코발트(Cobalt)

코발트(Cobalt)는 주로 합금, 자석 혹은 안료로서 넓게 사용 되었습니다. 하지만 근래 휴대전자기기와 전기차 등에 배터리로 사용되는 이차 전지의 수요의 증가에 따라 급속도로 그 수요가 높아지고 있음에 따라 산업에 중요한 물질이 되며 소위 "Blue gold"라 불리고 있습니다. 코발트는 철과 니켈이 발견되는 곳에서 다양한 형태(화학조성)으로 발견되고 있습니다. 

 

이러한 코발트는 주로 니켈 광석(nickel ore)로 부터 생산이 되며(약 55%>), 주로 습식제련(침출-용매추출-전해채취)를 통하여 코발트 금속 또는 화합물 등으로 생산하고 있습니다.

 

아래는 코발트 광상의 형태에 따른 생산지를 나타내고 있습니다*.

*단,  광상이 두 가지 이상인 경우 대표적인 형태 하나로 표시

Cobalt Deposit Distribution

 

아래는 이러한 코발트가 모여있는 광상과, 대표적인 광물들입니다.

 

I. Cobalt Deposit: 코발트광상**

 

**Cobalt Institute 

 

코발트는 아래와 같이, 거의 항상 니켈 또는 구리와 같은 Base Meta과 함께 혹은 부산물로 생산됩니다. 다른 한편으로는, 대부분의 코발트는 심해의 망간단괴(Manganese Nodules) 등으로 존재한다고 알려져있으나 현재 기술적, 경제적 제한으로 인하여 개발하지 못하고 있습니다.

 

(1) Sediment-hosted Deposit

 

Sediment-hosted Deposit은 주로 구리가 주광물(Primary mineral)이며 코발트는 부산물로 생산됩니다. 이와 같은 광상으로 세계에서 가장 잘 알려진 지역은 유럽의 "Kupferschiefer (Copper Shale)"와 중앙아프리카의 "Copperbelt"입니다.

 

[참고] Copperbelt and Kupferschiefer

 

Central African Copperbelt

Copperbelt는 코발트의 자원으로 가장 중요한 곳입니다. 아래와 같이 잠비아의 북서쪽부터 DR 콩고의 남서쪽까지 약 500키로미터를 걸쳐서 형성되어 있으며, 약 6백만톤의 코발트가 매장된 것으로 추정하고 있으며 코발트 품위는 약 0.17% ~ 0.25%정도입니다***.

***Journal of African Earth Science

Central African Copperbelt

European Kupferschiefer

Kupferschiefer은 주요 Base metal을 함유하고 있는 퇴적 광상입니다. 주로 구리, 은이 코발트와 함께 함유되어 있습니다. 아래와 같이 잉글랜드의 북동쪽부터, 폴란드와 독일에 걸쳐잇으며, 이 중 많은 광상이 독일과 폴란드에 위치해있습니다.

European Kupferschiefer

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(2) Nickel-Cobalt Laterite

 

열대 혹은 아열대 기후에 의한 초염기성(ultramafic) 암석의 풍화는 상당한 니켈과 코발트의 부화(enrichment)를 야기시킬 수 있으며, 흔히 이와 같이 지표면 부근에 형성된 광상을 니켈-코발트 라테라이트라 합니다. 규산염 혹은 황화물의 형태로 모암에 있던 코발트는 수산화물 혹은 산화물 형태로 지표 부근의 풍화층에 퇴적됩니다. 주로 라테라이트 광상은 니켈이 주가되며 코발트는 부산물로 생산됩니다.

 

[참고] Laterite formation

라테라이트는 니켈과 코발트 뿐만 아니라, 주로 철(laterite derived from Ultramafic rock)과 알루미늄(laterite derived from Aluminous rock)의 주요 광상 중 하나입니다. 철은 주로 갈철광(limonite), 알루미늄은 주로 보옥사이트(bauxite) 형태로 발견됩니다. 이러한 라테라이트 광상의 형성에는 기후와 지형이 중요하게 작성합니다.

 

·기후: 열대 혹은 아열대(특히 동남아 및 동남아시아 지역에서는 몬순(Monsoon)이라고 칭함)

·지형: 경사가 심하지 않은 곳에서 지하수 등이 순환하며 풍화작용을 촉진시키는 곳이며 빗물 등이 칼슘과 같이 쉽게 이온화 되는 물질들을 쓸어 내려감으로써 금속이 부화할 수 있는 곳

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(3) Others

 

3-1) Magmatic Sulphide

3-2) Hydrothermal and volcanogenic

3-3) Manganese nodules and Cobalt-rich crust

 

[참고] Manganese nodule과 Cobalt-rich crust

Cobalt in Manganese nodule

심해바닥에 망가니즈가 농축된 곳에는 코발트와 니켈 또한 작은 파편의 형태 혹은 망간단괴의 형태로 형성될 수 있습니다. 이들은 흔히 미네랄이 풍부한 화산활동이 있는 대양저 산맥에 근접한 곳에서 발견(마그마 열수기원)됩니다. 이외에도 해수내의 금속의 무기적 침전, 현무암의 Cu, Ni, Co가 농집된 풍화, 금속농집의 생물 등 다양한 기원과 함께 복합적으로 형성됩니다. 이러한 단괴의 코발트 품위는 약 1.0% ~ 2.5% 정도입니다.

 

Cobalt-rich crust

코발트가 농축된 지층은 해수에 포함되어 있던 미네랄이 박테리아 등의 작용과 함께 침전되어 형성되며, 최대 약 25cm 두께로 형성되어 있습니다. Cobalt-rich crust는 망간단괴보다는 얕은 깊이(0.4 ~ 4.0km)에서 발견되며, 해산(Seamount)의 정상과 측면 부근에서 발견됩니다****.

****ISA (International Seabed Authority), 2007

 

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II. Cobalt Ore: 코발트광석

 

앞서 언급되었듯이, 코발트는 상당히 다양한 형태로 존재합니다. 아래의 광물은 코발트가 주가 되는 광석만을 나타내었으며 이 카테고리의 다른 글에서와는 다르게 위의 광상에서 볼 수 없는 광석일 수 있습니다.

 

(1) Arsenide Ore

 

Erythrite (코발트화)

Arsenate Ore

화학성분: Co₃(AsO₄)₂·8H₂O

독일의 Daniel 광산과 모로코의 Bou Azzer이 산지로 알려져 있습니다.

Cobalt bloom이라고도 알려져있는 Erythrite는 Co-Ni-As이 포함되어 있는 광상의 산화대에서 발견됩니다.

Smaltite (스몰타이트)

Arsenide Ore

화학성분: CoAs₂

독일 작센주의 슈네베르그가 유명한 산지로 알려져 있으며, 접촉광상에서 다른 황화광물들과 함께 발견됩니다.

스몰타이트는 smalt의 원료로 사용되는 데에서 그 이름이 유래하였습니다.

Cobaltite (휘코발트광)

Arseno-Sulfide Ore

화학성분: CoAsS

캐나다의 서드버리(Sudburry)와 호주 NSW의 Brokenhill이 유명한 산지로 알려져 있습니다.

접촉광상 중에 황동광, 코발트화 등과 함께 산출됩니다.

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(2) Sulfide Mineral

 

Carrolite (캐롤라이트)

Sulfide Ore

화학성분: Cu(Co, Ni)₂S₄

코발트의 주요 산지로 유명한 잠비아의 Copperbelt와 미국 등이 산지입니다.

Linnaeit (린내아이트)

Sulfide Ore

화학성분: CoCo₂S₄

모로코의 Bou Azzer과 니켈광산으로 유명한 러시아의 노릴스크 등이 산지입니다.

Siegenite (지게나이트)

Sulfide Ore

화학성분: (Co, Ni)₃S₄

Co-Ni-Fe 황화물이 포함된 열수광체에서 황철석, 방연석 등과 함께 발견