철광석 채광: 공정, 유형, 채굴 기술 총정리

철광석 채광 개요

철광석은 경제적으로 금속 철을 추출할 수 있는 광물·암석입니다. 산화철 풍부, 색상은 암회색, 밝은 노랑, 진보라, 적갈색 다양. 철은 자철석(Fe₃O₄), 적철석(Fe₂O₃), 괴타이트(FeO(OH)), 림노나이트(FeO(OH)·nH₂O), 시데라이트(FeCO₃) 형태로 존재.

채광 공정 단계

채광은 ①철광석 매장지 탐사·탐광으로 매장량·위치·가치 규명 → 수학적 자원 추정 → ②지질/지물/야금 기술로 광체 식별·정량화(탐사·평가) → ③채광 계획 수립(어떤 광체, 어떤 순서로 채굴해 적정 비용으로 목표 제품 공급) → ④갱도 개발·운영. 채광 계획은 갱도 개발 전 중요 단계이자 운영 중 매일 지속.

광체 접근 위해 비관심 폐석(overburden) 제거·채굴 필요. 광석+폐석 총 이동량이 채광 공정. 광체 성격·위치 따라 폐석>광석 흔함. 과부하 제거·배치는 채광 주요 비용.

채광 공법

굴착 방식 기준 2대 분류:露天 채광(Open Pit/Open Cut)과 지하 채광(Sub-surface Mining). 철광석은 거의露天 채광. 주 공법: 개방 광산(Open Pit), 개방 컷(Open Cut). 일부 지하 철광산도 운영. 공법 선택은 광체 지표 근접도 기준. 개방 광산/컷이 최소 비용. 과부하량·스트리핑 비율(stripping ratio, 조광석 단위당 제거 과부하 단위)이 채광 여부 결정 핵심. 그림 1은 전형적 개방 광산 철광산.

수작업 채광 vs 기계화 채광

채광 방법 기준: 수작업 채광, 기계화 채광. 대형 철광산=기계화, 소형=수작업.

수작업 채광: 주로 플로트 광석(float ore) 대상. 리프 광석(reef ore)도 소규모 수작업. 플로트 광석 구역 곡괭이/크로바/삽으로 굴착→수작업 선별로 +10mm 플로트 광석 선별 적재. 폐석은 피트 반환. 리프 광석: 0.6m 깊이, 30~40mm 직경 구멍을 휴대용 잭해머(이동식 압축기 구동)로 천공. 간격 ~0.6m, 구멍당 150~200g 화약/젤라틴 카트리지 장약. 발파 파쇄 광석 수작업 선별·적재→덤프트럭 상차 발송.

기계화 채광: 대형 철광산. 표층 광체서 철광석 채굴. 전 공정 기계화, 벤치(bench) 체계적 형성·천공·발파로 채굴.

채광 공정 상세

지표 개방 피트서 자원 회수. 표층 식생·토양·암석 과부하 제거(스트리핑)→매장 광체 도달. 과부하 지속 제거로 하이월(high wall) 후퇴→피트 심화. 채광용 벤치 개발→천공·발파·광석 파쇄 플랜트 이송. 벤치 높이: 산출량, 광체 형상·크기·심도, 지질 교란, 광체 경도·치밀도, 채광 장비 크기·종류 등 의존. 페이스 길이: 광체 등고선, 산출량, 품위 변동, 블렌딩 요구, 적재 장비 용량 등 의존. 벤치 폭: 최대 장비 크기 지배적.

천공(Drilling)

벤치 천공은 채광 공법별 전용 기계 천공기로 수행. 목적: 발파용 폭약 장전 적합 직경·깊이·방향 구멍 천공. 구멍 패턴: 벤치 높이, 구멍 직경, 천공 장비, 암석 성질, 폭약 종류 따라 결정. 발파공 보통 수직이나 발파 효과 위해 경사도 가능.

발파(Blasting)

목적: 광체 노출·파쇄. 폭약 요건: 외부 산소 없이 완전 연소. 과거: 니트로글리세린, 탄소질 물질, 산화제. 근래: 에멀전/젤 폭약 카트리지 사용. 현재 최다: 질산암모늄+연료유 혼합물(ANFO). 고폭 뇌관/프라이머로 기폭. 현대: 논엘(Nonel) 뇌관 사용. 논엘=충격파 튜브 뇌관, 전기선 대신 중공 플라스틱 튜브로 발화 충격 전달→유도 전류 위험 면역. 내벽 반응성 폭약 코팅, 점화 시 저에너지 신호(분진 폭발 유사) 전파. 반응 속도 ~2,000 m/초, 튜브 외 교란 최소. 쿠션 디스크(CD), 지연 점화 버퍼(DIB) 특허 기술로 신뢰성·정확성 확보.

채굴·운반·처리

채광 계획으로 구역 선정·태깅. 대형 개방 피트서 벤치 따라 계단식 점진 채굴. 상부 제거→심부 광체 접근. 토양·암반 제거 후 천공·발파. 제거 대상 광체 적정 패턴으로 천공→폭약 장약·발파→굴착 적정 크기 파쇄. 발파 후 파쇄 광석 셔벨/굴착기/로더로 대형 덤프트럭 상차→파쇄·세척 플랜트 이송. 광산 운반로 유지로 수송 원활. 장거리(피트-파쇄 플랜트, 파쇄-적재장)엔 지상 벨트 컨베이어 사용. 천공·발파·채굴로 형성된 대형 구멍=개방 피트(open pits).

광석 파쇄·세척

파쇄·세척 플랜트서 광석 처리. 단순 파쇄·선별·입도 분획 분리부터 선광·품위 향상 공정까지. 물리적 공정으로 입자 밀도/비중/크기 차 이용 불순물 제거. 습식/건식 병행. 추가 광석 핸들링·세척·선별 기계화.

처리 광석 비축·블렌딩→제품 품질 충족→재회수→철도 화차/덤프트럭 상차→고객 출하.

환경 이슈

露天 채광 폐기물: 과부하, 폐석, 부유·용해 물질 함유 갱내수. 소량 유류 유출 가능. 갱내수 성분 광체 유사(알루미늄, 안티모니, 비소, 베릴륨, 카드뮴, 크롬, 구리, 망간, 니켈, 셀레늄, 은, 황, 티타늄, 아연 등 미량 포함 가능).