인광석
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1. 개요
인광석은 퇴적 환경과 생성 과정에 따라 분류되는 인산염 광물로, 비료, 화학 물질 등 다양한 산업 분야에서 활용된다. 인광석은 원시 상태, 농집 상태, 타지성 상태로 분류되며, 얕은 연안 해양, 하구, 용승 지역 등 다양한 퇴적 환경에서 생성된다. 인광석은 화석질, 구아노, 화성 광상 등 세 가지 주요 광상 유형으로 존재하며, 세계적으로 중국, 미국, 모로코 등에서 주로 생산된다. 인광석은 비료 생산에 가장 많이 사용되며, 최근 고품질 인광석 매장량 감소, 곡물 수요 증가 등으로 가격 변동이 심하다.
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| 인광석 | |
|---|---|
| 지도 | |
| 개요 | |
| 정의 | 다량의 인산염 광물을 함유한 퇴적암 |
| 구성 | |
| 주요 성분 | 인산염 광물 |
| 형태 | 입자형 결절형 덩어리형 층상형 |
| 생성 | |
| 환경 | 얕은 해양 환경 |
| 과정 | 인산염의 침전 유기물의 분해 생물 활동 |
| 매장 지역 | |
| 주요 지역 | 북아프리카 중동 미국 중국 러시아 |
| 용도 | |
| 주요 용도 | 비료 생산의 원료 인산 화합물 제조 |
| 참고 문헌 | |
| 참고 자료 | FAO - 지속 가능한 농업을 위한 인광석 사용 퇴적 지질학 사우디아라비아 북서부의 하즘 알-잘라미드에 있는 초기 팔레오기 인광염 퇴적물의 암석학 인광석 |
2. 인광석의 분류 및 퇴적 환경
인광석은 퇴적 환경과 생성 과정에 따라 다양하게 분류된다. 인산염은 매우 얕은 연안 해양이나 저에너지 환경, 해양 용승 지역 등에서 주로 발견된다.
인산염 퇴적 유형은 다음과 같다.
- 인산염 결핵: 대륙붕 바닥에 무작위로 분포하는 구형 농집체이다. 대부분 모래 크기지만, 결핵이라고 불리는 더 큰 입자는 수십 센티미터에 달하기도 한다. 칠레 북부 해역에서 많이 발견된다.[11]
- 생물쇄설성 인산염 또는 뼈층: 작은 골격 입자와 코프롤라이트(분화석)가 농축된 층상 인산염 퇴적물이다.[4] 일부는 완족류 같은 무척추동물 화석을 포함하며, 퇴적 후 인산염 광물에 의해 고결되기도 한다.[8]
- 인산염화 작용: 드문 유형의 퇴적 작용으로, 인산염이 풍부한 유체가 구아노에서 용탈되어 석회암에 농축, 재침전된다.[4] 인산염화된 화석이나 인산질 패각 파편이 주 구성 요소이다.
- 대륙붕 해성 인산염: 해양 대륙붕 환경 내에 존재하며, 넓고 얕은 크라톤 환경에 해당한다. 입상 인산염, 인산염 경화층, 덩어리들이 발견된다.[12]
- 대륙붕 인산염: 수렴형, 소극적, 용승류, 비용승류 환경에서 경화층, 덩어리, 입상 층 형태로 축적된다. 퇴적물 상부 수십 센티미터에서 초기 성층 작용 중 탄산불화인회석 침전에 의해 축적된다. 유기물이 풍부한 퇴적, 강한 연안 용승류, 뚜렷한 저산소대, 또는 산소가 풍부한 저층수와 유기물 부족 퇴적물 조건에서 형성될 수 있다.[12]
- 해산 인산염: 해산, 기요, 평평한 정상을 가진 해산, 해산 해령에서 발견된다. 철과 마그네슘을 함유하는 껍질과 함께 생성되며, 철 산화 환원 인 순환 내에서 인의 생산성이 재활용된다. 이 순환은 glauconite를 형성하기도 한다.[12]
- 섬 인산염: 석회암 섬, 고원, 산호초로 둘러싸인 석호 또는 환초 석호, 해양 호수를 포함하는 산호섬에 위치한다. 구아노에서 유래하며, 심해 퇴적물이 대체되어 해저에서 제자리에 형성된 침전물을 생성한다.[12]
2. 1. 분류
인광석은 다음과 같이 분류할 수 있다.- 원시 상태: 원시 상태의 인산염은 생흔 교란을 겪지 않은 것이다. 인산염 퇴적물, 인산염화된 스트로마톨라이트 및 인산염 경화지층이 교란되지 않았을 때 "원시 상태"라고 한다.[12]
인광석 자원으로 중요한 광상은 생성 원인에 따라 세 가지로 분류된다. 인의 채취는 광석 외에도 활성슬러지와 철강슬래그 등 산업폐기물에서도 기술적으로 채취가 가능하다.
; 화석질 광상
: 고대의 동식물과 미생물이 기원이 된 비교적 대규모의 인광석 광상으로, 미국, 모로코, 요르단 등에 존재한다. 현재 인광석의 대부분은 이 광상에서 공급되고 있다.
; 과아노 광상
: 별항 참조. 조분석, 분화석질 인광석이라고도 한다. 페루의 친차 제도, 나우루, 앙가우르섬, 일본 국내에서는 오키다이토섬(라사섬) 등에 존재했다.
; 화성 광상
: 지각 변동에 의해 생성된 금속 광상 등과 같은 무기질의 인광석 광상으로, 러시아의 콜라반도에 대규모 광상이 존재한다.
2. 2. 퇴적 환경
인산염은 다양한 퇴적 환경에서 퇴적되는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 인산염은 매우 얕은 연안 해양 또는 저에너지 환경에서 퇴적된다. 여기에는 초조간대, 조간대, 그리고 가장 중요하게는 하구 환경이 포함된다.[8] 해양 용승 지역은 인산염 형성의 주요 지역인데, 이는 깊고 광대한 해양 저류층에서 끊임없이 공급되는 인산염의 흐름 때문이다.[12]- '''초조간대:''' 초조간대 환경은 조간대 시스템의 일부로, 강한 파랑 활동이 없는 곳이다. 조간대 시스템 내에서 초조간대는 매우 높은 조위에 위치한다. 그러나 극심한 조류에 의해 범람될 수 있으며, 조류 수로에 의해 가로질러질 수 있다. 이곳은 지상에 노출되어 있지만, 사리 때 한 달에 두 번 범람한다.[9]
- '''조간대 환경:''' 조간대는 조간대 시스템의 일부이다. 조간대는 평균 고조위와 저조위 사이에 위치하며, 조석 변화의 영향을 받으므로 하루에 한두 번 지상에 노출된다. 대부분의 식물 성장을 지탱할 만큼 오랫동안 노출되지 않는다. 이 지역에는 부유 퇴적과 저질 퇴적물이 모두 포함되어 있다.[9]
- '''하구 환경:''' 하구는 개방된 바다로 흘러드는 강의 하류에 위치한다. 침수된 계곡 시스템의 바다쪽 구역에 있기 때문에 해양과 하천 모두로부터 퇴적물을 받는다. 이곳에는 조류와 파랑, 하천 과정의 영향을 받는 지층이 포함되어 있다. 하구는 조류 지층의 육지쪽 경계에서 해안 지층의 바다쪽 경계까지 뻗어 있는 것으로 간주된다. 인산염은 종종 하구 환경 내의 피오르드에 퇴적된다. 피오르드는 얕은 문턱이 있는 하구이며, 홀로세 해수면 상승 동안 빙하 침식으로 인해 U자형 계곡이 침수되어 형성되었다.[9]
인산염의 가장 흔한 발생은 강한 해양 퇴적물 용승과 관련이 있다. 용승은 심해 해류가 연안 표면으로 상승하여 많은 양의 인산염이 퇴적될 때 발생한다. 이러한 유형의 환경은 인산염이 일반적으로 규산염, 처트와 관련이 있는 주된 이유이다. 하구는 또한 인의 "함정"으로 알려져 있는데, 이는 연안 하구에 염생식물과 저서성 조류로부터 높은 생산성의 인이 포함되어 있어 생물체와 사체 사이의 평형 교환이 가능하기 때문이다.[10]
2. 3. 인산염 퇴적 유형
인산염 퇴적 유형은 다음과 같다.- 원시 상태: 원시 상태의 인산염은 생흔 교란을 겪지 않은 상태이다. 즉, 인산염 퇴적물, 인산염화된 스트로마톨라이트, 인산염 경화지층이 교란되지 않은 상태를 의미한다.[12]
- 인산염 결핵: 대륙붕 바닥을 따라 무작위로 분포하는 구형 농집체이다. 대부분의 인산염 입자는 모래 크기이지만, 2mm보다 큰 입자도 존재할 수 있다. 결핵이라고 하는 더 큰 입자는 크기가 수십 센티미터에 달할 수 있다. 인산염 결핵은 칠레 북부 해역에서 상당량 발견되는 것으로 알려져 있다.[11]
- 생물쇄설성 인산염 또는 뼈층: 뼈층은 작은 골격 입자와 코프롤라이트(분화석)가 농축된 층상 인산염 퇴적물이다.[4] 일부에는 완족류와 같은 무척추동물 화석도 포함되어 있으며, 퇴적 작용 후 P2O5가 더욱 풍부해진다. 생물쇄설성 인산염은 인산염 광물에 의해 고결될 수도 있다.[8]
- 인산염화 작용: 인산염화 작용은 드문 유형의 퇴적 작용이다. 이는 인산염이 풍부한 유체가 구아노에서 용탈될 때 발생한다.[4] 이들은 그 후 석회암에 농축되어 재침전된다. 인산염화된 화석이나 원래 인산질 패각의 파편은 이러한 퇴적물 내에서 중요한 구성 요소이다.
3. 인 순환
인은 지구 시스템에서 순환하는 중요한 원소이며, 생태계 유지에 필수적이다. 인의 가장 많은 축적은 주로 해저에 있다. 인의 축적은 대기 강수, 먼지, 빙하 융빙수, 우주 활동, 지하 열수 화산 활동 및 유기물의 퇴적에 의해 발생한다. 용존 인의 주요 유입은 대륙 풍화 작용에서 비롯되며, 강을 통해 바다로 운반된다.[7] 그런 다음 미생물과 대형 생물 모두에 의해 처리된다. 규조류 플랑크톤, 식물성 플랑크톤 및 동물성 플랑크톤은 물 속의 인을 처리하고 용해시킨다. 특정 어류(예: 멸치)의 뼈와 이빨은 인을 흡수하여 나중에 해양 퇴적물에 퇴적되고 매장된다.[8]
해양 수온의 pH와 염도에 따라 유기물은 부패하여 얕은 분지의 퇴적물에서 인을 방출한다. 박테리아와 효소는 물-바닥 계면에서 유기물을 용해시켜 인을 생물학적 순환의 시작으로 되돌린다. 유기물의 광물화는 또한 인을 해양으로 다시 방출할 수 있다.[8]
4. 인광석 광상
인광석 자원은 생성 원인에 따라 화석질 광상, 과아노 광상, 화성 광상의 세 가지로 분류된다. 인광석의 채취는 광석 외에도 활성 슬러지나 철강슬래그 같은 산업 폐기물에서도 기술적으로 가능하다.
4. 1. 화석질 광상
고대의 동식물과 미생물이 기원이 된 비교적 대규모의 인광석 광상으로, 미국, 모로코, 요르단 등에 존재한다. 현재 인광석의 대부분은 이 광상에서 공급되고 있다.[1]4. 2. 구아노 광상
조류 또는 박쥐의 배설물이 축적되어 형성된 광상이다. 조분석, 분화석질 인광석이라고도 한다. 페루의 친차 제도, 나우루, 앙가우르섬, 일본 국내에서는 오키다이토섬(라사섬) 등에 존재했다.4. 3. 화성 광상
지각 변동에 의해 생성된 금속 광상 등과 같은 무기질 인광석 광상으로, 러시아 콜라반도에 대규모 광상이 존재한다.5. 인광석 생산 및 이용
인광석은 인을 함유하여 채굴할 만큼 경제적인 가치가 있는 광상을 말한다. 인산염의 주요 원천은 구아노(조류나 박쥐 배설물)와 아파타이트(인산칼슘 광물)이다.[22]
인산염 광석은 채굴된 후, 세척, 부유선광, 소성 등의 제련 과정을 거쳐 인산염 암석으로 만들어진다. 채굴된 광석은 지방산으로 처리되어 인산칼슘이 소수성을 띄도록 한다. 이렇게 만들어진 인산염 암석은 습식법으로 인산을 생산하거나, 원소 인을 생산하는 데 사용된다. 인산은 과인산석회 비료나 인산암모늄 비료 생산에 쓰이며, 원소 인은 오황화인, 오산화인, 삼염화인 등의 기초 물질이 된다.
경성인회석(phosphoniter)은 인(P), 질소(N), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 규산, 망간 등 미량요소가 함유된 착물구조로 한국에서 발견된 신종 광물이다.[23]
5. 1. 생산
전 세계 인광석 생산량은 2009년 기준 1억 5,777만 톤이며, 중국, 미국, 모로코 3개국이 세계 생산량의 67%를 차지한다.[22] 2018년 기준 세계 총 경제적 매장량은 70기가톤이다.[14] 주요 생산국은 중국, 미국, 모로코, 러시아, 튀니지 등이다.[22][15]2012년 기준으로 중국, 미국, 모로코가 세계 최대 인산염 광산국이며, 2012년 생산량은 각각 77메가톤, 29.4 Mt, 26.8 Mt(모로코 사하라 사막 2.5 Mt 포함)이었고, 세계 생산량은 195 Mt에 달했다.[15] 인도에는 약 2억 6천만 톤의 인산염 암석이 매장되어 있는 것으로 추정된다.[16] 브라질, 러시아, 요르단 등도 상당한 생산량을 기록하는 국가들이다.[15]
2008년 인산염 광석 생산량은 다음과 같다.[19]
| 국가 | 생산량 (톤) | 비율 (%) |
|---|---|---|
| 중화인민공화국 | 50700000ton | 31.5 |
| 미국 | 30200000ton | 18.8 |
| 모로코 | 25000000ton | 15.5 |
| 러시아 | 10400000ton | 6.5 |
| 튀니지 | 8000000ton | 5.0 |
일본에서는 오키나와현 기타다이토손 오키다이토섬(라사섬)의 라사섬 광업소가 주요 산지로 유명했다. 1911년에 가동을 시작하여 1944년 제2차 세계 대전의 전황 악화로 폐산했다.
5. 2. 북한의 인회석
북한에는 인광석은 없고 인회석이 많이 매장되어 있다. 북한의 인회석 매장량은 1.5억 톤(인 30% 기준)으로 세계적인 규모이다. 북한의 인회석 주요 매장 지역은 함경남도와 평안남도, 평안북도이다. 그러나 북한은 인회석 매장량이 많음에도 불구하고 품위가 낮아(대부분 인 5∼10%) 모로코, 중국 등에 비해 개발 경쟁력이 낮다. 그러나 인광석의 국제가격 상승으로 개발 잠재성이 커져가고 있다.[22]5. 3. 이용
전 세계 인광석 생산량의 약 90%는 비료와 동물 사료 첨가제로 사용되고, 나머지는 산업용 화학 물질로 사용된다.[1] 인산염 광석에서 추출한 인은 식품 보존제, 제빵용 밀가루, 의약품, 부식 방지제, 화장품, 살균제, 살충제, 세제, 세라믹, 수처리 및 야금에도 사용된다.[17]화학 비료 산업에서 사용하기 위해서는, 인산염 광석은 최소 28%의 오산화인(P2O5) 농도로 농축되어야 하지만, 시장에 유통되는 대부분의 인산염 광석은 30% 이상이다.[1] 또한, 적절한 양의 탄산칼슘(5%)과 4% 미만의 철과 알루미늄 산화물을 함유해야 한다. 전 세계적으로 고품위 광석 매장량은 감소하고 있으며, 저품위 광석의 사용이 더욱 매력적으로 될 수 있다.[1]
농축된 인산염 광석은 "화학적" 인산 비료(인산염 광석에서 더욱 농축된 것)에 대한 "유기농" 대안으로도 시장에서 인정받고 있으며, 더 "자연적"이라고 여겨진다. FAO 보고서에 따르면, 특정 토양 유형과 국가에서는 인산염 광석을 비료로 사용하는 것이 더 지속 가능할 수 있지만, 많은 단점도 있다. 보고서는 제조 비용 감소 및 정제된 광석의 현지 조달 가능성으로 인해 더 농축된 비료에 비해 지속 가능성이 더 높을 수 있다고 설명한다.[1]
희토류 원소가 인산염암에서 발견되고 있다. 현대 기술의 수요 증가와 함께 중국에 의존하지 않는 희토류 원소 탐색 방법이 점점 더 중요해지고 있다. 중국 매장량보다 더 높은 수율을 가진 인산염암은 미국 내에 위치한 새로운 자원을 제공하여 미국 외 국가의 영향력에서 벗어날 가능성이 높다.[18]
6. 인광석 가격 변동 및 무역
인광석은 다른 비금속 광물과 달리 국제 거래 가격 변동이 심한 편이다. 인광석 가격은 매장량, 비료 수요, 투기 수요 등에 영향을 받는다.[24] 과거에는 대부분 광석 상태로 유통되었으나, 최근에는 저품위 인광석도 선광을 거쳐 판매된다. 인광석은 가격이 매우 저렴했기 때문에 특정 국가의 거대 광상에 의존하는 경우가 많았다.
6. 1. 가격 변동
인광석은 다른 비금속 광물과는 달리 최근 국제 거래 가격 변동이 심한 편이다. 인광석 가격 상승의 주요 요인으로는 고품질 인광석 매장량 감소, 곡물 시장 수요 급증으로 인한 비료 수요 증가, 가격 상승에 따른 투기 수요 등이 있다.[24]인광석 가격은 2005년까지 30USD/t으로 안정적이었으나, 최근 3년 간 110USD/t~300USD/t까지 폭등하는 등 심한 가격 변동을 보이고 있다.
과거 일본은 주로 미국 플로리다주의 광산에서 인광석을 대량으로 구입해 왔으나, 1990년대 후반 미국이 자원 고갈을 이유로 금수 조치를 실시하여 수입량이 감소했다. 대체 수입처로 중국 쓰촨성의 광산을 선택했다. 그러나 2005년경부터 세계적으로 투기 자금이 선물 시장 전반에 유입되면서 인광석의 국제 가격도 상승했다. 2008년 쓰촨 대지진으로 생산량이 급감했고, 중국이 국내 비료 시장 가격을 통제하기 위해 인광석에 100%의 관세를 부과[20]하면서 국제 가격은 더욱 급등하여 시장이 큰 혼란을 겪게 되었다. 일본의 경우, 2008년 여름을 정점으로 화성비료 제품 기준으로 50% 이상의 가격 인상이 나타났다.
6. 2. 무역
일본은 과거 미국 플로리다주의 광산에서 인광석을 대량으로 수입했으나, 1990년대 후반 미국이 자원 고갈을 이유로 금수 조치를 실시하여 수입량이 감소했다.[24] 대체 수입처로 중국 쓰촨성의 광산에서 수입하게 되었으나, 2008년 쓰촨 대지진 발생과 중국의 국내 비료 시장 가격 통제를 위한 100% 관세 부과[20]로 국제 가격이 급등하여 시장에 큰 혼란을 겪었다.참조
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肥料争奪戦、レアアース並み 中国、リン輸出を突然制限
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米国株の注目企業５：カリウム鉱山最大手ポタッシュ
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자연추출 광물질 주원료로 한 천연비료 ‘경성인회석’ 개발
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