인광석

인광석(燐鑛石, phosphate rock)

인광석(燐鑛石, phosphate rock)은 인(P)을 주성분으로 한 인산염 광물을 함유하고 있는 광석을 가리키는데, 대표적인 것으로는 인회석(燐灰石), 인회토(燐灰土), 구아노(guano) 등이 있다.

인산염 광물은 인산비료, 가축사료, 합성세제의 원료 및 도금 표면 처리제 등으로 사용되고 있으며, 최근에는 미래의 친환경 에너지로 주목받고 있는 바이오매스에너지의 생산과정에도 쓰인다. 인광석에는 인산염 광물 외에도 우라늄, 바나듐 등과 같은 원소가 농축되어 있는데, 우라늄은 원자력 발전의 원료이고, 바나듐은 철강 합금의 원료로 사용된다.

이처럼 인광석이 다양한 용도로 사용되고 있음에도 불구하고 한국에서는 생산되지 않기 때문에 현재 전량을 중국, 모로코, 남아프리카공화국, 미국, 러시아 등의 주요 생산국에서 수입하고 있는 상황이다. 그런데 최근 독도 인근 해저에서 약 20m 두께의 인산염 퇴적층이 발견되었다. 특히 이곳의 퇴적층은 육지에서 멀리 떨어져 있기 때문에 오염물질의 유입이 적어 인산염 물질의 비중이 높고 품질이 매우 우수한 것으로 밝혀졌다. 이곳에서 인광석이 생산된다면 한국은 인광석 수요에 대한 수입 의존도를 낮출 수 있으며 더 나아가 수출도 가능할 것으로 기대된다. 그러나 아직까지 인광석의 부존량이나 부존상태 등에 대한 자세한 정보가 부족한 상태이기 때문에 앞으로 독도 인근 해저 자원에 대한 활발한 학술 연구가 요구된다.

개요

인광석은 인회석(Apatite)을 함유하는 암석으로 생화학 기원의 퇴적암이다. 따라서 인광석은 다른 광물과 같이 화학조성으로 표시할 수 없다. 인회석은 화성암 기원으로 맥상으로 나타나며, 인광석은 유기물이 퇴적되어 나타나는 2차 광상으로 인(P₂O₅)을 18%∼40% 함유한다.

인회석과 인광석은 인의 함량에 따라 광물 가치가 결정되며 주로 비료원료로 많이 사용된다. 이 밖에 인회석은 인산제조, 의약품, 반도체, 세라믹, 실크, 섬유, 방충제, 설탕 정련, 폭약 등에도 사용되고 있다.

인의 순도가 낮은 경우에는 품위를 높여주는 선광 작업을 거쳐 사용한다. 인산이나 비료용으로 사용하는 인회석(인광석 포함)은 인이 30%이상 함유되어야 한다. 인광석의 품질기준에는 상업적으로 BPL(Bone Phosphate of Lime)이라는 단위가 사용된다.

성질ㆍ광물 조성ㆍ화학 조성

무기 성인인 것은 인회석(플루오르인회석 Ca₅(PO₄)₃F~염소인회석 Ca₅(PO₄)₃Cl)을 주성분으로 하고 산상에 따라 여러 광물이 따라 나온다. 그 외에 인산염철광도 있는데, 별로 중요하지 않다. 유기 성인인 것은 일반적으로 인회토 또는 단순히 인광이라 하며, 색은 백, 황, 갈색 등. 단단한 것과 부드러운 것의 두 종류가 있고 흙상태, 덩어리 상태, 어란 모양을 이루며, 덩어리상인 것은 석회암과 구별하기 어려운데, 도자기와 같은 균열면이 있으며, 투명성이 없고, 흡습성이 크다. 인회토는 인산칼슘을 주성분으로 하고 비결정질 혹은 미정질. X선에 따르면 인회석이며 세분하면 프랑콜라이트, 달라이트 등을 주성분으로 한다. 질소분이 많은 것도 있고 미량의 우라늄을 함유하여 최근 주목받고 있다.

분석의 한 예 : SiO₂ 0.65, Al₂O₃ 0.65, Fe₂ O₃ 1.28, CaO 49.40, P₂O₅ 38.50, 강열 감량 3.34, F₂ 2.38%(남양군도 Angaur섬 산). 산화대에는 인산철반토, 인산반토질인 것이 생기는 경우가 있고 전자는 불규칙한 덩어리 상태인데, 후자는 40~50%의 물을 함유한 콜로이드 상태의 것으로 본질은 분명하지 않다.

생산 및 분포

전 세계 인광석 생산량은 1억5,777만t(2009년 기준)이며 중국, 미국, 모로코 등 3개국이 세계 생산량의 67%를 차지하고 있다. 특히 모로코의 매장량은 57억t으로, 전 세계 매장량의 36%를 차지하고 있다. 중국이 세계 생산량의 35%를 생산하고 있다.

북한에는 인광석은 없고 인회석이 많이 매장되어 있다. 북한의 인회석 매장량은 1.5억 t(인 30%기준)으로 세계적인 규모의 매장량이다. 북한의 인회석 주요 매장지역은 함경남도와 평안남·북도이다. 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.

경성인회석(phosphoniter)은 식물 영양성분 인(P), 질소(N), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg),규산,망간등 미량요소가 함유된 착물구조(complex structural)로 한국에서 새로 발견된 특이성(peculiar component) 신종광물이다.

가격변동

비금속 광물은 대부분 매장량이 많고 가격도 낮고 광물가격에 비해 가격변동도 그리 크지 않다. 그러나 인광석은 다른 비금속 광물과는 달리 최근 국제 거래가격 변동이 심한 편이다. 인광석 가격 상승의 주요 요인으로는 우선 고품질의 인광석 매장량의 감소를 들 수 있다. 또한 최근 곡물시장 수요 급증으로 인해 곡물생산에 필요한 비료의 수요가 증가하여 인광석 수요를 부추겼고, 이와 더불어 가격상승에 따른 투기수요 등도 한 몫을 하였다. 인광석 가격은 2005년까지 30US달러/t으로 안정된 가격을 보였으나 최근 3년 간 110∼300US달러/t까지 폭등하는 등 심한 가격변동을 보이고 있다.

인광석은 노천채광 및 갱내채광으로 개발한다. 과거에는 대부분의 인광석이 광석상태로 유통되고 있었으나, 최근 광물가격의 상승과 고품위 인광석의 감소 등으로 저품위 인광석도 선광을 거쳐 판매되고 있다.

현황

중국 배터리 생산에 사용되는 비중이 늘고 있는 인(P) 자원

인(원소기호 P)은 중국에서 화학비료 생산에 많이 쓰이는 원료 중 하나이다. 데이터 분석 플랫폼 바이인포에 따르면, 2021년 중국의 인광석 생산량은 8500만 톤에 달하며, 이중 71%에 달하는 인광석이 비료 생산에 쓰였다. 인은 리튬인산철 배터리 생산에도 사용되고 있다. 2021년 기준 중국에서 생산된 인광석 중 1.3%만 배터리 생산에 사용됐지만 최근 중국 내 전기차 수요가 높아지면서 배터리 생산에 사용되는 인 자원의 비중이 커지고 있다.

국가별 인광석 생산량. 단위: 천 톤

중국 인 자원 생산 현황

중국은 전 세계 인(P) 자원 매장량 2위 국가이다. 미국 지질조사국에 따르면 2021년 전 세계 인광석 매장량은 685억 톤이다. 그중 중국 매장량은 전 세계 매장량의 4.7%인 32억 톤이다. 매장량이 가장 많은 국가는 모로코로, 전 세계 매장량의 73%에 달하는 500억 톤이 매장돼 있다. 하지만 생산량으로 보면 중국이 전 세계 생산량 1위를 차지하고 있다. 2021년 중국의 인광석 생산량은 8500만 톤으로, 전 세계 생산량 2위 생산국가인 모로코의 생산량 3800만 톤의 두 배 이상을 생산하고 있다.

중국 내 인광석 주요 생산기업으로는 구이저우인화(贵州磷化), 윈톈화(云天化), 씽파그룹(兴发集团) 등이 있다. 1위 기업인 구이저우인화의 경우 2019년 웡푸그룹(瓮福集团)과 합병해 1700만 톤의 인광석 생산능력을 보유하고 있다. 현재 중국에서 소비되는 인광석은 중국 내 생산에 의존하고 있다. 해외 생산 인광석의 경우 중국산 인광석보다 비싸 거의 수입이 이루어지지 않고 있다. 중국 내 인 비료 공장은 후베이성 및 서남지역에 주로 위치하고 있어 인광석을 수입할 경우 운송비가 소요되므로 중국 내에서 생산하는 인광석을 선호한다.

중국 리튬인산철 배터리 생산 현황

최근 중국 내 전기차 수요가 커지면서 중국에서 생산되는 인광석 중 배터리 생산에 사용되는 인광석의 비중도 확대되고 있다. 인 자원이 사용되는 배터리는 리튬인산철 배터리로, 양극재에 인산철이 사용되는 배터리이다. 리튬인산철 배터리는 테슬라, 포드와 같은 주요 자동차 메이커 브랜드도 사용하는 배터리이다. 현재 자동차 이차전지시장의 주류는 리튬인산철 배터리와 삼원계 배터리로, 니켈, 코발트, 망간 혹은 알루미늄으로 양극을 구성한 배터리이다. 리튬인산철 배터리는 삼원계 배터리와 비교하여 밀집도가 낮지만 저렴하고 안정적이라는 장점이 있다. 때문에 중국에서는 리튬인산철 배터리가 주도적인 위치를 차지하는 것으로 나타났다. 이에 따라 전기차의 수요가 증가할수록 중국 내 리튬인산철 배터리의 수요도 함께 증가할 것으로 예측된다. ‘중국 자동차 동력배터리산업혁신연맹’에 따르면 2021년 중국의 배터리 생산량은 219.7GWh로 전년 동기 대비 163.4% 증가했다. 이중 리튬인산철 배터리 생산량은 125.3GWh로 전년 동기 대비 262.9%라는 큰 성장세를 보였다. 생산 비중도 57%를 차지하고 있어 향후 리튬인산철 배터리의 생산 비중이 더 확대될 것으로 보인다. 중국 내 전기차 전문가들은 2030년까지 리튬인산철 배터리가 시장의 주류가 될 것이라 예측하고 있다.

참고자료

• 〈인광석〉, 《위키백과》
• 〈인광석〉, 《화학대사전》
• 〈인광석〉, 《두산백과》
• 코트라, 〈전기차의 인기에 주목받는 중국 인광석 현황〉, 《KOTRA 해외시장뉴스》, 2022-08-08

같이 보기

• 인
• 광석
• 인회석
• 구아노
• 퇴적암
• 인산염
• 인산칼슘
• 나우루
• 노르웨이

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