차시명: 4주차 제2강

주제: 광물과 암석 4부 – 광상

동기 유발: 우리가 필요한 자원을 채취하는 곳은 특별히 광석이 모여 있는 곳입니다. 이 곳을 광상이라고 하는데, 이 광상은 어떻게 만들어진 걸까요?

학습 목표: 광상의 정의, 광상의 종류 그리고 광상을 이루는 광석 광물에 대해 알아보자.

강의 타이틀: 2. 광물과 암석 – 2-4. 광상

지난 시간에 예고한 바와 같이 이번 시간에는 광상에 대해 얘기해 보겠습니다.

[slide #1]

우리는 특정 광물이 많이 모여 있는 곳에서 그 광물 자원을 채취한다는 점을 이미 말씀드린 바 있습니다. 특정 광물이 그렇게 모일 수 있었던 것은 지구가 물질의 재분배를 하기 때문이라는 점도 설명하였습니다.

지질학자들은 특정 유용 성분이 모여 광물 자원을 채취할 수 있는 지각의 한 부분을 광상이라고 하고, 이렇게 채취하는 작업장을 광산이라고 합니다. 우리는 오늘 이 광상에 대해 매우 간단하게 배우고, 광산 개발과 관련된 환경 문제를 조금 깊이 있게 다뤄보려고 합니다.  본격적으로 이 얘기를 하기 전에 먼저 간단하게 몇 가지 용어를 설명하도록 하겠습니다.

(설명 할 때 해당 부분 진하게)

여러분들은 광석이란 말을 한번쯤은 들어보셨을 것입니다. 광석이란 정확히 무슨 뜻일까요?  광석이란 간단히 말해서 경제성을 갖고 채취할 대상 광물 또는 그 집합체입니다. 여기서 경제성을 갖는 다는 말이 중요합니다.  광석은 그대로 사용할 수도 있고, 그 안에 광물을 선별하고, 이 광물을 처리하여 특정 성분(원소)를 추출할 수도 있습니다. 이러한 광석을 채취하여 판매할 때, 인건비, 시설 감가상각비, 처리비, 재료비, 운송비 등을 포함한 총 생산 비용과 판매 가격을 비교하였을 때 충분한 이익이 남아야 한다는 뜻입니다. 광석을 채취하다보면 피치 못하게 채취 대상 광물이외의 다른 광물들도 채취하게 됩니다. 대상 광물 이외의 광물이 전혀 필요 없는 광물일 수도 있고, 혹은 다른 쓰임새가 있는 광물도 섞여 있을 수 있습니다.  소위 이 다른 광물들은 모두 골라내어야 하는데, 이 것이 모두 돈이 듭니다.  그래서 경제성이란 해당 광물의 함량(품위)와 불순물의 종류에 따라 크게 좌우됩니다.  이 밖에 광체의 규모, 입지 여건, 에너지 가격, 노동 시장의 상황, 광석의 시세 등 많은 변수에 의해 경제성이 결정됩니다.

광석에 대비되는 용어로 맥석이 있습니다.  맥석은 광석 주변 또는 광석과 함께 산출되는 상업적으로 쓸모 없는 광물입니다.

광상에 대해서는 이미 설명드렸습니다.  광석이 모여 있는 지각의 일부분입니다.

채광은 광상에서 광석을 채취하는 것이고, 광산은 채광을 하는 곳입니다.

[slide #2]

보시는 사진은 석석과 석영의 결정 사진입니다. 석석은 매우 중요한 주석의 원료로서 광석 광물입니다. 주석 채취를 목적으로 했을 때 함께 있는 석영은 골라내어야 하는 맥석 광물이 됩니다. 이 시료의 경우 결정들의 크기가 매우 커서 분쇄 후 석석만 따로 골라내고 석영은 폐기하던지 아니면 따로 모아 다른 목적으로 이용하면 될 것 같습니다.  결정의 크기가 매우 작은 경우, 광석 광물과 맥석 광물이 서로 섞여 명확히 분리되지 않을 때도 있습니다.  이 경우 광석 광물이 많이 모여있는 부분을 광석, 그 반대의 경우를 맥석이라 부르기도 합니다.  원하는 성분을 추출하기 위해서는 결국에는 이 둘을 분리하여야만 합니다. 이렇게 분리하는 과정을 선광이라 합니다.

[slide #3]

앞서 광상은 지구 작용에 의한 물질의 재분배를 통해 만들어진다고 했습니다. 이는 지구의 물질이 순환하는 과정 중에 만들어진다는 말과도 상통합니다.  지구 작용 중 어떤 작용에 의해 광상이 형성되었는지에 따라 다음과 같이 광상을 분류할 수도 있습니다

(설명에 해당하는 부분 강조)

광상은 성인에 따라 마그마광상, 변성광상, 열수광상, 퇴적광상, 풍화잔류광상, 사광상 등으로 구분할 수 있습니다.

[slide #4]

마그마광상은 마그마 내 특정 성분의 분리나 마그마로부터 광물이 만들어짐에 따라(이를 정출이라고 합니다), 성분의 분화가 일어나면서 만들어 지는 광상을 말한다. 예를 들면 마그마로부터 황이 분리되면서 이동하여 몇몇 곳에 집중적으로 모이게 되고, 이 황이 금속 성분과 결합하면서 다량의 광석 광물을 만들어 광상을 형성할 수 있습니다.  마그마로부터 특정 광물이 제한된 온도 및 시기에 많이 정출되면서 특정 원소의 부화가 일어나면서 광상이 형성되는 경우도 있습니다. 혹은 광물의 정출이 진행될수록 특정 성분이 잔류마그마에 부화됨으로써 경제적으로 가치가 있는 광상이 형성될 수도 있습니다

이 사진은 남아프리카 공화국에 있는 부쉬벨트 화성암 복합체의 한 노두입니다.  노두란, 영어로 outcrop이라고 하는데, 지각의 암석이 지표에 노출된 부분을 가리킵니다.  이 노두를 살펴보면 층 모양의 검은 띠와 회색 띠가 교호하고 있는데요, 검은 부분은 크롬철석, 회색 부분은 사장석이 모여 있어 그렇게 보이는 것입니다.  이렇게 띠 모양을 이루는 건 마그마에서 이들 두 광물이 따로 모여 정출되어 가라 앉았기 때문입니다. 크롬철석은 거의 유일한 크롬 광석입니다.  이렇게 크롬 철석이 모여 있으면 개발이 가능한 광상이 됩니다.  마그마 작용으로 이렇게 되었으므로 당연히 이 광상은 마그마광상입니다.

[slide #5]

변성 광상은 변성 작용에 의한 변성 광물의 탄생과 함께 만들어지는 광상입니다.  변성 작용(높은 온도와 압력)을 받으면 기존의 광물이 반응해서 새로운 변성 광물을 만드는데, 이 때 변성 이전에는 별 쓸모 없던 것들이 변성 작용과 함께 재구성되면서 유용한 광물로 바뀌어 광상을 이루는 경우가 있습니다.

이 사진은 미국 뉴햄프셔주 cheshire county의 흑연인데요, 변성 작용에 의해 만들어지는 유용한 광물의 대표격입니다.  흑연 전에는 지층 중에 있는 유기물이었던 것이 변성 작용을 받아 우리가 매우 소중하게 상용하는 흑연 자원이 되었습니다.

[slide #6]

열수 광상은 지각 내에 발달된 깨진 틈이나 빈 공간을 통해 이동하는 열수 속에 들어있던 유용한 원소가 침전되어 생긴 광상입니다. 열수는 뜨거운 물이라는 뜻입니다.  우리는 이미 지구 내부가 상당히 뜨거운 것을 잘 알고 있습니다. 그러므로 지표로부터 지하로 깊이 들어갈수록 온도가 상승하는데, 이 때문에 지하에 깊이 있는 물의 온도 또한 높습니다.  이 온도가 높은 물에는 여러 가지 성분이 녹아 있을 수 있는데, 열수가 움직이면서 다양한 화학 반응을 통해 이런 성분을 침전시켜 광상을 형성하는 것입니다.

여기 이 왼쪽의 사진은 미국 서부 해안에서 떨어진 태평양의 후앙 데 푸카 해령의 바다 밑바닥에 있는 열수 분출 모습입니다. 열수가 분출되면서 바닷물과 반응하여 황화광물을 침전시키기 때문에 마치 굴뚝에서 시커먼 연기가 솟아오르는 것처럼 보입니다.  이런 현상 때문에 이를 “black smoker”라고 부르는데, 해저의 열수 분출 지점에서 흐히 볼 수 있는 광경입니다.  이로부터 열수에서 많은 금속 광물들이 침전할 수 있음을 알 수 있습니다.  오른쪽의 그림은 열수가 규암의 깨진 틈 사이에 석영맥을 만들면서 다량의 황동석을 침전시킨 모습입니다.  황동석은 동을 추출하는 주요 광석입니다.

[slide #7]

퇴적 광상은 퇴적 작용과 연관되어 특정한 광물이 농집되어 형성된 광상입니다.  좀 더 무거운 광물들이 특별히 모여 퇴적되던지, 특정 광석이 침전되며 퇴적되던지, 또는 증발하며 만들어진 증발 광물이 집중되던지 하며 광상을 만들 수 있습니다.

사진은 리오 틴토 보락스 광산의 모습인데요, 보락스는 붕산나트륨 화합물의 혼합물에 대한 광석 이름입니다.  이 보락스는 증발암에서 발견되는데, 우리가 붕소를 얻는 거의 유일한 광석입니다.  리오 틴토 보락스 광산은 세계 최대 규모를 자랑합니다.  사진에 노천 채굴하는 광산의 모습이 담겨 그 규모를 짐작하게 합니다. 노천 채굴이란 광체 위의 것을 걷어내 드러나게 한 뒤 그대로 채굴하는 방식입니다.  반대 의미로 지하 채굴 또는 갱도 채굴 등이 있습니다.

[slide #8]

풍화잔류광상은 암석이 풍화를 받고 남은 광뭏이 이룬 광상입니다. 여기서 풍화란 대개 화학적 풍화를 말하고, 지구상의 화학적 풍화는 거의 대부분 물을 매개로 일어납니다.  즉, 암석이나 토양이 빗물 등의 물과 화학 반응을 통해 풍화가 일어납니다.  이는 마치 암석이나 토양을 계속 물로 씻어 내는 것과 비슷한 효과를 내는데요, 오랜 시간 동안 이 과정이 반복되면 물에 잘 녹는(용탈되는) 성분은 씻겨 나가 없어지고, 물에 녹지 않는 부분만 남아 상대적으로 이 불용성 성분이 부화되어 광상을 이룹니다.

사진은 자메이카 중부의 보오크사이트 광산의 모습인데, 포크레인 같은 장비를 동원해서 숲을 걷어내고 흰색을 띠고 있는 보오크사이트를 채취하는 모습을 볼 수 있습니다.  보오크사이트는 깁사이트라는 광물이 농집되어 있는 광석을 지칭하는 말입니다. 깁싸이트의 화학식은 Al(OH)3인데, 장석을 많이 포함한 암석이 많은 강수량과 함께 풍화되면서 생깁니다.  이러한 화학적 풍화가 오랜 기간 동안 지속되면 깁싸이트가 풍화 산물로 남아 부화된 광석 보오크싸이트가 만들어집니다.

[slide #9]

사광상은 말 그대로 모래 광상이란 뜻인데, 이 의미는 모래퇴적물들이 모여 이룬 광상이란 뜻입니다.  물이 풍화 침식을 통해 퇴적물을 얻고 이를 하천 등을 통해 운반합니다. 이때 운반되는 퇴적물의 크기는 퇴적물의 무게(밀도와 크기)에 따라 정해집니다. 운반되는 도중 좀 더 무거운 광물들은 특정한 곳에 모여 쌓일 수 있는데, 이렇게 형성된 광상이 사광상입니다.

사진은 인도 체나이 지역 해변 모래에서 발견되는 중광물 사광상입니다.  검은색으로 보이는 것이 중광물인데요, 중광물이란 무거운 광물이란 뜻으로 보통 저어콘, 티탄철석, 금홍석 등의 광물로 이루어져 있습니다. 이들 중광물은 저코니움, 티타니움, 텅스텐, 희토류원소들의 중요한 원광으로 사용됩니다.

예전 우리나라 이곳 저곳 하천에서 사금을 채취하는 모습을 볼 수 있었습니다.  이 사금도 사광상의 일부 였습니다. 여러분들은 사금이 어떻게 생겼는지, 우리나라 사금 채취가 언제 이루어졌는지 한 번 찾아보시기 바랍니다.

[slide #10]

여기 이 표는 금속 별로 그 원광이 되는 광석 광물과 그 광물의 화학식 그리고 금속의 사용분야를 간단히 정리한 것입니다. 여러분들은 나중에 이 내용을 꼼꼼히 살펴보시기 바랍니다. 오늘은 이 광석 광물의 모습을 간단히 소개만 하겠습니다.

[slide #11]

구리의 원광인 반동석입니다.  좀 더 잘 알려진 구리 광석 광물인 황동석은 이미 열수광상에 대해 설명드릴 때 보여드렸기 때문에 다른 구리 광석 광물인 반동석을 보여드리는 것입니다.

[slide #12]

자연금입니다. 앞서 사광상의 사금에 대해 설명하였는데, 여기 보이는 것들이 바로 그 사금입니다.

[slide #13]

납의 원광인 방연석입니다.

[slide #14]

니켈의 원광인 펜틀란다이트입니다. 유철니켈광이라고도 불립니다.

[slide #15]

몰리브데늄의 원광인 휘수연석입니다.

[slide #16]

자연 백금입니다

[slide #17]

수은의 원광인 진사입니다.  검은 결정이 진사이고, 나머지 밝은색의 결정들은 방해석, 고회석, 및 석영의 혼합물입니다.

[slide #18]

아연의 원광인 섬아연석입니다. 여기 하얗게 보이는 건 중정석이고, 까만 결정들이 섬아연석입니다.

[slide #19]

안티모니의 원광인 휘안석입니다. 휘안석이 같이 있는 투명한 흰색 결정은 역시 중정석입니다.

[slide #20]

알루미늄 광석인 보오크사이트의 주구성 광물인 깁싸이트입니다.  앞서 풍화잔류광상을 설명할 때 보오크싸이트를 언급하였습니다.

[slide #21]

우라늄의 원광인 우라니나이트입니다.

[slide #22]

자연 은입니다. 아래 검은 색의 광물은 유은광(acanthite, Ag2S)입니다.

[slide #23]

주석의 원광인 석석입니다.  여러분들은 이미 앞에서 광석과 맥석을 설명할 때 석석을 보셨습니다. 이 것은 볼리비아 산 석석입니다.

[slide #24]

텅스텐의 원광인 회중석입니다. 아래 회색으로 납작하며 반짝이는 광물은 백운모입니다.  위 갈색 광물이 회중석입니다.  우리나라 상동도 한때 꽤 유명한 회중석 산지였었습니다.

[slide #25]

코발트의 원광인 린내아이트입니다

[slide #26]

크롬의 원광인 크롬철석입니다.  여러분들은 마그마광상을 설명할 때 이미 크롬철석을 보셨습니다.  이 크롬철석은 짐바브웨산입니다.

[slide #27]

티타늄의 원광인 금홍석입니다.  금홍석은 사광상의 중광물에 대해 설명할 때 한번 언급됬었습니다.

[slide #28]

철의 원광인 적철석입니다.  검은색이 적철석이고, 함께 있는 하얀 결정은 방해석입니다.

지금까지 광상과 광석의 종류에 대해서 살펴보았습니다.  다음 시간에는 이와 같은 광석을 채취할 때, 즉 광산 개발을 할 때 발생하는 환경 문제에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

안녕히 계십시오.

[끝]

심화 토론:

우리 나라에서 채취되는 금속 광석광물을 찾아봅시다. 어떤 광물이 어디에서 채광되는지 알아보고, 이 국내 광석광물의 생산량이 국내 소비량을 충족시킬 정도로 충분한지 조사하십시오.