국내 희토 신소재산업 자립을 위한 생태계 조성 및 기술 개발 동향 (1)

희토류의 세계 산업 동향

이 찬 기 _ 고등기술연구원 융합소재연구센터 센터장

홍 명 환 _ 고등기술연구원 융합소재연구센터 선임연구원

1. 서론

자연계에 매우 드물게 존재하는 금속 원소’라는 의 미의 희토류(Rare Earth Elements)는 원소기호 21 번인 스칸듐(Sc), 39번인 이트륨(Y), 그리고 57번부 터 71번까지의 란타넘계 15개 원소의 총칭이다. 하 지만 실제 희토류의 지각 내 매장량은 비교적 풍부 한 수준으로 원자번호 58번인 세륨은 지각 내 함유 량이 68 mg/kg으로 25번째로 풍부한 원소이며, 희 토류 중 매장량이 적은 편에 속하는 원자번호 69 번 툴륨(Tm)과 원자번호 44번 루테늄(Ru)도 금에 비해 매장량이 많다. 단, 원자번호 61번인 프로메튬 (Pm)은 안정된 동위 원소가 없어 자연적으로는 생 성되지 않고 핵반응으로 소비된 핵연료에서만 발견 된다. 희토류는 이름의 의미와는 다르게 지각에서 매우 희귀한 원소라고 보기는 어렵지만 경제성을 가 지는 농축된 형태로는 거의 산출되지 않으며, 자연 적으로 여러 희토류 원소 또는 다른 원소와 함께 존재하며 단일 원소로 분리하기가 매우 어렵고 광물 형태로 존재하는 경우는 매우 희귀하여 실제 순수 금속 형태의 희토류 원소를 얻는 것은 매우 어렵다. 란탄계열의 희토류 원소는 크게 두 개 또는 세 개 의 그룹으로 분류된다. 두 개의 그룹으로 분류 될 경우, 원자번호 57번 란타넘(La)에서 63번 유로퓸 (Eu)까지의 7개 원소를 경희토류, 원자번호 64번 가 돌리늄(Gd)에서 71번 루테튬(Lu)까지의 8개 원소를 중희토류로 분류한다. 세 개의 그룹으로 분류 될 경 우, 원자번호 57번 란타넘(La)에서 60번 네오디뮴 (Nd)까지의 4개 원소를 경(輕)희토류, 원자번호 61 번 프로메튬(Pm)에서 64번 가돌리늄(Gd)까지의 4 개 원소를 중(中)희토류 그리고 나머지 원자번호 65 번 터븀(Tb)에서 71번 루테튬(Lu)까지 7개 원소를 중(重)희토류로 분류한다.

금속 형태의 희토류 원소는 활성이 크고 합금이 되기 쉽고 산화물 형태의 희토류 원소는 매우 안정 하고 유리화되기 쉬운 특성을 가지고 있어 오래전부터 금속공업, 유리공업에서 많은 양이 사용되었다. 최근 희토류의 자기적 특성으로 인하여 전기를 동력 으로 하는 친환경 자동차, 신재생 에너지인 풍력 발 전 등에 주요 부품인 영구자석에 필수적으로 사용 된다. 또한, 형광체, 디스플레이, 촉매, 전자제품의 세 라믹 원료, 광섬유, 의료용 산업 등 다양한 산업 및 첨단 산업에 필수 첨가원소로 사용되고 있어 미래 신산업의 핵심적인 원소이다.

2. 세계 희토류 산업 동향

2-1. 전 세계 희토류 광석 매장 현황

지각 내 존재하 는 희토류 광 물의 함유량 은 약 200ppm으로 지각에 넓게 분포되어 있으며, 화강 암계열이 화성암계열보다 더 많이 분포되어 있다. 약 70여종의 광석이 희토류 산화물(Rare Earth Ox- ides, REO) 기준 약 10%의 희토류를 함유하고 있으 며 표 2에 주요 희토류 광석의 종류 및 화학식을 나 타내었으며 주요 희토류 광물 중 경제적 가치가 있 어 상업적으로 이용 가능한 희토류 광석은 바스트 네사이트(Bastnaesite), 모나자이트(Monazite), 제노 타임(Xenotime) 광석이다. 모나자이트와 바스트네 사이트는 경희토류의 주요 광석으로 경희토류가 고 농도로 농축되어 있다. 제노타임은 중희토류와 이트 륨의 주요 광석이나 부존 광상의 수가 적다.

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