광석

3. 광상

광상(ore deposit)은 모암 내에 경제적으로 채굴 가치가 있는 광물이 모여 있는 곳이다.^[9] 광상은 광물 자원과는 구별되는데, 광물 자원은 경제적으로 채산성이 있는 충분히 높은 농도로 발생하는 광상이기 때문이다.^[4] 광상은 특정 광석 유형의 한 가지 산출 형태이며,^[10] 위치, 발견자, 역사적 인물, 신화 속 존재, 또는 발견 회사의 코드명 등을 따서 명명된다.^[11][12][13] 예를 들어 캄발다 니켈 맥체는 시추공 시추자의 이름을 따서 명명되었고,^[11] MKD-5는 마운트 키스 니켈 황화물 광상의 사내 명칭이었다.^[13]

3. 1. 광상의 분류

3. 1. 1. 마그마성 광상

• 페그마타이트는 매우 조립질인 화성암이다. 지표 아래 깊은 곳에서 천천히 결정화되어 매우 큰 결정 크기를 갖게 된다. 대부분 화강암질 조성을 가지고 있다. 석영, 장석, 스포듀민, 페탈라이트 및 희유 리토필 원소와 같은 산업 광물의 중요한 공급원이다.^[14]

• 탄산염암은 전체 부피의 50% 이상이 탄산염 광물로 구성된 화성암이다. 일반적으로 대륙 열곡대에서 맨틀 유래 마그마로부터 생성된다. 다른 어떤 화성암보다 더 많은 희토류 원소를 함유하고 있으며, 따라서 경희토류 원소의 주요 공급원이다.^[15]
• 마그마성 황화물 광상은 상승하는 맨틀 용융체가 지각과의 상호 작용을 통해 황을 얻으면서 형성된다. 이로 인해 존재하는 황화광물이 불혼합성을 나타내며, 용융체가 결정화될 때 석출된다.^[16][17] 마그마성 황화물 광상은 우세한 광석 원소에 따라 두 가지 그룹으로 나눌 수 있다.
• * 코마타이트, 사장암 복합체 및 현무암 대지에서 발견되는 Ni-Cu.^[16] 여기에는 유일하게 알려진 운석 충돌구(astrobleme) 광석 공급원인 서드베리 니켈 분지도 포함된다.^[17]
• * 대규모 마피암 관입암체와 토레이이트 암석에서 유래하는 백금족 원소(PGE).^[16]
• 층상 크로마이트는 PGE 마그마성 황화물 광상과 밀접하게 관련되어 있다.^[18] 이러한 고마피암 관입암체는 유일한 크롬 광석인 크로마이트의 공급원이다.^[19] 이들은 층상 모양과 모암으로의 층상 마그마 주입을 통한 형성으로 인해 이러한 이름이 붙여졌다. 크롬은 일반적으로 관입암체의 하부에 위치한다. 전형적으로 대륙 크라톤 내 관입암체에서 발견되며, 가장 유명한 예로는 남아프리카 공화국의 부시벨트 복합체가 있다.^[18][20]
• 포디폼 크로마이트는 복잡한 마그마 혼합으로 인해 초염기성 해양암에서 발견된다.^[59] 이들은 사문암과 듀나이트가 풍부한 층에 존재하며, 크로마이트의 또 다른 공급원이다.^[19]
• 킴벌라이트는 다이아몬드의 주요 공급원이다. 맨틀 150km 깊이에서 유래하며, 대부분 지각 크세노크리스탈, 다량의 마그네슘, 기타 미량 원소, 기체, 그리고 경우에 따라 다이아몬드로 구성되어 있다.^[78]

3. 1. 2. 변성 광상

• 스카른은 전 세계적으로 다양한 지질 환경에서 발견된다.^[21] 스카른은 접촉 변성 작용이나 광역 변성 작용, 또는 유체 관련 변성 교대 작용을 통해 석회암과 같은 탄산염의 재결정화에서 유래된 규산염 광물이다.^[22] 모든 스카른이 경제적 가치를 지니는 것은 아니지만, 경제적 가치를 지닌 스카른은 Ca, Fe, Mg, Mn 등과 같은 주요 원소에 따라 분류된다.^[21][22] 스카른은 가장 다양하고 풍부한 광상 중 하나이다.^[22] 따라서 주로 석류석과 휘석과 같은 일반적인 광물학에 따라 분류된다.^[21]
• 그라이젠은 스카른과 마찬가지로 변성된 규산염, 석영-운모 광상이다. 관입하는 마그마에 의한 변질 작용으로 화강암 원암에서 형성되며, 텅스텐석, 카시테라이트, 스타나이트, 석회우라늄광과 같은 형태의 주석과 텅스텐의 중요한 광원이다.^[23][24]

3. 1. 3. 반암 동광상

3. 1. 4. 열수 광상

• 미시시피 계곡형 광상(MVT)은 탄산염 지층 내에서 비교적 차가운 저층의 소금물에서 침전된다. 이 광상은 납과 아연 황화물 광석의 공급원이다.^[65]
• 퇴적층 내 층상 구리 광상(SSC)은 구리 황화물이 적도 근처의 퇴적 분지 내 소금물에서 침전될 때 형성된다.^[25][29] 이 광상은 포르피리 구리 광상 다음으로 두 번째로 흔한 구리 광석 공급원이며, 세계 구리 생산량의 20%를 공급하는 외에도 은과 코발트도 생산한다.^[25]
• 화산성 대규모 황화물 광상(VMS) 광상은 해저에서 금속이 풍부한 용액의 침전으로 형성되며, 일반적으로 열수 활동과 관련이 있다. 이 광상은 일반적으로 산재한 황화물과 광맥 위에 있는 황화물이 풍부한 큰 봉분의 형태를 띠고 있다. VMS 광상은 아연(Zn), 구리(Cu), 납(Pb), 은(Ag) 및 금(Au)의 주요 공급원이다.^[62]

  

• 퇴적성 분출성 황화물 광상(SEDEX)은 금속이 풍부한 소금물에서 VMS와 같은 방식으로 형성되는 구리 황화물 광석이지만, 퇴적암에 포함되어 있으며 화산 작용과 직접적으로 관련이 없다.^[23][30]
• 조산대 금 광상은 금의 주요 공급원이며, 금 생산량의 75%가 조산대 금 광상에서 나온다. 광상은 후기 조산 운동(''조산 운동 참조'') 동안 변성 작용으로 인해 금을 함유한 유체가 관절과 균열로 이동하여 침전될 때 형성된다. 이 광상은 석영맥과 강하게 상관관계가 있는 경향이 있다.^[1]
• 열수맥 광상은 지각의 천부에서 금속 함유 유체가 맥과 스톡워크로 집중되어 침전 조건이 유리할 때 형성된다.^[23][19] 이 화산 관련 광상은 금과 은 광석의 공급원이며, 주요 침전물이다.^[19]

3. 1. 5. 퇴적 광상

3. 1. 6. 망간 단괴

4. 광석 채굴

광석 채굴은 일반적으로 탐광, 광물 탐사, 타당성 조사, 개발, 생산, 복원 단계를 거친다.^[4] 1~3단계 과정에서 광체의 경제성에 대한 정보를 더 많이 얻게 되면서 잠재적인 광체는 지속적으로 제외된다.^[40]

20세기 중반 이후 광석 발견율이 꾸준히 감소함에 따라, 대부분 지표면에 있는 접근이 용이한 광원은 고갈된 것으로 생각된다. 따라서 점점 더 낮은 등급의 광상을 이용해야 하며, 새로운 채굴 방법을 개발해야 한다.^[1]

4. 1. 탐광

4. 2. 광물 탐사

4. 3. 타당성 조사

4. 4. 개발

4. 5. 생산

4. 6. 복원

5. 광산의 환경 문제

일부 광석에는 중금속, 독소, 방사성 동위원소 등 환경이나 건강에 위험이 될 수 있는 부정적인 화합물이 포함되어 있다. 광석과 그 광미가 미치는 정확한 영향은 함유된 광물에 따라 다르다. 특히 우려되는 광미는 과거 광산의 광미인데, 과거에는 밀폐 및 복원 방법이 거의 없어 주변 환경으로의 용출 수준이 높았기 때문이다.^[5] 수은과 비소는 특히 우려되는 광석 관련 원소이다.^[44]

광석에서 발견되는 기타 원소로는 철, 납, 우라늄, 아연, 규소, 티타늄, 황, 질소, 백금 및 크롬이 있으며, 생물체에 유해한 영향을 미칠 수 있다.^[45] 이러한 원소에 노출되면 호흡기 및 심혈관 문제와 신경계 문제가 발생할 수 있다.^[45] 이러한 원소들은 물에 용해될 경우 수생 생물에게 특히 위험하다.^[5] 황화 광물 광석과 같은 광석은 주변 환경과 물의 산성도를 심각하게 높여 생태계에 여러 가지 장기적인 영향을 미칠 수 있다.^[5][46] 물이 오염되면 이러한 화합물을 광미 매립지에서 멀리 운반하여 영향 범위를 크게 확대할 수 있다.^[45]

우라늄 광석 및 기타 방사성 원소를 포함하는 광석은 누출이 발생하고 동위원소 농도가 배경 수준을 초과하면 상당한 위협이 될 수 있다. 방사선은 심각하고 장기적인 환경 영향을 미치고 생물체에 돌이킬 수 없는 피해를 줄 수 있다.^[47]

6. 광석의 역사

야금술은 금, 납, 구리와 같은 자연 금속을 직접 가공하는 것으로 시작되었다.^[48] 예를 들어, 사광상은 최초의 자연금 광원이었을 것이다.^[6] 최초로 채굴된 광석은 7000년 전 차탈뢰위크에서 채굴된 녹청석과 청동석과 같은 구리 산화물이었다.^[49][50][51] 이들은 채굴이 비교적 용이했고 제련에 필요한 요건도 기본적이었다.^[48][51] 과거에는 지표면에 이러한 광물들이 더 풍부했을 것으로 여겨진다.^[51] 이후 산화물 자원이 고갈되고 청동기 시대가 진행됨에 따라 구리 황화물이 사용되었을 것이다.^[48][52] 이 시기에 갈레나 제련으로 납 생산이 이루어졌을 가능성도 있다.^[6]

비소-구리 황화물의 제련은 최초의 청동 합금을 만들었을 것이다.^[49] 그러나 대부분의 청동 제작에는 주석이 필요했고, 따라서 주석의 주요 원료인 카시테라이트의 채굴이 시작되었다.^[49] 약 3000년 전, 메소포타미아에서 철광석의 제련이 시작되었다. 산화철은 지표면에 매우 풍부하며 다양한 과정을 통해 형성된다.^[6]

18세기까지 금, 구리, 납, 철, 은, 주석, 비소, 수은만이 채굴되고 사용되었다.^[6] 최근 수십 년 동안 다양한 첨단 기술 응용 분야에서 희토류 원소의 채굴이 증가하고 있다.^[53] 이는 희토류 광석에 대한 지속적인 탐색과 해당 원소를 추출하는 새로운 방법으로 이어졌다.^[53][54]

7. 광석의 국제 무역

광석(금속)은 국제적으로 거래되며, 가치와 양 모두에서 국제 원자재 무역의 상당 부분을 차지한다. 이는 전 세계 광석 분포가 불균등하고 최대 수요 지역 및 제련 시설과 위치가 다르기 때문이다.

대부분의 비철금속(구리, 납, 아연, 니켈)은 런던금속거래소에서 국제적으로 거래되며, 미국 뉴욕상업거래소(COMEX)와 NYMEX 거래소, 중국의 상하이선물거래소에서 더 작은 규모의 비축량과 금속 거래가 모니터링된다. 세계 크롬 시장은 현재 미국과 중국이 주도하고 있다.^[55]

철광석은 고객과 생산자 간에 거래되지만, 주요 광업 대기업과 주요 소비자 간에 분기별로 다양한 기준 가격이 설정되며, 이는 소규모 참가자를 위한 기반을 마련한다.

다른 소규모 상품들은 국제 결제소와 기준 가격이 없으며, 대부분의 가격은 공급업체와 고객 간 일대일 협상으로 결정된다. 이는 일반적으로 이러한 종류의 광석 가격을 불투명하고 결정하기 어렵게 만든다. 이러한 금속에는 리튬, 니오븀-탄탈럼, 비스무트, 안티몬 및 희토류가 포함된다. 이러한 상품의 대부분은 세계 매장량의 60% 이상을 차지하는 1~2개의 주요 공급업체가 지배하고 있다. 중국은 현재 희토류 세계 생산을 선도하고 있다.^[56]

세계은행 보고서에 따르면, 2005년 중국이 미국과 일본에 이어 광석과 금속 수입 1위 국가였다.^[57]

8. 주요 광석 광물

광석을 구성하는 유용한 광물을 광석 광물이라고 하며, 불필요한 광물은 맥석(gangue) 광물이라고 한다.^[2][3]

주요 광석 광물은 다음과 같다.

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