무연탄

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1. 개요
2. 유연탄과의 차이 및 구별
3. 주요 생산국
- 3.1. 대한민국의 무연탄 생산
4. 대한민국 무연탄 가격
5. 무연탄의 성질
6. 무연탄의 역사
7. 현재의 무연탄
- 7.1. 무연탄의 등급
- 7.2. 무연탄의 크기 분류
8. 지하 화재
참조

1. 개요

무연탄은 연소 시 연기가 거의 발생하지 않는 석탄의 한 종류로, 유연탄과 구분된다. 탄소 함량이 높고 휘발성 물질 함량이 낮으며, 주로 탄소 및 휘발분 함량에 따라 유연탄과 구분된다. 무연탄은 검은 석탄, 경석탄 등으로 불리며, 준광물인 제트와 외관이 유사하다. 주요 생산국으로는 중국, 러시아, 우크라이나, 폴란드 등이 있으며, 미국 펜실베이니아주 북동부 지역이 세계 최대 매장지 중 하나로 알려져 있다. 대한민국에서는 고생대 후기~중생대 초기에 형성된 평안 누층군이 분포하는 지역에서 주로 생산되며, 과거에는 가정용 연료 등으로 사용되었으나, 현재는 연탄, 카바이드, 소결로 등에 사용된다. 무연탄은 표준, 고품질, 초고품질 등급으로 분류되며, 지하 화재의 위험성도 존재한다.

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무연탄
지도 정보
기본 정보
종류	변성암
구성 성분	86–97% 탄소
다른 이름	검은 석탄 경탄 석탄 블라인드 석탄 킬케니 석탄 까마귀 석탄 검은 다이아몬드
특징
변성 정도	높은 변성
탄소 함량	매우 높음
불순물	거의 없음
수분 함량	적음
휘발성 물질	적음
연소 시	연기 적음 높은 열 발생
생성
과정	다른 종류의 석탄보다 높은 압력과 열을 받아 생성 퇴적암에서 더 높은 등급의 변성암으로 변환
조건	녹색편암 변성상(예: 백운모-녹니석)에서 생성될 수 있음
용도
주요 용도	가정용 난방 산업용 보일러 발전소 연료
기타 용도	정수기 필터 재료
과거 사용	대장간에서 연료로 사용
명칭
유래	그리스어 "anthrakites" (석탄 종류)에서 유래
다른 이름	석탄 경탄 블라인드 석탄
분포
주요 생산 지역	중국, 러시아, 우크라이나, 북한, 베트남
기타 산출 지역	미국 영국 웨일스 스코틀랜드 스페인 캐나다 호주 남아프리카 공화국 뉴질랜드 남극 대륙
추가 정보
관련 용어	석탄 역청탄 갈탄 이탄
주의 사항	연소 시 이산화탄소 배출

2. 유연탄과의 차이 및 구별

무연탄과 유연탄은 연소 과정에서 발생하는 연기의 유무에 따라 구분된다. 무연탄은 연기가 거의 발생하지 않는 반면, 유연탄은 연기가 많이 발생한다.^[8] 한국에서는 주로 무연탄이 생산되며, 유연탄은 거의 전량 수입에 의존하고 있다.

무연탄과 유연탄의 구분은 탄소와 휘발분 함량에 따라 이루어진다. 휘발분 함량이 14% 이상이면 유연탄으로, 14% 이하이면 무연탄으로 분류된다. 탄소 함량과 휘발분 함량은 발열량에도 영향을 미쳐, 무연탄의 발열량은 4500kcal/kg 이하이며, 유연탄의 발열량은 5000kcal/kg에서 7000kcal/kg 정도이다. 이러한 발열량의 차이로 인해 유연탄은 2000°C 이상의 높은 화력을 낼 수 있어 화력발전소 등에서 주로 사용된다.

무연탄(anthracite)은 고대 그리스어 ''anthrakítēs''(ἀνθρακίτης^grc)에서 유래했으며, "석탄과 같은"이라는 뜻을 가지고 있다.^[8] '''검은 석탄''', '''경석탄''', '''돌 석탄''' 등으로 불리기도 한다.

3. 주요 생산국

현재 주요 생산국으로는 러시아, 중국, 폴란드, 우크라이나가 있으며, 이들 국가의 추정 무연탄 매장량이 가장 많다. 베트남과 북한도 상당량의 매장량을 보유하고 있다.^[25]

지질학적으로 세계에서 가장 크고 집중된 무연탄 매장지는 미국 펜실베이니아주 북동부 스크랜턴과 그 주변의 래커와나 탄광에 있다. 현지에서는 석탄 지역이라고 불리는 이 매장지는 약 1240km²에 달하며, 원래 228억 숏톤(206억 8천만 톤)의 무연탄을 함유하고 있었다.^[24] 역사적인 채굴과 개발로 인해 현재는 약 70억 숏톤(63억 톤)의 채굴 가능한 매장량이 남아 있는 것으로 추정된다. 미국 내 다른 지역에도 콜로라도주 크레스티드뷰트와 같은 소규모 무연탄 매장지가 있다.

캐나다 브리티시컬럼비아주의 그라운드호그 무연탄 매장지는 세계 최대의 미개발 무연탄 매장지로, 15.7억ton의 고품위 무연탄을 보유하고 있다.^[26]

신생대 제3기 또는 백악기 시대의 무연탄은 캐나다 로키산맥의 크로우즈네스트 패스 지역과 페루 안데스산맥의 여러 곳에서 발견된다.

중국은 현재 세계 무연탄 생산량의 대부분을 차지하며, 세계 생산량의 4분의 3 이상을 생산한다.^[3] 미국의 현재 무연탄 생산량은 연간 약 500만 톤 정도이다.

고품질 및 초고품질 무연탄을 생산하는 국가로는 러시아와 남아프리카 공화국이 있으며, 이러한 무연탄은 제철 과정에서 원가 절감에 중요한 역할을 한다.

3. 1. 대한민국의 무연탄 생산

대한민국에서 생산되는 석탄은 주로 무연탄이며, 유연탄은 남한에서 전혀 나지 않고 전량 수입하고 있다. 대한민국에는 고생대 후기~중생대 초기에 형성된 퇴적암 지층 '''평안 누층군'''이 분포하는 지역에서 무연탄이 생산된다.

무연탄이 생산되는 주요 탄전은 다음과 같다:

탄전 이름	위치	평안 누층군 내 주요 함탄층
강릉탄전	강릉시	금천층, 장성층
삼척탄전	삼척시-태백시	금천층, 장성층
영월탄전	영월군
평창-정선탄전	평창군-정선군	금천층, 장성층
단양탄전	단양군	금천층, 장성층
문경탄전	문경시
보은탄전	보은군	금천층, 장성층
화순탄전	화순군	함탄층

이들 탄전 중 특히 금천층과 장성층에서 많은 양의 무연탄이 생산된다.

과거 주요 탄광 및 광업소와 관련 사건은 다음과 같다:

장성광업소
장성탄광 화재
도계광업소
동원탄좌 사북광업소
사북 사건
함백광업소
함백탄광 폭발 사고
은성광업소
은성탄광 화재
화순광업소

석탄 산업 관련 역사를 살펴볼 수 있는 곳은 다음과 같다:

대한석탄공사는 대한민국 석탄 산업의 주요 기관이었으며, 관련 인물로는 정창희 등이 있다.

4. 대한민국 무연탄 가격

대한민국의 무연탄 가격은 1930년대부터 물가 억제 정책으로 통제되어 왔다. 1964년부터 민영탄광에서 생산되는 무연탄은 자유매매 가격으로 하였으나, 1975년 자유매매 가격제를 폐지하고 등급별 최고가격 하나로 단일화하여 현재까지 시행하고 있다.

대한민국의 무연탄 등급별 가격 변화 추이 (연도는 가격 인상 시점)
급수	1급	2급	3급	4급	5급	6급	7급	8급	9급
발열량 (kcal/kg)	5,200~5,399	5,000~5,199	4,800~4,999	4,600~4,799	4,400~4,599	4,200~4,399	4,000~4,199	3,750~3,999	3,500~3,749
1982. 7. 1	37390KRW	35450KRW	33070KRW	31260KRW	29710KRW	27750KRW	26460KRW	25150KRW	23400KRW
1983. 5. 13	38240KRW	36390KRW	34570KRW	32740KRW	30930KRW	29130KRW	27370KRW	25570KRW	23730KRW
1984. 5. 17	39490KRW	37540KRW	35600KRW	33700KRW	31800KRW	29920KRW	28070KRW	26190KRW	24260KRW
1985. 4. 14	자율가격	자율가격	37570KRW	35640KRW	33740KRW	31830KRW	29920KRW	28010KRW	26100KRW
1986. 9. 3			40480KRW	38460KRW	36440KRW	34400KRW	32360KRW	30320KRW	28290KRW
1987. 4. 9			42420KRW	40310KRW	38190KRW	36050KRW	33190KRW	31780KRW	29650KRW
1988. 5. 10			45110KRW	42930KRW	40740KRW	38520KRW	36310KRW	34100KRW	31900KRW
1989. 6. 3			45110KRW	42930KRW	40740KRW	38520KRW	36310KRW	34100KRW	31900KRW
1994. 12. 19			45110KRW	42930KRW	40740KRW	38520KRW	자율가격	자율가격	자율가격
1997. 9. 1			52100KRW	49580KRW	47050KRW	44490KRW
1998. 10. 1			59910KRW	57010KRW	54100KRW	51160KRW
1999. 11. 1			68890KRW	65560KRW	62210KRW	58830KRW
2002. 12. 1			72300KRW	68840KRW	65320KRW	61770KRW
2003. 12. 1			75950KRW	72280KRW	68590KRW	64860KRW
2004. 12. 1			81650KRW	77700KRW	73730KRW	69720KRW
2005. 9. 1			89820KRW	85470KRW	81110KRW	76700KRW
2006. 12. 30			98800KRW	94020KRW	89200KRW	84370KRW
2007. 12. 31			107940KRW	103950KRW	99950KRW	95960KRW
2012. 9. 14			153600KRW	147920KRW	142230KRW	136560KRW

5. 무연탄의 성질

무연탄은 외관상 준광물인 제트와 비슷하며, 때때로 제트의 대용품으로 사용되기도 한다.

무연탄은 일반적인 역청탄과 경도(모스 경도계 기준 2.75~3),^[10] 1.3~1.4의 높은 비중, 그리고 종종 반금속성 광택을 띠며 약한 녹색 반사를 보이는 광택에서 차이가 있다. 고정 탄소 비율이 높고 휘발성 물질 비율이 낮다. 또한 부드럽거나 섬유질의 홈이 없으며 문질러도 손이 더러워지지 않는다.^[8] 역청탄이 무연탄으로 변하는 과정을 무연탄화라고 한다.

갓 채굴한 무연탄의 수분 함량은 일반적으로 15% 미만이다. 발열량은 습윤 무회분 기준으로 kg당 26~33 MJ(단위질량당 2200만~2800만 BTU)이다. 미국에서 소비되는 무연탄의 발열량은 수분과 무기물을 포함한 수취 기준으로 kg당 평균 29 MJ(톤당 2500만 BTU)이다.

2차 분할면과 균열의 발달로 인해 약간 변형되어 원래의 층리선(層理線)이 항상 쉽게 보이지는 않는다. 열전도율도 더 높아서 무연탄 덩어리는 같은 온도의 비슷한 역청탄 덩어리보다 따뜻한 손에 쥐었을 때 감지할 수 있을 정도로 더 차갑게 느껴진다.^[8]

6. 무연탄의 역사

웨일스 남서부에서는 적어도 중세 시대부터 무연탄이 가정용 연료로 사용되었는데,^[12] 당시에는 손더스풋(Saundersfoot) 근처에서 채굴되었다. 20세기 후반까지 남웨일스 석탄층(South Wales Coalfield) 서부 전역에서 대규모 무연탄 채굴이 이루어졌다.

미국에서는 1790년 펜실베이니아주(Pennsylvania) 포츠빌(Pottsville)에서 사냥꾼 네초 앨런(Necho Allen)이 현재 석탄 지대로 알려진 곳에서 무연탄을 발견하면서 무연탄 역사가 시작되었다. 전설에 따르면, 앨런은 브로드 마운틴(Broad Mountain)(슈일킬 계곡(Schuylkill Valley)) 기슭에서 잠이 들었다가 캠프파이어가 무연탄 노두에 불을 붙여 큰 불이 난 것을 보고 깨어났다고 한다. 1795년까지 슈일킬 강(Schuylkill River)에는 무연탄을 사용하는 용광로(blast furnace/iron furnace)가 건설되었다.

1808년 2월 11일, 펜실베이니아주 윌크스배리(Wilkes-Barre)의 제시 펠(Jesse Fell) 판사가 벽난로의 개방형 화격자에서 무연탄을 가정용 난방 연료로 실험적으로 처음 사용했다. 무연탄은 나무와 달리 아래쪽에서 공기를 공급해야 하며, 펠 판사는 자신의 화격자 디자인을 통해 무연탄이 실용적인 난방 연료임을 증명했다. 1808년 봄, 존과 아비야 스미스(John and Abijah Smith)는 펜실베이니아주 플리머스에서 처음으로 상업적으로 채굴된 무연탄을 서스쿼해나 강(Susquehanna River)을 따라 운송했으며, 이는 미국의 상업적 무연탄 채굴의 시작을 알리는 사건이었다.

무연탄의 점화 난이도는 초기 사용을 저해했는데, 특히 철 제련용 용광로에서 그러했다. 1828년 폐열을 이용하여 연소 공기를 예열하는 열풍(hot blast)이 개발되면서 무연탄은 선호되는 연료가 되었고, 15년 이내에 미국의 주철 생산량의 45%를 차지하게 되었다.^[13]

19세기 후반부터 1950년대까지 무연탄은 미국 북부에서 가정 및 기타 건물 난방에 가장 인기 있는 연료였으나, 석유 연소 시스템과 천연가스 시스템에 의해 대체되었다.

미국 남북 전쟁 동안 남부 연합군의 봉쇄 돌파선은 위치를 봉쇄선에 노출시키지 않기 위해 무연탄을 무연 연료로 사용했다.^[14]

우튼 화실(Wootten firebox)의 발명으로 증기 기관차는 폐석탄(culm)을 효율적으로 직접 연소할 수 있게 되었다. 20세기 초, 델라웨어, 라카와나 앤 웨스턴 철도(Delaware, Lackawanna and Western Railroad)는 여객 기관차에 더 비싼 무연탄만을 사용하기 시작했고, 자신들을 "무연탄의 길(The Road of Anthracite)"이라고 부르며, 자사 노선을 이용하는 여행객들은 옷이 그을음에 얼룩지지 않고 기차 여행을 할 수 있다고 광고했다. 이 광고에는 피비 스노우(Phoebe Snow (character))라는 흰옷을 입은 여성과 "내 드레스는 깨끗해/아침부터 밤까지/무연탄의 길 위에서"와 같은 구절이 담긴 시가 등장했다.

7. 현재의 무연탄

오늘날 무연탄은 주로 가정용 난방 연료로 사용되며, 수동 연소 스토브나 자동 스토커 용광로에서 사용된다. 무게당 에너지 함량이 높고 그을음이 거의 없이 깨끗하게 연소되어 이러한 용도에 적합하지만, 가격이 비싸 발전소에서는 사용하기 어렵다. 그 외에도 미세 입자는 정수 필터 재료로 사용되고, 숯 브리케트의 원료로도 사용된다. 무연탄은 영국의 1993년 청정대기법에 따라 허가된 연료로, 런던 중심부와 같이 지정된 연기 관리 구역 내에서도 사용할 수 있다.^[3]

중국은 현재 세계 무연탄 생산량의 대부분을 차지하며, 세계 생산량의 4분의 3 이상을 생산한다.^[3] 미국의 현재 무연탄 생산량은 연간 약 500만 톤이며, 그중 약 180만 톤이 펜실베이니아주에서 채굴된다.^[19] 펜실베이니아주 무연탄 채굴은 오늘날까지 동부 펜실베이니아주에서 계속되고 있으며, 주 총생산량의 최대 1%를 차지한다. 대한민국에서는 석탄산업 합리화 정책 이후 무연탄 생산량이 감소했으나, 여전히 일부 지역에서 채굴이 이루어지고 있다.

러시아와 남아프리카공화국은 고품질 및 초고품질 무연탄을 생산하는 국가이다. 이러한 고품질 무연탄은 제철 과정에서 원가 절감에 중요한 역할을 하며, 페로합금, 실리코망간, 탄화칼슘 및 탄화규소 생산에도 사용된다.

7. 1. 무연탄의 등급

무연탄은 탄소 함량에 따라 표준 등급, 고품질(HG) 무연탄, 초고품질(UHG) 무연탄의 세 가지 등급으로 분류된다. 표준 등급은 가정용 연료 및 산업용 발전에 사용된다. 고품질 및 초고품질 무연탄은 탄소 함량이 더 높아 제철 및 기타 야금 산업 분야에 사용된다.

	표준 등급 무연탄	고품질(HG) 무연탄	초고품질(UHG) 무연탄	코크스
수분 (최대)	15%	15%	13%	5%
재 (최대)	20%	15%	12%	14%
휘발성 물질 (최대)	10%	10%	5%	2%
고정탄소 (최소)	73%	80%	85%	84%
황 (최대)	1%	1%	0.6%	0.8%

고품질(HG) 및 초고품질(UHG) 무연탄은 무연탄 중 가장 높은 등급으로, 석탄화 정도가 가장 높고 탄소 함량과 에너지 함량이 가장 높으며 불순물(수분, 재, 휘발성 물질)이 가장 적다. 초고품질(UHG) 무연탄은 일반적으로 최소 탄소 함량이 95%이다.

고품질 및 초고품질 무연탄은 주로 야금에서 코크스를 대체하여 사용된다. 소결 및 펠릿화 공정뿐만 아니라 분탄 분사(PCI)와 용광로에 직접 주입하는 데에도 사용된다. 정수 및 가정용 무연 연료로도 사용될 수 있다.

7. 2. 무연탄의 크기 분류

미국에서 일반적으로 사용되는 무연탄의 크기 분류는 다음과 같다.^[18]

크기별 표준 분류
명칭	야드-파운드법(인치)	미터법(mm)
체스트넛
피
벅위트
라이스
보리

미국에서 가정 난방에 주로 사용되는 크기는 체스트넛, 피, 벅위트, 라이스이며, 체스트넛과 라이스가 가장 인기 있다. 체스트넛과 피는 수동 투입식 용광로에 사용되며, 더 작은 라이스와 벅위트는 자동 스토커 용광로에 사용된다. 현재는 용광로의 사용 편의성과 인기로 인해 라이스가 가장 수요가 많다.

남웨일스에서는 덜 정교한 분류 체계를 채택하지만, 최고급 맥아 석탄으로 알려진 고품질 석탄에서 황철석 입자를 손으로 꼼꼼하게 골라내고 세척하는 데 주의를 기울인다. 이 석탄은 맥아 건조에 사용된다.^[18]

8. 지하 화재

역사적으로 지하 석탄층에 불이 붙는 경우가 종종 있었는데, 이는 대개 부주의하거나 불운한 채굴 활동으로 인해 발생했다.^[23] 발화된 석탄층은 발견되지 않은 통풍구를 통해 산소를 공급받아 수년 동안 꺼지지 않고 잔불로 남아 있을 수 있다. 인구 밀집 지역의 배기구는 곧 감지되어 봉쇄되지만, 사람이 살지 않는 지역에서는 발견되지 않은 채 남아 있기도 한다. 때로는 지나가는 사람들이 연기를 감지하여 배기구가 발견되기도 하는데, 주로 산림 지역에서 발생한다. 이러한 화재를 진압하려는 시도가 실패로 돌아가기도 했으며, 오늘날에도 여러 곳에서 연소 지역이 존재한다. 지하 연소 지역은 겨울철에 전도된 열로 인해 눈이 녹는 현상으로 확인되기도 한다. 이 열을 지열 에너지로 활용하려는 제안은 성공적이지 못했다.

1962년 펜실베이니아주 센트럴리아에서 발생한 무연탄 정맥 화재는 현재까지도 계속 타오르고 있으며, 한때 번성했던 이 지역을 유령 도시로 만들었다.^[23]

참조

_[1] 웹사이트 Coal explained https://www.eia.gov/[...] U.S. Energy Information Administration 2022-01-16
_[2] 웹사이트 The State of Coal and Renewable Energy in Schuylkill County https://medium.com/@[...] 2019
_[3] 웹사이트 International Energy Statistics http://www.eia.gov/c[...] Energy Information Administration
_[4] 논문 Rank of Coal and Metamorphic Grade of Rocks of the Narragansett Basin of Rhode Island 1958
_[5] 웹사이트 MIN 454: Underground Mining Methods handout; from course at the University of Alaska Fairbanks https://web.archive.[...] 2009-05-05
_[6] 서적 Coal Mining Technology: Theory and Practice Society for Mining Metallurgy
_[7] 웹사이트 The Coal Resource: A Comprehensive Overview of Coal http://www.worldcoal[...] World Coal Institute
_[8] 백과사전 anthracite http://dictionary.oe[...] Oxford University Press 1989
_[9] 웹사이트 Huber Coal Breaker, 101 South Main Street, Ashley, Luzerne County, PA https://www.loc.gov/[...] Library of Congress 1991-12-14
_[10] 서적 Mineral Resources of the Appalachian Region; USGS Professional Paper 580 USGS
_[11] 서적
_[12] 서적 The Description of Pembrokeshire Gomer Press
_[13] 서적 Inside the Black Box: Technology and Economics https://archive.org/[...] Cambridge University Press
_[14] 서적 Waters of Discord: The Union Blockade of Texas During the Civil War https://books.google[...] McFarland 2008
_[15] 뉴스 King Coal Country Debates a Sacrilege, Gas Heat https://www.nytimes.[...] 2008-06-10
_[16] 웹사이트 Coal prices and outlook - U.S. Energy Information Administration (EIA) https://www.eia.gov/[...] 2023-05-13
_[17] 웹사이트 uksmokecontrolareas.co.uk https://web.archive.[...]
_[18] 웹사이트 Petmin Annual Report 2011 http://www.petmin.co[...]
_[19] 웹사이트 retrieved January 3, 2011 http://coaldiver.org[...] Coaldiver.org 2018-01-24
_[20] 웹사이트 Coal characteristics: Indiana Center for Coal Technology Research Basic Facts File #8 http://www.purdue.ed[...] Indiana Center for Coal Technology Research 2012-05-15
_[21] 웹사이트 Molar mass of C240H90O4NS http://www.webqc.org[...]
_[22] 웹사이트 Definition of semianthracite https://www.merriam-[...] Merriam-Webster 2022-01-11
_[23] 웹사이트 The Smoldering Ruins of Centralia http://www.damninter[...] 2006-08-29
_[24] 논문 Anthracite Reserves https://web.archive.[...] 1945-12
_[25] 웹사이트 Marston – Anthracite production and exports: A world map http://www.marston.c[...]
_[26] 웹사이트 Atrum Coal Groundhog Project – Atrum Coal https://web.archive.[...] 2013-11-24

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