대표적인 철강 첨가원료, 망간
망간은 철과 유사한 회백색 금속으로 주기율표 7족에 속하며 철, 알루미늄, 동에 이어 네 번째로 많이 소비하는 광물이다.
망간은 대표적인 철강 첨가원료이다. 제련과정에서 탈황ㆍ탈산 작용은 물론 철강재 강도증가같은 물리적 특성을 보완하는 작용을 하여 대부분 철강산업에서 소비한다.
철에 망간이 들어가지 않으면 열간압연하거나 단조할 때 부서진다. 강철은 일반적으로 망간을 1% 미만 포함하며 망간을 12~14% 함유한 망간철은 견고함을 요구하는 제품에 사용한다.
철강산업에서 망간은 95% 이상이 합금철 형태로 사용한다. 철광석과 망간광석을 함께 용광로나 전기로에 넣어 탄소나 페로규소로 환원시키면. 제강할 때 넣는 첨가제인 페로망간을 만들 수 있다.
망간은 망간금속, 이산화망간, 망간산화물 형태로도 소비하는데 알루미늄 합금의 강도ㆍ경도 보강용으로 사용하며 이산화망간(백망가니즈와 산소의 화합물로 산화망가니즈라고도 한다)은 건전지 제조에 널리 쓰인다.
망간은 또한 구리, 마그네슘, 니켈 등 비철합금과 순도가 높은 화학약품을 만드는데 사용한다. 실제 상품화한 모든 알루미늄ㆍ마그네슘 합금에는 내식성과 기계적 성질을 높이기 위해 망간이 함유되어 있다. 유리를 만들 때는 철의 녹색을 중화하거나 분홍색이나 검은색을 띄게 하기 위해 사용한다.
망간은 식물생장에 꼭 필요하며 녹색식물과 해조류에서 질산염을 환원시키는 반응에도 관여한다. 또한 고등동물에게 꼭 필요한 미량원소로 많은 효소의 작용에도 관여한다
황산망간(MnSO4)은 흙에 뿌리면 식물, 특히 감귤류의 성장을 촉진한다. 산화력이 강한 과망간산칼륨(KMnO4)은 소독제, 냄새제거제, 표백제로 쓰이며 분석시약으로도 쓰인다.
요한 고틀립이간이 망간을 금속형태로 처음 개발
망간이라는 이름을 정식으로 붙인 사람은 중세 유리 제작자들이다. 이들은 유리 정제에 망간을 함유한 광물을 이용했는데 녹은 유리에 망간성분을 섞으면 불순물이 없어지고 하얗게 탈색하여 맑고 투명한 유리를 만들 수 있었다. 이러한 작용에 착안하여 그리스어로 ‘순수하게 하다’는 뜻인 망기니스(manganess)에서 이름을 따왔다.
1774년 스웨덴의 화학자 카름 빌헬름 셀레(Carl Wilhelm Scheele)가 연망간석(MnO2; 철흑색 또는 강회색(鋼灰色)을 띠는 망간원석. 망간단괴도 연망간석이다)에서 망간을 발견했고 같은 해 그의 동료인 요한 고틀립이간(Johan Gottlieb Gahn)이 망간을 분리했다. 요한 고틀립이간은 광물에 머문 망간을 금속형태로 처음 개발했다. 그는 망간광물을 자신이 개발한 특수한 도가니에 넣고 높은 온도로 가열하여 금속망간 덩어리를 만들었다. 이 발견은 요한 고틀립이간에게 세계적인 명성을 안겨 주었고 망간은 인류가 얻은 열다섯 번째 금속이 되었다.
망간ㆍ구리ㆍ코발트ㆍ니켈 다량 함유한 망간단괴, 제철ㆍ항공우주ㆍ전자산업에 필수
망간을 함유한 광석은 지구상에 무려 300가지가 넘지만 채광할 수 있는 것은 현재 열두 종류에 불과하다. 현재 망간 매장량은 저품위까지 포함하여 수십 억 톤으로 추정하지만 망간함유량이 44%가 넘는 고품위 망간광석만이 경제성이 있다. 고품위 망간광석 매장량은 약 6억 8천 만 톤이다. 고품위 망간광석은 호주, 브라질, 가봉, 남아공 등에 대부분 매장되어 있고 금속단괴 형태로 해저 3,000미터 바닥 깊은 곳에 묻혀 있다.
망간단괴(團塊, Manganese Nodule)는 심해저에 깔린 지름 1∼15㎝의 공모양 광물덩어리로, 망간 23.0%, 니켈 1.2%, 구리 1.1%, 코발트 0.2% 등으로 이뤄져 있다.
망간단괴는 망간과 구리, 코발트, 니켈을 다량 함유하고 있어 제철산업과 항공우주, 전자산업 등 첨단산업에 필수적인 광물자원이다．
망간단괴는 어떠한 핵을 중심으로 서서히 자라나는데, 성장 속도는 백만 년에 수 mm에서 수십 mm이며 수심 4,000m 깊이의 태평양 해저에서 다량 발견되었다. 우리나라는 1980년대 초반 이래 심해저 망간단괴 개발에 집중 투자하고 있다.
한국해양연구원이 개발한 망간단괴 채광로봇 '미내로(Minero)'. 미내로는 2009년 6월 30일 경북 울진 후포항 앞바다에서 열린 시연회에서 수면 100m 아래에 도달한 뒤 해저 밑바닥을 100m 가량 달리며 유리구슬 250kg을 성공적으로 수집했다. 한국이 채광할 수 있는 망간단괴는 하와이에서 동남쪽으로 2,000km 떨어진 태평양 심해저 5,000m 아래에 깔려 있다. 한국해양연구원은 2015년에 해저 2,000m에 도전한 뒤 2018년쯤 상용화할 계획이다. 채광로봇 기술을 상용화하면 한국은 태평양 독점광구에서 매년 광물자원 300만 톤을 100년 이상 채굴할 수 있다.
1994년 국제연합(UN) 해양법협약의 관련규정에 따라 하와이 동남방 2,000㎞ 지점에 있는 태평양의 클라리온-클리퍼턴 해역(일명 C-C해역)에 15만㎢를 할당 받아 탐사를 벌여, 2002년 8월에 7만 5천㎢에 달하는 해역을 단독개발광구로 확정 받았다. 2010년 이후 상업생산을 목표로 하고 있다.
오일샌드 채굴용 파이프 소재로도 사용
용도는 자동차용 고장력강판 소재, 케이슨(Caisson) 등 고하중을 견디는 해양구조물의 지지부의 소재, 고압용 파이프를 만드는 후판 소재, 대형구조물 상부에 적용하는 파이프 소재, 엘엔지(LNG)선ㆍ엘피지(LPG)선ㆍ크루즈선 강판 소재로 적용하고, 오일샌드(Oil Sand; 기름과 섞여 있는 모래) 채굴용 파이프 소재로도 사용하는데 망간은 채굴 파이프의 마모를 지연하는 효과가 있다.
국내에는 가행광산(稼行鑛山: 광물 채굴을 진행하는 광산)이 없어 전량 수입에 의존한다. 수입 망간광은 크게 제철ㆍ제강용과 건전지용으로 구분하나 대부분 제철ㆍ제강용이 차지한다.
그동안 주로 호주, 가봉 등에서 연 5,000만 달러 정도 수입했으나 가격상승과 물량증가로 2007년에 일 억 달러를 넘어 섰다. 최근 2차전지 수요가 증가하여 건전지 제조용으로 사용하는 연망간은 감소하고 있다. 2007년의 경우 건전지용 연망간광은 772톤, 금액으로 32만 3,000 달러를 수입했고 제철용 망간광은 66만 116 톤, 금액으로 1억 1,495만 달러를 수입했다.
2009년에는 국내 망간광석(Mn-Ore) 수입이 전년 대비 큰 폭으로 감소했다. 무역협회 수출입통계에 따르면, 2009년에 망간광석은 68만 2,526톤을 수입하여 전년 대비 15.5% 감소했다. 2008년 4분기에 발발할 세계금융위기의 여파로 2009년 상반기까지 시황이 급격히 악화하면서 생산ㆍ판매가 저조했기 때문이다. 2009년 상반기 망간광석 수입량은 전년동기 대비 36.2% 감소한 23만 2,834톤에 그쳤다. 하반기에는 합금철 시황 회복으로 망간광석은 상반기에 비해 두 배 가까이 수입량이 증가했다. 2009년 하반기 망간광석 수입량은 전년 대비 1.5% 증가한 44만 9,692톤을 기록했다.
2009년 망간광석 수입가격은 전년에 비해 61.5% 하락한 톤 당 217.3달러를 기록했다. 이는 시황악화로 약세인 국제 망간광석가 하락을 그대로 반영했다.
2009년 월별 망간광석 수입량은 수입가 변동에 따라 큰 차이를 보였다. 수입가격이 톤 당 평균 200달러를 넘으면 크게 줄고, 톤 당 평균 180달러 이하로 내리면 크게 증가하는 추세를 띈다. 합금철 사상 최고의 호황기로 평가하는 2008년에 80만 8,039톤을 고점으로 수입량은 한풀 꺾인 듯한 모습이다.
망간단괴에 희토류 광물 다량 함유
2010년 합금철 시황 회복과 국내 망간계열 합금철업체의 연이은 설비증설로 앞으로 국내 망간광석 수입량은 연 100만 톤을 크게 넘어설 전망이다.
니혼게이자이신문은 지난 1월 3일 “일본 정부가 미나미토리시마 근해에서 코발트ㆍ망간 등 금속과 희토류가 풍부한 ‘코발트 리치 크러스트’의 분포를 조기 파악하기 위해 직접 조사할 것이다”라고 보도했다. ‘코발트 리치 크러스트’란 수심 800~2400m 해저의 바위를 덮은 두께 수㎜~수십㎝의 아스팔트상(狀) 산화물이다.
최근 희토류를 둘러싸고 중국, 일본간의 분쟁 등 자원확보 경쟁이 심해지면서 대체재로 쓸 자원개발에 전 세계가 관심을 쏟고 있다. 가장 대표적인 것이 망간단괴다. 망간단괴는 희토류 광물을 다량 함유한 것으로 알려져 과학자들이 큰 관심을 갖고 있다.