황진연 부산대학교 자연과학대학 지질학과 교수

1. 서언
산업이 발달할수록 광물자원의 수요가 증가하게 되므로 안정적 산업발전을 꾀하기 위해서는 광물자원의 확보가 필요하다. 자원의 확보를 위하여 해외 자원개발에 박차를 가하고 있지만, 해외 자원개발은 주로 석탄, 석유와 금속광물을 대상으로 하며 비금속광물자원에 대한 개발은 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서 세계적인 비금속광물자원의 개발현황을 파악하여 국내 자원 확보에 대한 방안을 강구해 보고자 한다. 
국내 광업법에는 66개의 법정광물이 있으며, 이들은 금속광, 비금속광, 에너지광으로 구분되어 있고, 비금속광물로는 유황, 석고, 납석, 활석, 남정석, 홍주석, 형석, 명반석, 하석, 중정석, 규조토, 장석, 고령토, 사문석, 규회석, 수정, 운모, 석면, 불석, 석회석, 연옥, 규사, 규석, 비소, 인, 붕소, 보크사이트, 흑연, 마그네사이트, 금강석의 30종이 기재되어있다. 일반적으로 금속광은 특정 금속을 추출할 목적의 광석을 말하고, 비금속광물은 광물 자체의 물리화학적 특성을 이용하는 것으로 ‘산업광물(Industrial mineral)’로 불리어진다. 산업광물은 표 1과 같이 다양한 용도를 가지며 그 용도에 따라 여러 광물들이 활용되고 있다(Chang, 2002). 많은 산업광물을 모두 언급할 수 없어 세라믹에 활용되는 주요 광물자원에 대해서만 검토해 본다. 해외 자원정보는 미국지질조사소(USGS)의 자료를 인터넷을 통하여 수집하여 검토하였다.

2. 세라믹에 사용되는 광물자원의 해외 개발현황
1) 벤토나이트와 Fuller’s earth
벤토나이트는 스멕타이트(주로 몬모릴로나이트)를 주성분으로 하는 점토, 광석, 상품을 말하며 세계적으로 널리 통용되는 용어이다. 그러나 영국 등에서 ‘Fuller’s earth’로 일컫는 점토는 산성백토와 Ca-몬모릴로나이트의 점토를 주로 일컫지만, 팔리고스카이트(palygorskite, attapulgite)와 같은 광물종이 포함된 것도 있어 구분이 어렵다.
미국 USGS에서 발표된 최근의 국제 생산량을 보면(표 2), 미국이 다른 나라에 비해 월등히 많은 벤토나이트의 생산량을 나타내고 있다.  그런데 일본에서도 비교적 많은 벤토나이트가 생산되고 있는데도 여기에 빠져있어 통계상 불명한 부분이 많다. Fuller’s earth는 미국과 스페인 등 극히 일부 나라에서만 생산되는 것으로 나타나고 있다. USGS의 통계에는 벤토나이트, Fuller’s earth, 고령토 등을 포함하여 점토류(Clay)로 묶어서 취급하는데 이 중에는 ball clay, 일반점토, fire clay 등도 포함된다. 미국에서 점토류의 생산은 2008년에 41개주에서 이루어져 약 190개 회사가 830개소에서 채굴한 것으로 나타났다. 2008년에 판매 및 사용된 점토는 총 33,200천톤에 달하고, 이의 경제적 가치는 17억 3천만 달러에 달한다. 주 용도는 다음과 같다. ball clay : 바닥 및 벽제용 타일 38%, 위생도기 24%, 기타 38% / 벤토나이트 : 흡착제 26%, 시추이수용 23%, 주물용 17%, 주철용 14%, 기타 20% / 일반점토 : 벽돌용 57%, 경량골재 19%, 시멘트 14%, 기타 10% / fire clay : 중량점토제품 58%, 내화재 및 기타 42% / fuller’s earth : 흡착제용 66%, 기타 34%. 미국이 많은 점토류를 생산하는데도 불구하고 2007년에는 231만톤을 수입하였으며, 주로 브라질, 멕시코, 그리스 등에서 수입하였다. 미국 내 건설 경기 침체로 인해 ball clay, 일반점토, fire clay의 생산은 하락 추세이다. 시추이수용 시장의 활성화로 벤토나이트 생산은 약간 증가하는 추세이다. fuller’s earth는 여전히 강세로 2007년 이후 꾸준한 생산량을 나타내고 있다. 세계적인 주요 생산국의 확정매장량 및 추정매장량은 풍부하나 정확한 자료는 없는 실정이다.
 
2) 고령토(kaolin)
고령토에 대한 최근의 국제 생산량을 보면(표 2), 전술한 벤토나이트, Fuller’s earth에 비하여 전체적으로 많은 생산을 하고 있다.  고령토에서도 미국이 가장 많은 생산량을 보이고 있다. 이 자료에 보면 한국의 생산량이 세계에서 5번째로 많은 것으로 나타나고 있다. 고령토라고 하면 고령석 광물(kaolin mineral)을 주성분으로 하는 점토라고 볼 수 있다. 그런데도 국내 광업법에서는 고령토, 도석, 점토(와목, 목절), 벤토나이트와 산성백토를 포함한 것을 고령토의 범주에 넣고 있다. 고령석을 주로 하는 실제적인 고령토의 2005년도 국내 생산량이 702천톤으로 나타나 있어 표 2와 차이가 많다. 여기에 제시된 생산량은 여러 가지 점토 및 암석의 채굴량으로 볼 수 있기 때문에 고령석을 포함하는 고령토의 생산량과는 다르다. 고령토는 세라믹에서 많이 사용하는 재료이기 때문에 이 점에 유의하여야 할 것이다. 통계 오차를 감안하더라도 고령토를 포함한 점토자원은 세계적으로 풍부한 것으로 나타나고 있다. 고령토는 인쇄용지의 코팅 및 충진재로 50%이상 사용되기도 했지만 요즘은 탄산칼슘의 대체에 밀려 제지산업에서 사용되는 광물 총량이 축소되었다. 미국에서 고령토는 제지용 62%, 기타 38%으로 사용된다. 미국에서 고령토 생산은 감소 추세인데, 이는 브라질산 고령토와 경쟁, 세계 제지시장의 불황과 미국 내 건설 경기 침체에 따른 것이다. 고령토의 가격은 수년간 거의 변화가 없어 그만큼 국제적으로도 시장이 위축되는 상태인 것으로 평가할 수 있다. 고령토의 대체물질로 방해석과 활석이 사용되고 있다.

3) 활석 및 엽납석
활석(Talc)과 엽납석(pyrophllite)는 층상규산염의 2:1형 점토광물에 속하지만 성분 및 물성이 다소 차이가 있고 용도도 다르다. 그러나 국제적인 자료에서는 잘 구분되어있지 않고 합쳐진 생산량을 표 3과 같이 나타낸다. 여기서 보면 중국의 생산량이 가장 많으며, 한국의 생산량도 2~3번째로 많은 것으로 나타나고 있다. 활석은 중국, 한국, 일본의 아시아에서 주로 많이 생산되는 것임을 알 수 있다. 활석 및 관련 광물은 미국 내에서는 자급자족이 가능한 것으로 알려졌으며, 세계적인 부존량은 확정광량의 대략 5배로 추정되는 것으로 보고 있다. 미국 내 생산되고 있는 활석은 세라믹 31%, 제지 21%, 페인트 19%, 지붕재 8%, 플라스틱 5%, 고무 4%, 화장품 2%, 기타 10%의 용도로 사용된다. 미국의 노스캐롤라이나 소재의 두 회사에서 납석을 채굴하고 있다. 이들 납석은 2008년도 생산량은 약간 감소하였으며, 내화재 생산, 세라믹 및 페인트용으로 소비되고 있다. 2008년도 미국에서의 활석 생산량은 전년도 대비 15%, 판매량은 14%로 감소되었고, 수출은 20% 증가하였다. 2008년에 수입된 83%의 활석이 캐나다와 중국으로부터 수입되었으며, 소비는 24% 감소되었다. 주택경기 침체는 건설관련 용도인 접착제, 세라믹타일, 페인트 등의 판매가 감소되는 결과를 낳았는데, 미국 및 세계의 경제 하락은 판매 부진을 더욱 악화시키고 있는 실정이다. 1975년 이래로 처음으로 2008년에 700천톤 이하가 소비되었다. 활석의 대체재로 벤토나이트, 녹니석, 고령토와, 엽납석이 세라믹용, 녹니석, 고령토와 운모가 페인트용, 벤토나이트, 고령토, 운모와 규회석이 플라스틱용, 고령토와 운모가 고무용으로 사용되고 있다.

4) 장석
장석의 세계적인 생산량을 보면(표 4), 이탈리아, 터키, 중국, 스페인의 순서로 생산되고 있다. 한국의 생산량도 11번째 정도로 많이 생산되고 있다. 부존량에 대한 자료가 잘 집계되지 못하고 있지만, 장석은 세계수요를 충분히 충족시킬 수 있는 것으로 보고 있다. 장석질 모래, 화강암과 페그마타이트 등의 존재에 대한 지질학적 증거가 많기 때문에 부존자원은 풍부하다고 볼 수 있다.
미국에서 장석은 유리 제조용으로 약 20메쉬, 세라믹과 충진재용으로는 200메쉬 이하로 분쇄하여 사용한다. 미국산 장석은 미국 내 최소 30개 주에서 생산되는 것으로 추정되며, 캐나다와 멕시코 등의 외국으로도 수출된다. 미국산 장석은 65%가 유리용, 35%가 도기 및 기타 용도로 사용된다. 미국에서 2007년 대비 2008년 첫 9개월 동안의 장석 수출은 약간 감소하였다. 타일 및 유리로 된 위생도기용으로 장석의 사용은 주택건설 경기를 반영한다. 2008년 들어 9개월간 미국의 주택건설은 2007년의 같은 시기 대비 약 31% 감소했고, 둔화된 건설 경기가 세라믹타일, 유리섬유절연제, 배관고정용으로 장석의 사용을 감소시켰다. 2007년 자료에 의하면, 미국의 타일 소비량은 2006년 대비 19% 감소했었고, 수입은 20% 감소하였는데, 이는 주택 시장의 침체에 의한 것이다. 2007년에는, 미국 내 소모된 타일의 약 82%가 수입되었다. 주요 수입원은 이태리, 멕시코, 중국, 브라질과 스페인 순이다. 브라질은 세계 3위의 세라믹타일 생산국이며, 2위의 소비 시장을 형성하고 있다. 
장석 자체는 재활용되지 않으나, 유리조각을 재활용함으로 장석 소모량을 줄일 수 있다. 장석의 대체물질로 점토, 전기로 슬래그, 장석-실리카 혼합물, 납석, 스포듀민, 활석 등이 사용될 수 있다.

3. 비금속광물자원의 확보방안
금속광물자원은 비금속광물자원에 비하여 대체로 세계적인 생산량과 부존량이 많아 수요에 충분히 공급되고 있는 것으로 나타났다. 그러나 비금속광물자원의 종류도 다양하고 각 광종에 대한 자료가 불분명한 점이 많아 전체적으로 평가하기가 어렵다. 각 나라별 지질조건, 경제여건 등에 따라 광종별 생산량이 크게 편재되어 있다. 한국의 활석, 고령토, 장석에 대해서는 세계적인 생산량을 자랑하고 있다. 이러한 분량은 국내 국토면적 및 인구를 대비하여 볼 때 매우 많은 것으로 판단할 수 있다. 그러나 이미 검토한 바와 같이 고령토의 생산에는 다른 여러 광종이 포함되어 있기 때문에 국내 고령토 자원이 충분하다고 볼 수 없다. 특히 제지, 충진재 등으로 많은 분량의 고령토를 미국 및 호주 등에서 수입하고 있는 실정이다. 따라서 고령토자원의 확보에도 관심을 가져야할 것이다. 활석, 엽납석, 장석에 대해서는 국내 자원이 비교적 많은 것으로 자급자족이 가능할 것으로 생각된다. 그러나 벤토나이트의 원광 생산은 극히 저조한 상태이므로 외국으로 부터의 수입이 필요하며, 실제로 많은 수입을 하고 있다. 이들 이외에 세라믹에 사용되는 중정석, 보크사이트, 리튬광물, 베릴륨광물 등의 자원들은 국내 생산이 거의 없어, 수입에 의존해야 할 것이므로 해외자원의 개발 및 확보에 중점을 두어야 한다. 
해외 자원개발 및 확보를 위한 비금속광물에 대한 관심이 필요한데, 특히 요즘과 같이 원화가 절하되는 상황을 보더라도 외국의 광권과 물량을 확보하는 것이 차후 이들의 수요 증가에 대비하여 매우 필요할 것이다. 벤토나이트의 경우에는 그 활용도가 극히 높고 첨단소재로의 활용성이 크게 증가될 것이지만, 광량이 부족하기 때문에, 미리 광량의 확보를 꾀하여야 할 것으로 생각된다. 또한 국내 생산 광종에 대한 정확한 특성 파악과 통계자료가 잘 정리되어야, 정확한 실태 파악이 이루어지게 되고 이를 바탕으로 자원 확보에 대한 대책을 강구할 수 있을 것이다. 이런 점에서 광산 실무진에서부터 광업 관련 관리청에 이르기까지 광산물에 대한 철저한 실체 규명을 통한 자료의 재검토가 이루어져야 할 것이다.
그리고 비금속광물의 일부는 다른 재료로 대체될 수 있기 때문에 대체 가능한 자원에 대한 검토도 필요하다. 세라믹 산업에서 새로운 기능성 제품을 생산하기 위해서는 근본이 되는 광물재료의 특성 검토와 조정이 필요하므로, 지금까지 시도되지 못한 다른 재료의 대체 사용에 대한 연구가 이루어진다면 자원의 확보와 연관되게 된다. 즉, 국내에 풍부한 광물자원을 활용한 대체 이용과 재활용에 대한 관심도 필요한 것으로 생각된다.

참고자료 
- Luke L.Y. Chang (2002) Industrial Mineralogy. Prentice Hall.
- U.S. Geological Survey (2008, 2009) Mineral Commodity Summaries.
- 대한광업진흥공사 (2007) 광업요람

표 1. 산업광물(industrial mineral)의 용도와 광물 종류
 용도                                        광물 종류
 연마제                         보크사이트, 석류석, 산업용 금강석, 규조토, 백운석, 석회석, 진주암, 부석, 질석
 골재                             규조토, 백운석, 석회석, 진주암, 부석, 질석
 시멘트                         석면, 백운석, 석고, 석회석
 요업                            중정석, 보크사이트, 벤토나이트, 베릴륨광물, 장석, 고령토, 리튬광물, 망간광물,

                                    납석, 희토류광물, 실리카, 활석, 규회석, 지르콘
 시추이수용                   중정석, 벤토나이트, 세피오라이트, 애탈풀자이트
 전자                             베릴륨광물, 흑연, 망간광물, 희토류광물, 실리카
 비료 및 토양개량제       백운석, 석회석, 질산염광물, 인산염광물, 칼륨광물
 충전제, 여과제, 흡착제 규조토, 고령토, 운모, 세피오라이트, 애탈풀자이트, 실리카, 활석, 규회석,

                                   제올라이트
 융제                           형석, 석회석
 주물사                        벤토나이트, 크롬철석, 흑연, 감람석, 실리카, 지르콘
 유리                           붕사 및 붕산염광물, 천청석, 장석, 형석, 석회석, 리튬광물, 실리카, 소다회, 지르콘
 절연재                       석면, 운모, 진주암, 부석
 윤활제                       흑연, 희수연광
 안료                          중정석, 산화철안료, 티타늄광물
 도벽용재료                 석고
 내화재                       보크사이트, 크롬철석, 흑연, 능철석, 납석, 실리카, 규선석, 홍주석, 남정석, 지르콘

표 2. 국가별 벤토나이트, Fuller’s earth, 고령토의 생산량 (단위 : 천톤)
 

표 3. 국가별 활석 및 엽납석의 생산량 및 부존광량 (단위 : 천톤)

표 4. 국가별 장석의 생산량 및 부존광량 (단위 : 천톤)
                         

황진연
일본, Tsukuba University 박사(광물학 전공)
한국광물학회 회장
현재 부산대학교 자연과학대학 지질학과 교수
현재 부산대학교 지질재해·산업자원연구소 소장

< 본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간세라믹스를 참조바랍니다.>