. Initial concentration of metal solution : 10 mg/L

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량당 더 많은 흡착량을 나타낸다.

재 용출량은 저농도인 경우 As 0.04-0.06 mg/L, Cd 0.01-0.04 mg/L, Cu 0.04-0.06 mg/L이며, 고농 도인 경우 As 0.40-0.51 mg/L, Cd 0.06-0.07 mg/L, Cu 0.05-0.14 mg/L로 모든 시료에서 낮게 나타났다.

Hwang (2016)에 의하면 합성 Fe-hydroxide를 이 용한 As(III)흡착 실험결과에 의하면 As 30 mg/L 수용액 100 mL에 합성 Fe-hydroxide 0.5 g을 넣 어 As(III)흡착실험 결과 약 60% 정도의 흡착 효 율을 나타내었다. 그 외 산성광산배수슬러지, 합성 침철석 등 철 산화물이나 수산화물을 이용한 As흡 착실험결과 대부분 90%의 흡착 효율을 나타내었 다(Lakshmipathiraj et al., 2006; Escudero et al., 2009; Ko et al., 2013; Lee et al., 2015; Shao et al., 2016)

수용액의 pH가 낮은 경우 As(III)은 H3AsO3 상 태로 존재하여 낮은 흡착율을 나타내고 pH가 증가 함에 따라 Zeta-potential이 감소하여 흡착 능력이 증가하는 경향을 나타낸다(Yang et al., 2017).

Visual MINTEQ ver. 3.0 (Gustafsson, 2011)을 이 용한 pH 변화에 따른 As(III)의 농도 1 및 10 mg/L에서의 화학종의 변화를 보면 pH 7보다 낮은 경우 대부분 H3AsO3 (99.33%)와 H2AsO3- (0.67%) 로 pH가 증가함에 따라 H2AsO3- 급격히 증가하는

경향을 나타낸다. Cd 및 Cu의 농도가 1 및 10 mg/L인 수용액에서의 화학종은 pH 8까지 모두 Cd²⁺와 Cu²⁺이며, pH가 증가함에 따라 다양한 화 학종 형태로 존재한다. 또한, pH에 따라서 비소의 흡착특성이 영향을 받는 것은 pH에 따른 흡착제 표면전하의 특성 변화와 수용액 내 비소의 화학종 의 변화가 복합적으로 작용하기 때문이다(Kim et al., 2012). 레피도크로사이트(lepidocrocite) 표면의 비소 흡착 특성 규명 연구에 의하면, As(III)는 pH 가 7.0~8.0까지는 pH가 증가함에 따라서 흡착량도 지속적으로 증가하며 그 이상의 pH에서는 흡착이 급격하게 감소한다(Lee et al., 2009). 본 실험에서 pH는 약 4.0 정도로 낮은 상태에서 실험을 수행하 였으며, 이 pH에서의 As(III)의 화학종은 H3AsO3

로 존재하기 때문에 중성 상태에서 실험한 기존의 연구보다 낮은 효율을 나타낸 것으로 판단된다.

결 론

산성광산배수가 유출되는 달성광산 주변 하천 바닥에는 황색 내지 적색의 침전물이 형성되어 있 다. X-선회절분석 및 EDS 반정량 분석 결과 침전 물의 주 구성광물은 침철석과 schwertmannite로 구성되어 있다. 달성광산에서 채취한 4개의 침전물 시료를 이용한 흡착 효율 평가 결과 As는 저농도 Fig. 6. Adsorption efficiency of precipitates taken

from the Dalseong mine drainage (initial metal concentration – A : 1 mg/L, B : 10 mg/L).

Fig. 7. Adsorption quantity of precipitates taken from the Dalseong mine drainage (initial metal concentration – A : 1 mg/L, B : 10 mg/L).

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인 약 1 mg/L 경우 67.00-85.00%이고 고농도인 약 10 mg/L일 때는 32.53-49.70%로 저농도일 때 흡착 효율이 훨씬 더 높다. 그러나 As 흡착량은 저 농도일 때 0.27-0.34 mg/g, 고농도일 때 1.20-1.97 mg/g으로 고농도일 때 단위 질량당 흡착량이 많은 것으로 나타났다. 따라서 As의 경우 침전물에 의 한 흡착 특성은 저농도일 때는 흡착 효율이 높고 고농도일 때는 흡착량이 증가한다는 것을 알 수 있 다. Cd에 대한 흡착 효율은 저농도인 경우 26.24- 29.08%이고 고농도일 때는 1.46-1.95%로 고농도 일 때 흡착 효율이 현저하게 감소한다. Cd 흡착량 은 저농도일 때 0.15-0.16 mg/g, 고농도일 때 0.06-0.08 mg/g으로 저농도일 때 흡착량이 많은 것으로 나타났다. Cu에 대한 흡착 효율은 저농도 인 경우 7.67-12.82%이고 고농도일 때는 16.53- 22.14%로 고농도일 때 흡착 효율이 현저하게 증가 하며, 흡착량은 저농도일 때 0.04-0.06 mg/g, 고농 도일 때 0.88-1.18 mg/g으로 고농도일 때 훨씬 많 은 것으로 나타났다. 달성광산에서 채취한 주 구성 광물이 schwertmannite와 침철석인 4개의 침전물 시료를 이용한 흡착 실험 결과, 침전물에 의한 흡 착 효율이 높은 As와 Cu의 경우, 초기 농도에 따 라 차이가 있지만, 주 구성광물이 침철석인 경우가 schwertmannite이 경우보다 흡착 효율이 약간 더 높은 것으로 나타났다.

사 사

본 연구는 한국연구재단 이공분야기초연구사업(NRF- 2016R1D1A3B01013509)의 재원을 지원받아 수행되었 으며 이에 감사드립니다.

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Received Novermber 13, 2017, Revised December 20, 2017, Accepted December 26, 2017, Associate Editor:

Bum Han Lee