주요 희토류 자원 보유국의 자원 현황 및 개발 동향

임 경 묵_ 한국생산기술연구원 희소금속연구실용화그룹 수석연구원

1. 서 론

중국의 희토류 산업은 1980년대에서 1990년대에 걸쳐 7,600만톤에 달하는 희토류 매장량을 가진 내몽고 지역 바이윈어보 광산 등이 발견되면서 본격화 되었다. 당시 크게 확장하기 시작했던 컴퓨터 산업의 발전과 함께 희토류의 사용이 증가하고, 중국의 자본주의화에 의해 외국 광물개발 회사 및 투자자들이 대량으로 중국에 진출하면서 희토류 산업이 빠른 속도로 발전하기 시작했다. 1992년 덩 샤오핑이 ‘중동에 석유가 있다면, 중국에는 희토류가 있다’라고 할 정도로, 중국 정부는 희토류에 큰 관심을 기울이고, 중국에서 생산되는 다양한 생산품에 희토류 원소가 적용될 수 있도록 정부차원의 노력을 기울였다. 또한, 외국의 희토류 관련 기업 또는 광산을 줄일 목적으로 세계시장에 희토류를 저가로 공급하였다. 미국을 포함한 세계 주요 희토류 산출국들은 중국의 저가공세에 따른 채산성 악화와 희토류 생산에 의한 환경오염 등의 문제로 인해 희토류 광산을 폐쇄하거나 생산량을 크게 줄였으며, 결국 중국은 2011년 기준으로 전세계 희토류의 95%를 생산하는 독점적 위치에 올라섰다. 이 과정에서 중국은 2000년 초반부터 해외기업의 중국 희토류 광산 진출을 규제하고, 수출 쿼터를 지속적으로 줄이는 등 희토류를 이용한 ‘자원 무기화’를 본격적으로 시작하였으며, 2011년 한때, 일부 희토류 원소의 가격은 약 30배로 급등하기도 하였다.
이에 따라, 희토류에 대한 각국의 관심과 위기감이 커지기 시작했으며, 국가간 협력 혹은 단일 국가 차원에서 중국에 의한 희토류 위기에 대처하려는 노력이 진행되고 있다.

중국발 희토류 공급 위기에 대응하는 세계 주요국의 전략은 희토류 대체·저감 전략과 희토류 공급선 다변화 전략으로 나눌 수 있다. 일본은 희토류 대체·저감 전력을 활발하게 진행하고 있는 국가다. 일본정부는 일본에서 사용되는 희토류의 양의 1/3을 감소시킨 다는 목표로 13억불 규모의 기술개발 프로젝트를 진행하고 있으며, 미국과 EU에 희토류 재활용 및 대체 분야 연구에 공동 대응을 제안하기도 했다. 희토류 공급선 다변화 전략으로는 이미 생산을 중지하였던 희토류 광산에서 생산을 재개하거나, 새로운 희토류 광산을 개발하는 것이다. 전자의 대표적인 광산이 미국의 Mountain Pass 광산이며, 후자의 대표적인 광산이 서부 호주의 Mount Weld 광산이다. 그 뿐만 아니라, 희토류 광산의 수익성이 높아지면서, 미국, 캐나다, 호주 등 전 세계적으로 희토류 광산 개발이 진행되고 있다.

이는 희토류에 대한 중국 의존성을 탈피하고자 하는 각국의 의도가 구체적으로 실행되고 있다는 것이며, 우리나라의 경우에도 희토류 대체·저감을 위한 국가차원의 기술개발과 함께 한국광물자원공사 등을 중심으로 몽골, 남아프리카공화국 등에서 희토류 자원을 확보하려는 노력을 기울이고 있다. 본고에서는 향후 세계 희토류 생산의 상당량을 차지할 가능성이 높은 세계 희토류 매장량 TOP5 국가인 미국, 러시아, 인도, 호주의 희토류 자원현황 및 자원개발 동향을 살펴보고자 한다 .

2. 미국의 희토류 자원현황과 자원개발 동향

미 의회조사국 (Congressional Research Service)이 미 지질조사국 (USGS; US Geological Survey)의 자료를 인용해 2010년 9월에 발표한 보고서에 따르면, 미국의 희토류 부존량은 전 세계의 13%인 1,300만톤으로, 중국(36%), 러시아 (19%)에 이어 세 번째로 많은 수준이다. 그러나 미국은 현재 거의 모든 희토류 자원을 외국에서 수입하고 있으며, 2011년 기준으로 전체 수입량의 91%가 중국에 편중되어 있다. 1998년 USGS의 보고서를 보면 캘리포니아의 Moutain pass 광산이 운영될 당시, 미국은 국내에서 필요한 모든 경희토류를 생산하고 있었고, 일부 중희토류만을 수입하고 있었을 뿐이었으며, 세계 최대의 희토류 생산국이었다. 그러나 미국에 존재하는 희토류는 한 지역에 집중적으로 분포하지 않아 생산의 경제성이 약한데다 환경규제와 중국의 저가 판매에 의해 채산성이 떨어지면서 2002년 Moutain pass가 폐광되었고, 이후 모든 희토류를 수입하는 상황이 되었다.

최근 중국에 의한 희토류 위기가 발생한 후, 미국에서도 희토류 확보에 대한 관심이 고조되고 있으며, 특히 국가안보 차원에서 중국에 일방적으로 의지하는 희토류 수급구조를 개선하고자 정책적 차원에서 전략을 수립하여 대응하고 있다. 미 의회는 중국의 희토류 독점에 따른 공급 위기를 국가 경제·안보에 대한 심각한 위협으로 인식하고, 희토류 대체 및 재활용 기술개발, 미국 내 희토류 자원에 대한 분석 및 개발 등을 규정하는 법안을 제정하였다. 또한, 이러한 의회 내에서의 법안 제정 이외에도 미국은 2009년 6월 일본, EU 등과 함께 중국의 희토류 관련 불공정 무역관행에 대해 WTO에 제소를 하는 등 희토류의 안정적 확보를 위한 다각도의 노력을 기울이고 있다(2014년 8월 8일, WTO는 중국의 희토류 수출 제한 조치가 WTO의 규정을 위반한 것으로 최종 판결). 이러한 의회의 결정에 따라, 미 내무부와 미 지질 조사국에서 실시한 미국 내 희토류 자원에 대한 분석 결과에 따르면, 미국 내 희토류는 캘리포니아를 비롯하여, 알라스카, 콜로라도, 아이다호, 미조리, 뉴욕, 와이오밍 주 등 다수의 주에 걸쳐서 분포하고 있다(그림1). 희토류는 구리, 금, 우라늄 등 타 금속들과 함께 존재하여, 그 부산물로 생산되기도 한다.

La, Pr, Nd와 같은 경희토류 원소들은 상대적으로 풍부하게 존재하며, 일반적으로 희토류 광물 중 약 80~99%를 차지한다. 반면, Gd에서 Lu, Y까지의 중희토류 원소는 매우 소량이 희토류 광물 내에 존재한다. 미국의 희토류는 갈렴석(Allanite), 바스트네사이트(Bastnasite), 유크세나이트(Euxenite), 모나자이트(Monazite), 제노타임(Xenotime) 등의 광물에서 주로 발견된다. 이 중 대부분의 희토류 원소는 바스트네사이트(bastnaesite)와 모나자이트(monazite)에 존재하고 있다. 미국에서는 Th을 함유하고 있어 방사능 오염의 위험이 있고, 토륨을 처리하기 위해 많은 비용이 필요한 모나자이트를 거의 사용하지 않고 있으며, 주로 La, Ce, Nd를 함유하고 Th를 거의 함유하고 있지 않는 바스트네사이트를 희토류의 원광물로 사용하고 있다.

일반적으로 광물자원의 발견 후 그것을 상업적인 광산으로 개발하기까지는 정확한 탐사에 의한 자원의 품위, 매장량 등이 선행 되어야하며, 자원적 특성 외에 경제, 사회, 정책 등 다양한 요소를 고려한 경제성 분석 등 많은 과정이 필요하다. 특히, 경제성 분석을 위한 지질학적 분석에는 많은 시간이 소요되는 경우가 많아, 현재까지 조사된 희토류 자원에 대한 분석이 지표면 탐사 혹은 매우 적은 수의 채굴 견본에 의해 분석된 추론의 결과인 경우가 많다. 따라서 미 지질 조사국은 현재까지 지역별로 조사된 미국 내 희토류 자원을 탐사 정도와 경제성을 기준으로 3단계로 크게 구분하였다.

분류의 기준은 광물내에 포함되어 있는 희토류의 함량 및 희토류의 매장량이다. 함량의 경우는 광물 내 희토류 산화물(REO, Rare Earth Oxide) 함량이 1% 이상일 것, 매장량은 REO 포함 광물이 1,400만톤 이상일 것을 채굴 경제성에 대한 기준으로 하고 있다. 여기서 1, 2단계에 해당하는 희토류 자원은 중, 단기 내 (2~10년 이내)에 생산을 시작하여 희토류의 공급이 가능한 자원을, 3단계는 장기적으로 희토류 생산 가능성이 있으나 추가적인 탐사를 통한 충분한 사전조사 및 경제성 분석이 필요한 자원을 말한다. 현재까지 보고된 미국 내 희토류 자원 중 실제 광산화를 위한 필요조건을 모두 충족하는 경우는 캘리포니아 주의 Mountain pass 광산이 유일하며, 2단계에 해당하는 자원 또한 와이오밍 주의 Bear Lodge 지역이 유일하다. 다른 지역의 희토류 자원은 정밀한 탐사가 진행 중이어서, 경제성에 대한 명확한 평가가 이루어지지 않은 지역으로서 탐사 결과에 따라 개발 진행 여부가 결정될 예정이다.

미국 내 희토류 자원에 대한 분석이 관 주도로 이루어 졌다면, 실제 광산으로의 개발은 민간 주도로 가속화 되고 있다. 최근 미국의 콜로라도주에 소재한 Molycorp Mineral사가 보유한 캘리포니아 주의 Mountain Pass광산의 채굴이 재개되어, 2012년 7,000톤의 희토류를 생산하였으며, 이는 현재까지 미국내 유일한 희토류 생산 광산이다. Molycorp mineral사는 Mountain pass에 희토류 광산 및 선광설비를 운영하여 희토류 원광 및 Nd, Pr, La 산화물을 판매하고 있으나, 희토류 순금속은 제조하고 있지 않으며, 이는 희토류 순금속을 위한 제련설비가 미국에 없기 때문이다. 한편 Molycorp mineral사는 2014년까지 Mountain pass에서의 희토류 생산능력을 극대화하기 위해, 신규 선광 설비를 구축하기로 하였다. Mountain pass의 희토류 매장량은 약 1,360 만톤으로 추측되며, 연간 약 2만톤의 생산이 가능하며, 광물의 희토류 함량이 약 8.24%로서 높은 경제성을 가지고 있다. 향후 Molycorp mineral사는 미국의 최대 희토류 제조·판매 업체가 될 것으로 예상되고 있다. 또한, 2010년 스위스 선물거래업체인 Glencore Int’l AG사가 미주리 주의 Wings Enterprises사와 파트너쉽을 맺고, 이 회사 소유의 Pea Ridge 희토류 광산 개발에 공동 참여하기 한 바 있다. Pea Ridge 광산은 Bethlehem Steel Corp이 1950년대 후반 개발한 이래 2001년까지 채광활동이 이루어 졌다가 이후 운영을 중단한 광산이다. 이외에도 아이다호, 콜로라도, 몬타나 주 등지에 큰 규모의 희토류 광산을 소유하고 있는 U.S. Rare Earth사 등이 장기적으로 미국내에 안정적인 희토류 공급자가 될 것으로 기대하고 있다.

수 년 이내로 채광이 가능한 미국 내 희토류 자원은 REO 함유 기준으로 약 1,500만 톤 규모이다. 이것은 2010년 조사에서 최대 희토류 소비량이었던 2007년의 10,200톤과 비교했을 때, 향후 미국 내 모든 희토류 수요를 충족시킬 수 있는 규모라 할 수 있다. 또한, 민간에서의 광산 개발 또한 진행되고 있다. 그러나 미 지질조사국 등은 이러한 자원들의 실제 개발 성공 여부가 불확실하며, 장기간의 개발기간이 필요함을 들어, 희토류 자원의 위기가 지속됨을 지적하였고, 이에 따라, 미국은 향후 기술 개발 및 해외 희토류 자원 확보선 다각화 등 지속적인 희토류 자원 개발 전략을 추진할 것으로 판단된다.

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