류남매 블로그

 
---1차 광상(Primary deposit)---
1차 광상에서의 다이아몬드는 킴벌라이트 또는 램프로 아이 튼 파이프에 포함되어 있어 파이프 광상(pipe deposit)이라고도 한다. 이 광상에서의 가장 기본적인 채굴법은 노천 채광(open pit mining)으로서 우선 표토층을 걷어내는 것으로 시작한다.
 이후 다이아몬드가 포함되어 있을 만한 곳에 발파구멍을 뚫고 그 안에 폭약을 넣은 후 폭파한다. 발파작업으로 부서진 암석을 트럭에 실어 다음 과정을 위하여 운반한다. 노천광은 채광이 진행됨에 따라 파이프의 윤곽을 따라 깊어지는 나선식의 원뿔 형태를 나타내게 된다. 노천 채굴장은 깊이가 깊어질수록 채광 및 운반하는 비용이 증가하게 되며 이 노천 채광이 경제성이 없다고 판단되면 지하에서의 갱도 채광이 시작된다.
 갱도 채광(underground mining)은 초기에 체임버 링(chambering)이라 부르는 방법을 사용하였다. 이 방법은 파이프 가장자리에 수직갱을 뚫고 수직갱에서 수평으로 작업 갱을 뚫는다. 이 작업 갱은 수직갱에 대해 일정한 간격을 하는 일련의 평행한 수평갱이다.
 각각의 작업 갱에서 채광이 이루어진 후 천장을 폭파하여 무너트려 발파된 킴벌라이트를 운반한다. 이 방법은 상당한 노동력이 필요하며 비용이 많이 들기 때문에 현재는 거의 사용하지 않는다.
 이의 단점을 보완하여 최근에는 블록 케이빙(block caving) 방식을 일반적으로 하고 있다. 이 방법은 갱도를 콘크리트로 만들며, 블록을 설정하여 위에 일정한 간격으로 구멍을 뚫고 그 위의 킴벌라이트를 폭파한 후 부서져 떨어지는 킴벌라이트를 한곳에 모아 광차(鑛車)에 실어 1차 분쇄기로 보낸다. 1차 분쇄기에서 약 15cm 크기로 분쇄된 광석은 컨베이어 시스템을 이용하여 지상으로 연결되는 수직갱으로 운반된다. 이 방법은 체임버 링보다 기계화된 방법으로 노동력을 줄일 수 있으며 작업 또한 안전하다.
 지상으로 운반된 킴벌라이트를 2차 분쇄기에서 약 2.5cm 정도로 더욱 잘게 부순 후 세척 작업을 거친다. 중액선별이(dense media cyclone) 등을 통하여 가벼운 물질과 다이아몬드가 포함된 무거운 물질로 분리하며, 이후 다이아몬드는 그리스 벨트(grease belt)와 X선 분리기를 통하여 다시 한번 분리된다.
 그리스 벨트는 초창기의 그리스 테이블(grease table)을 개량한 것으로 다이아몬드는 친유성(親油性)이 있다는 성질을 이용한 것이며, X선 분리기는 다이아몬드가 X선을 조사 받으면 대부분이 발광한다는(형광) 성질을 이용하여, X선을 조사 후 발광하는 물체에 대해 강한 공기를 분사하여 다이아몬드를 분리하는 방법이다.
 1차 광상은 채굴량은 많으나 채굴이 상당히 어렵고 비용이 많이 들며 2차 광상에 비해 보석 품질의 산출 비율이 낮다.

----2차 광상 (Secondary deposit)----
 다이아몬드가 포함된 킴벌라이트나 램프로 아이 튼 파이프가 지표면에 노출되면 비, 바람 및 온도의 변화 등에 의해 풍화작용이 일어난다. 풍화작용을 받은 암석은 잘게 부서지고 이동이 용이해진다. 암석에서 분리된 다이아몬드 역시 수력이나 풍력에 의하여 1차 광상과는 멀리 떨어진 다른 곳으로 이동된다. 이렇게 하여 하천이나 해안에 퇴적한 광상을 2차 광상 또는 충적광상(alluvial deposit; 또는 표사광상)이라고 한다. 2차 광상은 채굴이 간단하며 오랫동안 이동하여 질이 나쁜 부분은 떨어져 나가므로 좋은 질의 원석이 발견된다. 아프리카 서해안의 나미비아 해안은 산출되는 다이아몬드의 195% 이상이 보석 품질인 충적광상의 대표적인 산지이다.
 2차 광상의 가장 간단한 채굴법은 강가나 냇가에서 모은 자갈을 체로 걸러내어 물로 씻은 후 손으로 다이아몬드를 골라내는 것이다. 이 방법은 과거 사금을 채취하던 방법을 답습한 것으로 선광(選鑛)용 팬(pan)에 강바닥의 모래와 자갈을 담은 후 물을 담아 돌리면 무거운 물질은 가운데로 모이고 가벼운 물질은 밖으로 빠져나가는 원리를 이용한 것이다. 규모가 큰 광상에서는 체로 거르는 과정이 기계화되어 있고 경우에 따라서는 트럭이나 불도저 등의 중장비를 사용하며 세척 장치와 그리스 벨트를 사용하기도 한다.
 충적광상에서의 다이아몬드 채굴은 강가나 해안에서만 이루어지는 것이 아니고 바다. 소에서도 채광이 이루어진다(해양 광상), 얕은 바다에서는 물론 수심이 깊은 바다에서는 대규모의 채광용 선박을 이용하고 있다.

< 다이아몬드의 생성>

 다이아몬드가 어디서 생성되어 어떻게 인간의 손에 들어오게 되는가는 예나 지금이나 모든 이들의 관심의 대상이다. 20세기 들어 많은 학자가 연구를 거듭하여 현재에 이르러서는 다이아몬드의 형성과정과 지표면으로의 이동 과정에 대하여 많은 정보를 얻을 수 있게 되었다.

---다이아몬드의 생성 조건---

 다이아몬드가 고온 고압 하에서 형성된다는 것은 의심의 여지가 없다. 물질은 높은 온도와 압력이 상호 작용할 때 큰 변화를 일으킨다. 이러한 상호 작용은 다이아몬드의 탄소 원자에 독특한 결합 방식을 나타내며, 이는 또한 다이아몬드를 지구상에서 가장 단단한 광물로 만든다.

 다이아몬드의 형성에 필요한 조건은 과학자들의 오랜 연구 끝에 추정할 수 있게 되었다. 그 추정 온도의 범위는 900~1,300도이며, 압력은 45~60kb AR이다. 1bar는 우리가 생활하는 대기압(1기압은 1.013bar)'와 비슷한 압력으로, 1기압은 수심 10m에 해당하는 압력과 같다. 1kb AR은 1,000bar를 의미하며 45~60kb AR라 하면 대기 압력의 거의 45,000~60,000배에 해당하는 상상하기 어려운 압력이다. 이런 온도와 압력은 거의 140~190km에 해당하며 다리 아몬드는 이 깊이에서 형성된다는 것을 시사한다.

 다이아몬드를 형성시키는 암석은 페리도 타이트(peridotite)와 에클로 자이트(eclogite)의 두 종류의 화성암으로서, 이는 다이아몬드 속에 포함된 내포물 및 다이아몬드와 함께 지표면으로 운반된 암석을 분석함으로써 유추할 수 있게 되었다.

다이아몬드의 주성분이 탄소라는 것은 누구나 잘 알고 있는 사실이다. 탄소 화합물은 일부 (일산화탄소, 이산화탄소 등)'을 제외하고는 모두 유기화합물이다. 따라서 다이아몬드가 형성되는 지하 깊숙한 곳에는 유기물이 존재할 수 없으므로 맨틀에서의 탄소의 존재는 다른 요인으로 설명된다.

 초기 지구는 수많은 미 행성이 충돌하고 합쳐져서 이루어졌다. 이 지상에 덜어진 운석 중에는 상당한 양의 탄소나 유기질이 포함된 콘드라이트가 다수 포함되어 있었다. 이 콘드라이트가 맨틀에 존재하는 탄소의 근원이며, 이 탄소가 페리도 타이트에서 다이아몬드를 형성한다고 생각된다.

 에클로자이트에서는 해저의 현무암이나 그 위에 퇴적된 물질이 한 운동으로 지하 깊숙한 곳으로 섭입(subduction)된 후 퇴적물에 포함되어 있던 유기물 중의 탄소가 다이아몬드 형성의 근원으로 생각되고 있다.

에클로자이트는 페리도 나이트보다 신생 암석으로써, 페리도 타이트에서 형성된 남아프리카의 킴벌리와 핀 슈 광산에서 산출된 다이아몬드는 내포물을 이용한 방사능 연대측정 결과 23억~33억 년 전에 생성된 것으로, 또한 남아프리카의 프리미어 광산과 호주의 아가일 광산에서 산출된 에클로자이트를 기반으로 한 다이아몬드는 11억5천만 년 및 15억8천 만 년 전에 형성된 것으로 알려졋다. 또한 1995년 콩고민주공화국에서 발견된 6억2천8백만 년 전에 형성된 다이아몬드가 가장 최근의 것으로 알려져 있다.

--- 다이아몬드의 지표면으로의 이동 ---

 다이아몬드 광산은 킴벌라이트(kimberlite)나 램프로 아이트(lamproite)라는 마 발견된다. 이 두 종류의 암석은 조암광물이나 화학적 성분이 상당히 유사하지만 발견되는 위치가 킴벌라이트는 그레이톤의 중앙 부분에서, 램프로 아이 트는 그레이톤의 조성 형성된다는 차이가 있다.

  이 킴벌라이트나 램프로 아이 트는 12억 년 전에 생긴 것도 있으나 대부분은 7천, 1억 5천만 년 전에 생긴 것으로 다이아몬드가 이곳에서 형성된 것은 아니며 단지 폐기 타이트나 에클로자이트에서 형성된 것을 마그마의 분출과 함께 지표면으로 운반하는 여 할을 한 것으로 생각된다.

  하지만 과거 약 1,500만 년 동안 새로운 다이아몬드 파이프가 형성되고 있지 않기 때문에 이러한 프로세스는 오늘날에는 이루어지지 않는 듯하다. 지구 내부(지각의 하부~맨틀의 상부)에서 마그마가 발생하는 메커니즘은 아직 아주 규명되지는 않았으나, 지각 하부나 맨틀 상부에서 일시적인 온도의 상승이 일어나 주위의 물질을 용융시켜 생성되는 것으로 알려져 있다. 용암과 가스로 구성된 마그마는 높은 압력을 받게 되면 위로 올라와 지각의 비교적 약한 부분에 모이게 된다.

  마그마는 상승함에 따라 주변의 암석에 열을 빼앗겨 온도가 점차 낮아지게 되어 결정을 정출하게 되는데, 이때 가스는 이들 결정에 들어갈 수 없으므로 남은 마그마에 용해되어 가스의 함유량을 점차 증대시킨다. 이때 가스의 압력이 주위 암석의 압력과 같게 되면 비등과 유사한 현상이 일어나 마그마로부터 분리된 가스가 급속히 팽창하여 압력이 증대되고 위에 있는 암석을 파괴하게 되어 마그마가 상승하게 된다. 일단 통로가 생기면 마그마의 상승은 급속히 이루어져 아주 짧은 시간이 걸리며 지표면에서의 마그마의 분출은 격렬한 화산 분화를 나타낸다.

   하지만 킴벌라이트 마그마는 맨틀과 지반의 중간층 양쪽에서 유입된 딱딱한 암석을 다량으로 포함하고 있어 유동하기 쉬운 용암처럼 균열을 통해 흘러나오는 일은 없었다.

  그 때문에 상승하는 마그마의 압력이 높아져 지표의 암석층은 위쪽으로 부풀어 오르게 된다. 이후 킴벌라이트를 상승시킨 가스가 공중으로 방출되면서 부풀어 올랐던 부분의 중심은 무너져 내리고 이렇게 해서 생긴 함몰 화구 속에서 킴벌라이트는 약 200~300m, 어떤 것은 약 2km의 폭을 지닌 암석의 퇴적물이 되어 응고하게 된다.

  이때 마그마가 올라왔던 통로를 파이프(pipe)라 부르며 하부보다 상부가 넓은 당근 모양의 형태를 나타낸다. 빠른 운반 속도는 다이아몬드가 변화 없이 지표면에 도달하는 데 중요한 역할을 한다. 만약 다이아몬드가 포함된 마그마가 서서히 상승하여 높은 온도와 낮은 압력을 받게 되면 흑연화하는 것으로 알려져 있다.

  이러한 킴벌라이트나 램프로 아이 트는 각 대륙에 걸쳐서 널리 분포되어 있으나 그중 일부만이 다이아몬드를 포함하고 있으며, 그 중 경제적인 산출량을 가지고 있는 광산은 더욱 드물다.