첨단산업의 비타민 희토류 소재
한국지질자원연구원
광물자원연구본부
이는 전 세계 희토류 소재의 95% 이상을 공급하고 있는 중국의 희토류 소재 수출 물량 조절에 의한 자원 소재 무기화 경향이 점점 심화됨에 따른 결과이다.
희토류 원소들은 지각 내 총 함유량이 수십에서 수백 ppm미만으로 존재하는 란타늄(La) 계열 15개 원소와 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)을 포함하는 17개 원소를 총칭한다. 이들 원소들은 디스플레이용 형광체(Y, Eu) 및 유리연마재(Ce), 각종 전자기기의 구동용 영구자석(Nd), 에너지 변환에 필요한 수소저장합금용 소재(La) 및 석유화학과 배기가스정화용 촉매(La, Ce) 등에 미량 첨가로 독특한 성질을 발현시키는 첨단산업에 필수불가결한 소재이다.
이러한 특성을 가진 희토류 원소는 대부분 희토류 광물 중에 함유되어 있는데 이들은 특정지역에 매장된 경우가 많아 자원민족주의 또는 물량 조절을 통한 가격상승을 국가적인 차원에서 시행한다면 이는 미래 신성장전략의 성패를 좌우할 수 있을 뿐만 아니라 국내산업의 발전에 심각한 영향을 미칠 것은 자명하다. 그러므로 이를 해결하기 위한 정부차원의 종합적이고 체계적인 대책이 절실하다.
▲해외 희토류 광산 확보
희토류 광물의 종류는 인산염광물(Monazite), 불탄산염광물(Bastnasite), 인산염광물의 일종(Xenotime) 및 이온흡착형 광물(Ion Adsorption Ore)로 대별되는데 희토류광물부존은 경제성이 있는 전 세계 매장량의 40% 이상을 중국이 차지하고 있어 부존자원의 편재성이 매우 심하다.
현재까지 국내에는 강원도 홍천 철광산에 함유된 2.5% 내외의 모나자이트 형태의 괴광상으로 2,600만톤(TREO 65만 톤) 정도가 매장돼 있는 것으로 확인됨에 따라 이를 소재화하기 위한 기술개발이 진행 중에 있다.
그러나 이러한 국내광물은 매장량이 한정돼있고 저품위 광물로서 경제성이 의문시되므로 미국, 러시아, 인디아, 말레이시아, 호주, 방글라데시 및 나이지리아 등 해외 부존국에 있는 광산 확보를 위한 희토류 광물 자원의 개발이 중요하다.
이를 위해서는 대기업 및 정부가 나서서 해외 희토류 광물 자원의 확보를 위한 조사 및 탐사, 관련 전문가 양성, 집중적이고 지속적인 투자가 이뤄져야 가능할 것이다.
구체적인 방안으로는 자원의 매장국가와 소비국가가 일치하지 않으므로 자원보유국가와 기술협력 및 시장개발 등 상호협력이 필요하고 원료광물로부터 제품에 이르는 각 단계에서의 국제 분업 등이 중요하다.
▲희토류 소재화 기술 확보
희토류 광물로부터 소재화 기술은 매우 복잡한데 우선 희토류 광물의 정광 제조를 위한 파분쇄 및 선별기술, 정광의 분해침출기술, 원소별 분리정제 기술, 금속 및 화합물의 원료 소재화 기술, 용도별 기능성 부여기술, 사용 후 제품 중의 재활용 기술, 또한 희토류를 대신하거나 절약할 수 있는 대체소재 개발 등이 필요하다.
이를 위해서는 정부차원의 선별 및 제련 전문가 육성, 연구개발비의 집중적인 투자, 후방산업인 용도별 부품소재의 개발에 대한 특별한 관심이 중요하다.
국내의 경우에는 희토류를 소재화할 수 있는 기초기반기술은 일부 개발돼 있으나 이를 실용화 혹은 상용화할 수 있는 기술이 부족함으로 빠른 시일 내에 수급을 원만하게 하기위해서는 해외선진국으로부터 일부 기술 도입 혹은 공동 개발에 의한 소재화 기술 확보가 필요하다.
중국을 포함한 해외 선진국들은 이를 상용화할 수 있는 엔지니어링 기술을 확립한 다음 대량 생산을 통해 세계 희토류 소재 시장을 장악함으로써 수급에 있어서 자국의 이해에 따라 가격 및 물량을 조절하는 정책을 구현하는 단계에 있는바 이는 국내의 관련 첨단 산업분야에 미치는 영향이 지대할 것이므로 대책마련이 절실하다.
▲희토류 소재의 안정적인 수급방안
희토류 소재를 활용한 산업분야는 이미 앞에서 살펴봤듯이 형광체, 촉매제, 연마재, 영구자석, 수소저장합금 및 각종 기능소재의 첨가재 등으로 우리의 삶의 질을 윤택하게 하는 첨단 소재로 자리매김했음을 이미 확인한 바 있다.
앞으로도 희토류 소재를 활용한 부품소재산업이 지속적 탄생되리라고 예상되며 인류가 희토류 소재에 의존하는 비중은 점점 높아지리라고 예상된다.
이러한 현상에 따른 문제를 궁극적으로 해결하기 위해서는 저렴하고 안정적인 가격에 원활한 수급이 필수적이지만 전술한 광물자원 및 소재화 기술 확보 등 장기적이고 근본적인 대책 외에 단기적인 방안마련이 중요하다.
첫째 희토류 소재의 생산과정을 제품거래별 유형으로 살펴보면 희토류정광(광물), 탄산희토류, 조염화희토류, 산화희토류, 희토류금속 및 응용제품 등으로 대별되므로 중간 혹은 최종 제품의 특성에 따라 대책 마련이 필요하다.
둘째 중국의 희토류 소재에 대한 지속적인 통제가 이루어질 것이므로 어떤 종류의 희토류 원료 소재를 비축해야하는지에 대한 업계 수요조사를 하고 가격과 환율을 고려해 수급에 필요한 비축물량을 지속적으로 확보해야 할 것이다.
셋째 정부와 대기업은 장기적인 안목에서 해외 광산투자 및 분리정제 공장건설은 물론, 운전 중인 해외 현지 제조 공장에 합작 투자를 통해 중간반제품물질을 국내 산업이 필요로 하는 최종제품으로 가공해 도입하는 현실적인 방안 모색이 필요하다.
특히 해외에서 중간반제품을 활용해 국내 산업에 필요한 희토류소재제조는 품질관리를 엄격하게 할 수 있을 뿐만 아니라 용도별 희토류 소재를 안정적으로 확보할 수 있어 현실적인 대안이 될 수 있다.
넷째 희토류소재 중 원소별로 제조할 수 있는 양이 광물 중에 함유돼 원소별 함량에 따라 차이가 엄청 나는데 소량 함유돼 있으나 용도가 많은 원소가 있는가하면 그렇지 못한 경우가 있다.
그러므로 생산량이 많은 희토류원소의 새로운 용도 개발 외에 대체소재 이용기술이 개발되면 가격 또는 수급문제 해결에 크나큰 도움이 될 것이다. 그리고 사용 후 제품 중에 함유된 희토류 소재의 재활용에 의한 원료 소재화 기술 개발도 적극적으로 고려해야 한다.
