Special 국가 전략소재 희토류 기술 개발 및 공급망 확보 동향(1)

세계 희토류 자원산업과 각국의 공급망 구축 현황

이진영_한국지질자원연구원 자원활용연구본부 책임연구원

Ⅰ. 서언

희토류는 1787년 스웨덴 군인이 발견한 스톡홀름 근처의 Ytterby 지방 장석 광산의 흑색 광석에서부터 그 유래가 시작되었으며, 1800년대 들어서 화학자들에 의해 원소별 분리가 가능해지면서 세상에 그 존재를 나타내기 시작했다. 그러나 전 세계적으로 일반 대중들이 ‘희토류’라는 단어를 접한 시기는 2010년 일본과 중국의 센카쿠 열도(중국명 댜오위다오)분쟁시, 중국에서 일본에 ‘희토류 수출제한’ 카드를 사용하면서부터일 것이다. 그 이후 중국 일변도인 희토류 공급망에 대한 불안감이 전 세계적으로 확산되면서 주요 희토류 소비국에서 안정적인 희토류 공급망을 구축하기 위한 노력을 시도하였다. 그러나 2012년 이후 치솟았던 희토류 가격이 여러 정책적/경제적 이유로 하락하면서 다시 희토류 공급의 脫중국화 시도는 시들해졌으나 미-중 패권경쟁이 시작된 후 두 강대국 간의 갈등이 고조되면서 희토류를 필두로 하는 핵심광물의 공급망 안정화에 대한 관심과 투자가 다시 급증하는 단계에 있다.
이에 저자는 희토류 자원산업 현황을 간략히 소개하고 각국의 희토류 공급망 안정화를 위한 노력과 우리나라의 희토류 공급망 구축 현황 및 제언을 하고자 한다.

Ⅱ. 희토류 자원산업 현황

Ⅱ-1. 희토류 자원의 부족 특징

희토류는 란탄계열(lanthanoids) 15개 원소(La~Lu)와 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)을 포함한 17개 원소를 통칭하는 표현이며, 이 원소들은 첨단산업인 전자·전기 및 전기차에 사용되는 반도체, LED, 모터, 풍력터빈, 광학유리, 레이저 등 다양한 산업 분야에서 사용되는 필수소재(표 1. 참조)로 알려져 있으며, 4차산업혁명 시대의 핵심전략 광물로서 희토류의 중요성은 이미 알려져 있다.

EU에서는 그림 1과 같이 원자번호 57~61(La, Ce, Pr, Nd, Sm)을 경(輕)희토류(LREE)로, 63~71(Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)과 39(Y)를 중(重)희토류(HREE)로 구분하나, 중국은 원자번호 57~60을 경(輕)희토류, 61~64를 중(中)희토류, 65~71을 중(重)희토류로 구분하기도 하며 이중 Nd, Eu, Tb, Dy 및 Y이 수요공급 측면에서 critical material로 분류되어 있다.

그림 1. 희토류 원소 및 EU 기준 분류

이러한 희토류(稀土類) 원소는 그 명칭에 드물다는 표현이 있으나 지구상에 의외로 풍부한 성분으로, 희토류 중 부존 비중이 높은 세륨의 지각 내 함유량은 66ppm으로 구리(60ppm)보다 풍부하다(그림 2). 그러나 희토류가 일부 지역에 편중되어 있고 발견 초기 원소별 분리가 어려워서 이러한 명칭으로 불린 것으로 추측된다.

그림 2. 지각 내 원소별 상대 분포 비율(https://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/)
 

한편 지구상에 분포된 희토류 자원의 광상 유형별 분포를 알아보면 그림 3(좌)에 나타낸 바와 같이 고품위/대규모 광상으로 부존하는 카보나타이트형 광상이 62%로 높은 비중을 나타내며 알카리 화성암형(16%)과 철-희토류형(15%) 광상이 그 뒤를 잇는다. 이러한 카보나타이트형, 알카리 화성암형 및 철-희토류형 광상은 열수광상으로 마그마활동에 의해 생성된 1차광상(Primary Deposit)에 해당하며, 1차광상이 지각 변동 및 풍화에 의해 생성된 2차광상(Secondary  Deposit)으로는 사광상, 라테라이트 광상, 이온흡착형 광상 등이 존재한다. 현재까지 확인된 59개 희토류 광상의 매장량 및 희토류 원소별 함량을 통해 계산된 희토류 원소별 부존비중(그림 3(우) 참조)을 보면, 92% 이상이 경희토류(La, Ce, Pr, Nd)이며, 가격이 높고 희토류 자석의 열적 안정성 및 특성을 향상시키기 위해 첨가되는 Tb, Dy가 포함된 중희토류는 매우 낮은 것을 알 수 있다.  

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