[생활속 과학이야기] 광물이 지상으로의 첫발을 내딛기 위한 관문 - 채광

박준혁 한국지질자원연구원 선임연구원

'막장'은 '막장인생', '막장드라마'와 같이 정말 갈데까지 가서 파탄에 이른 정도의 상황을 묘사하는데 주로 쓰인다. 사실 막장은 광산 갱도의 가장 끝부분, 즉 광물의 직접적인 채굴이 이뤄지는 작업 장소를 의미한다.

붕괴를 대비한 지지대가 설치돼 있지도 않고 공기 순환도 제일 안 되는, 광산에서 가장 어둡고 위험해 광부들이 삶과 죽음의 문턱과 씨름하는 장소가 바로 막장이다. 하지만, 달리 생각해 보면 막장은 묻혀있던 광물이 세상으로 나오는 탄생의 공간이며 또 다른 가능성을 보여주는 희망의 공간이기도 하다.

다양한 채광법을 통해 막장에서 채굴된 광물은 비로소 쓸모있는 존재로 재탄생하게 된다. 일반적으로 광물을 캐는 채광은 암석을 깎고 부수는 과정이다. 마인크래프트 게임의 주인공처럼 곡괭이로 암석을 부수는 것은 이젠 옛날의 유산이 됐고 현대에는 화약이나 중장비를 이용해 암석을 주먹 크기에서 농구공 크기 정도로 부수게 된다. 광석이 원하는 크기로 부서졌는지, 부서진 암석 중에 얼마나 많은 광석이 포함돼 있는지, 광석이 부서진 이후 지반 상태는 괜찮은지가 채광의 중요한 고려사항이 된다.

얼마나 효율적으로 광체를 채굴할 수 있는지는 어떤 채광법을 쓰느냐에 달려 있다. 채광법은 광물의 종류나 상황에 따라 너무나 다양하지만 크게 몇 가지 분류로 나눌 수 있다. 기술적인 요소에 따라 채광하는 광석의 경도가 무른 광석(소프트락 마이닝)과 단단한 광석(하드락 마이닝)으로 구분되며, 채광이 이뤄지는 위치에 따라 지상에서 이뤄지는 노천채광과 지하에서 이뤄지는 갱내채광으로 나뉜다.

노천채광은 계단식으로 깎아가면서 원형경기장 모양(Open Pit)으로 채굴하는 방법이다. 계단식으로 만드는 이유는 광산 사면 관리를 쉽게 하고 블록단위의 생산계획을 짤 수 있도록 해 주며, 중간에 일부가 무너지더라도 아래쪽에서 작업하는 장비와 인원을 보호하기 위함이다. 노천채광은 생산성이 높고 갱내채광에 비해 안전하다는 장점이 있지만 지표 가까이에 광물이 부존해야 하고 최근에는 개발 시 환경문제가 야기될 수 있다는 점으로 인해 승인받기가 더욱 까다로워지고 있다.

갱내채광은 점점 더 깊은 곳으로 들어가고 있는 추세다. 남아공의 음포넹 광산은 지하 4㎞까지 들어가 채굴하고 있다. 최근 갱내 채광법 중 가장 주목받는 방법은 블록케이빙 채광법으로 광체를 인위적으로 약화시켜 자체 무게로 점진적으로 붕괴되도록 만드는 채굴 방식이다. 갱내채광임에도 불구하고 노천채광과 비슷한 수준의 생산량을 달성할 수 있다는 장점이 있지만 굉장히 정교한 발파 기술이 필요하며 지반침하를 가져오기에 적용할 수 있는 현장이 제한된다는 점이 아쉬운 부분이다.

최근에는 채굴을 하지 않고 땅속에 용액을 주입한 후 광물을 녹여 다시 지상으로 추출하는 현장침출법(ISR)이 주목받고 있다. 특히 일반 광산에 비해 환경적 교란을 최소화할 수 있는 장점을 바탕으로 카자흐스탄이나 미국 등에서 우라늄, 구리, 니켈 등의 회수에 널리 활용되고 있다.

자연은 위대하지만, 변덕이 심하다. 그래서 자연과 사투를 벌이는 모든 곳은 항상 위험에 노출될 수밖에 없으며 광산도 마찬가지로 땅의 불확실성과 싸워나가야 하는 곳이다. 최근 센서와 통신 기술의 발달에 힘입어 이러한 불확실성을 미리 예견하고 위험을 회피하기 위한 안전 기술과, 채광의 자동화를 위한 스마트 마이닝 기술을 활발하게 개발하고 있다. 한국지질자원연구원과 대학, 공단 등이 협력해 개발하는 첨단 기술을 통해 국내 광산의 사고율을 낮출 수 있다면 '막장'의 부정적인 의미도 미지의 세계에 대한 '가능성'과 '희망'으로 바뀌게 되지 않을까?