소금호수와 사막 염전의 광물자원 이야기

이스라엘의 사해(死海)는 대표적인 소금호수(염호)이다. 바다가 아닌 대륙이지만 0.3% 이상의 소금(광물질)이 녹아 있는 큰 염호(salt lake)가 세계에는 적어도 60 곳 이상 존재한다. 그들 중에 염도가 5% 이상인 염호(鹽湖)는 과염호(hypersaline lake)라 부른다.

또한 사막지역에는 수분이 완전히 증발하고 하얀 소금만 남은 대규모 사막의 염전(평원염전 salt pan, salt flats)이 형성되어 있다. 우리나라 포항제철(포스코)은 아르헨티나에 있는 사막염전의 하나인 ‘옴브레 무에르토’ 일부를 매입하여, 그곳에서 대량의 리튬을 생산할 준비를 하고 있다.

세계의 중요 소금호수

내륙으로 흘러들어 간 강물이 바다로 빠져나가지 못하고 갇힌 상태로 지상에 호수를 이루게 되면, 그 호수는 차츰 염호가 된다. 만일 그러한 호수로 유입(流入)되는 물의 양이 증발되는 양보다 적다면, 그 호수는 플라야(playa)라 부르는 호수가 된다. 이런 플라야는 비가 많이 내려 물이 많을 동안에는 일시적으로 염호가 되고, 건기(乾期)가 오면 하얀 염분만 남는 건호(乾湖)가 된다.

염호로 유명한 사해(Dead Sea)의 염도는 3.37%(백분율)이다. 이는 소금물 1리터에 33.7g의 염분이 포함되었다는 것을 의미한다. 사해의 염분농도는 바다의 평균 염도(0.35%)보다 약 10배이다. 고농도의 염분이 수백만 년 동안 큰 변화 없이 유지되는 호수를 brine lake라 부르기도 한다.

사해의 수면은 지구상의 육지 중에서 해발고도(海拔高度)가 가장 낮아 해수면보다 430.5m나 아래에 있다. 사해에서 제일 깊은 곳의 수심은 304m이고, 평균 염도는 3.42%(고염도 호수)이다. 호수의 표면적은 1930년에 1,050km2였으나, 주변에 운하들이 건설되고, 호수물을 끌어가는 송수관이 설치되면서 현재는 605km2로 축소되어 있다.

세계 최대의 염호는 유럽과 아시아가 경계하는 러시아 남쪽에 있는 카스피해(Caspian Sea)이다. 유럽에서 가장 긴 강인 볼가강과 몇 개의 작은 강들이 흘러드는 이 호수의 면적은 371,000km2나 되며, 염도는 약 1.2%이다. 이 호수의 표면은 바다 수면보다 약 27m 낮고, 수심이 매우 깊다.

위 사진은 미국 유타주 북쪽에 있는 아메리카 대륙에서 가장 큰 염호(Great Salt Lake)이다. 이 소금호수의 평균 넓이는 4,400km2이지만, 1963년에는 2,460km2까지 줄었고. 1988년에는 8,500km2까지 확대되기도 했다. 염도는 상황에 따라 0.5-2.7%이며, 호수에는 다수의 수생생물이 살기 때문에 철새들이 날아와 지내기도 한다.

염도에 따른 소금호수의 구분

소금기가 많은 물은 염수(鹽水 saline water, brine)라 하고, 염분이 없는 맹물은 담수(淡水) 또는 민물(fresh water)이라 하며, 강어귀처럼 바닷물과 민물이 혼합된 물은 기수(brackish water)라 한다. 염호는 소금의 농도에 따라 4가지로 구분되고 있다.

1. 저염도 호수 : 염도 0.05 – 0.3%

2. 중염도 호수 : 염도 0.3 – 2%

3. 고염도 호수 : 염도 2 – 5%

4. 과염도 호수 ; 염도 5% 이상

사막에 형성된 대규모의 평원염전(平原鹽田)

남미 볼리비아 ‘아타카마 사막’ 인근에는 ‘우유니 소금 평원’(Salar de Uyuni)이라 불리는 세계 최대 규모의 건조한 평원염전(salt pan, salt flats)이 있다. 전체 면적이 10,000km2를 넘는 이 평원의 염전에는 전체적으로 2-3m 두께의 소금이 깔려 있다. 바짝 마른 이 평원의 소금밭에 비가 많이 내리면 수심이 20-30cm인 염호로 변한다.

소금으로 뒤덮인 우유니 소금 평원의 모습이다. 소금밭이 6각형 무늬를 만들고 있는 것은 소금의 결정구조와 관계가 있다. 두께가 1-12m인 우유니 평원 염전의 소금 총량은 100억 톤에 이르고, 이 염분 속에는 세계에서 가장 많은 양의 리튬이 포함되어 있다.

우유니 평원 염전(중앙의 작은 호수)은 해발 3,663m의 산악지대 사막에 있다.

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우유니 사막염전의 염분 속에는 NaCl 외에 KCl, LiCl, MgCl 등 여러 광물질이 포함되어 있다. 그 중에 리튬의 양은 세계 매장량의 7%인 9,000,000톤 정도라고 알려져 있다.

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우유니에 비가 많이 내리면 염호의 수면은 거대한 거울로 변한다. 낮에는 주변의 산과 하늘의 구름이, 밤이면 별들이 반사되어 환상적인 풍경을 보여준다. ‘지상에서 가장 거대한 거울’이라고도 말한다.

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포스코가 매입한 아르헨티나 사막의 평원염전

아르헨티나 북쪽 건조한 고지대(해발 3,300-4,100m)에는 옴브레 무에르토(Hombre Muerto)라는 면적이 약 600km2인 평원염전이 있다. 이 넓은 소금밭은 주변이 산악으로 둘러싸여 있다. 이곳의 지형 때문에 주변 고지대에서 용해된 광물질이 수백만 년을 두고 이곳에 모였고, 그 물이 증발되면서 평원은 전체가 하얀 소금밭이 되었다. 그러나 우기가 찾아와 비가 많이 내리면 소금밭 일부는 ‘과염도 호수’로 변한다.

평원이 완전히 소금으로 덮인 아르헨티나 옴브레 무에르토 평원염전. 비가 내리면 일부가 염호로 변하지만, 건조기 동안에는 사진과 같은 평원의 소금밭이다. 옴브레 무에르토 평원염전은 현재 중요한 리튬 생산지(전 지구 수요의 50-70%를 공급)가 되어 있다.

우리나라 포스코는 2018년에 이곳 평원염전의 일부(약 175km2)를 2억8,000만 달러에 매입했다. 당시 포스코는 이곳에 약 220만 톤의 리튬이 매장(埋藏)되어 있을 것이라고 추정했다. 2019년부터 리튬 채굴 준비를 시작한 포스코는 2023년부터 본격적으로 생산할 예정이다. 반갑게도 이곳에 저장된 리튬의 양은 예측보다 훨씬 많아, 1,350만 톤 정도라고 알려졌다. 이 양이면 전기차 3억 7,000만 대의 배터리를 생산할 수 있을 것이라고 2021년 2월 11일자 국내 뉴스는 전했다.

남미의 칠레와 가까운 볼리비아에 있는 ‘라구나 콜로라도’ 염호는 건기가 되면 고염도 호수로 변한다. 바닥이 얕은 이 호수에는 붉은색 하등식물(조류)이 대량 번식하기 때문에 일명(一名) 붉은 호수(Red Lagoon)라 불린다. 이 염호에는 홍학(플라밍고)이 찾아온다.

리튬에 대한 간단한 소개

주기율표에서 수소, 헬륨 다음 원자번호 3인 리튬은 가장 가벼운 은백색 고체 금속이다. 화학반응이 잘 일어나고 불타기도 하기 때문에 특수한 기름(mineral oil) 속에 저장해두고 사용한다. 습기가 있는 곳에 두면 물과 반응하여 금방 회색으로, 다시 검은색으로 변색한다. 이런 화학적 특성을 가진 리튬은 수소폭탄 제조에 이용되며, 특히 리튬전지 제조에 필수적이고, 기타 내열성 유리와 세라믹 제조, 리튬윤활유, 철과 아연의 재련 등에 이용된다.

리튬은 지각을 구성하는 전체 물질의 0.002%에 불과하며, 해수 속에 가장 많은 양(농도는 0.14-0.25ppm)이 존재한다. 해저의 열수공(熱水孔)에서 분출되는 물에는 7ppm 정도가 녹아 있다. 앞에서 소개했듯이, 리튬은 볼리비아의 우유니 사막 소금밭에서 가장 많은 양이 발견되었다. (더 자세한 내용은 본사 블로그에서 <리튬 원소의 성질과 이용>을 참고)

해수 1톤 속에는 약 0.05mg의 금이 포함되어 있다. 바닷물 전체에서 금을 추출한다면 약 700,000kg이 될 것이라고 한다. 그러나 물을 증발시킨다는 것은 간단한 일이 아니다. 고농도 염호의 물을 증발시키는 것보다 태양이 자연적으로 건조시켜준 평원염전에서 필요한 자원을 추출한다면, 귀중한 자원(희토류 원소 등)을 더 경제적으로 생산할 수 있을 것이다. -YS