미네랄은 어떻게 얻어지지?

 

사진:  Unsplash 의 Ainur Khakimov

 

미네랄을 얻는 방법을 설명하기 위해 먼저 미네랄의 종류와 형성 과정을 고려해야 합니다. 자연적으로 생성된 미네랄은 광물 채굴을 통해 얻어지며, 이 과정에는 지하 채굴, 노천 채굴, 해양 채굴 등 다양한 방법이 있습니다. 또한, 인공적으로 합성하는 방법도 있는데, 실험실에서 고온 고압 조건을 조성하거나 화학적 공정을 통해 미네랄을 생성할 수 있습니다. 농업이나 식품에서 미네랄을 추출하는 방법도 있으며, 재활용을 통해 폐기물에서 미네랄을 회수하는 기술도 발전하고 있습니다. 각 방법의 장단점과 환경적 영향을 줍니다. 예를 들어, 노천 채굴은 경제적이지만 생태계 파괴를 유발할 수 있고, 재활용은 자원을 보존하지만 기술적 한계가 있을 수 있습니다. 또한, 최신 기술 동향을 포함시키면 더욱 풍부한 정보가 될 것입니다.

미네랄은 자연에서 채굴하거나 인공적으로 합성하여 얻을 수 있으며, 식품 및 재활용 과정을 통해서도 섭취 또는 회수됩니다.

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1. 자연 채굴: 지구의 광물 자원 활용

(1) 지하 채굴(Underground Mining)

• 대상: 심층에 매장된 금속/비금속 광물(예: 금, 은, 구리)
• 과정:

1. 지질 조사로 매장층 위치 확인
2. 수직/수평 갱도 개착 → 광석 추출
3. 파쇄기로 10cm 이하 크기 분쇄

• 장점: 심층 자원 개발 가능
• 단점: 작업자 안전 위험(가스 누출, 붕괴)

(2) 노천 채굴(Open-pit Mining)

• 대상: 지표면 근처의 대규모 광상(철, 보크사이트)
• 과정:
• [단계] ① 표토 제거 → ② 폭발물로 암반 분해 → ③ 100톤급 덤프트럭 운반
• 예시: 칠레 에스콘디다 구리 광산(연간 120만톤 생산)
• 환경 영향: 산림 훼손, 중금속 오염

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2. 합성 기술: 실험실에서의 미네랄 생성

(1) 수열 합성법(Hydrothermal Synthesis)

• 조건: 200~500℃, 1000기압 이상
• 생성물: 인공 석영(시계 부품용), 합성 다이아몬드
• 공정: SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
• SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O Na2SiO3→인공석영결정성장

(2) 화학 기상 증착(CVD)

• 적용 분야: 그래핀, 실리콘 카바이드 제조
• 장점: 99.999% 이상 순도 달성 가능

3. 생물학적 추출: 생물체 이용 방법

• 식물 추출(Phytomining):
• 니켈 축적 식물(예: Alyssum속) 재배 → 식물체 태워 금속 회수
• 미생물 용출(Bioleaching):
• 황산 생성 미생물로 황화물 광석 분해 4FeS2+15O2+2H2O→2Fe2(SO4)3+2H2SO4
• 4FeS2+15O2+2H2O→2Fe2(SO4)3+2H2SO4

4. 해양 자원 개발

• 망간 단괴: 심해저 4000m 아래서 채취(니켈, 구리 함유)
• 해수 정제: 1톤 해수당 0.1g 금 추출 가능(비경제적이지만 기술 개발 중)

5. 재활용 기술

• 전자제품 폐기물: 스마트폰 1대에 금 0.03g, 은 0.3g 포함
• 슬래그 처리: 제철소 폐광물에서 아연 회수
• 신기술: 이온교환 수지로 희유금속 선택적 추출

6. 주요 국가별 채굴 현황(2025년 기준)

국가	주요 미네랄	생산량(연간)	비고
중국	희토류	14만톤	세계 생산량 70% 점유
칠레	구리	580만톤	전기차 수요 증가로 증산
남아공	플래티넘	130톤	수소차 촉매제 수요 급증

7. 환경적 고려사항

• 산성 광산 배수(AMD): 황화광물 노출 시 pH 2~4의 유독액 생성
• 복원 기술: 채굴지에 자생식물 이식, 인공 습지 조성
• 국제 규제: 해양 채굴에 대한 ISA(국제해저기구) 환경 영향 평가 의무화

8. 미래 기술 동향

• AI 탐사: 위성 영상+지진파 데이터 머신러닝 분석
• 로봇 채굴: 3000m 지하 무인 드릴링 시스템
• 우주 채굴: 2028년 계획된 소행성 '베누' 플래티넘 채집 프로젝트

이처럼 미네랄 획득 방식은 전통적인 채굴에서 우주 자원 개발까지 진화하고 있습니다.