지질자원연, 친환경 고효율 리튬 추출 기술 개발

- 저급 염수에서 리튬 농도 42배 증가

- 환경보호와 경제성 바탕으로 향후 상용화 기대

염수 리튬 직접 침전 회수 공정. (자료제공: KIGAM)

저급 염수로부터 직접 침전 회수된 리튬 침전물. (자료제공: KIGAM)

리튬 자원은 크게 광석 또는 염수에서 생산되는데, 자원량이 많고 생산비용이 저렴한 염수 리튬의 수요가 증가할 것으로 예상된다. 

한국지질자원연구원(KIGAM, 원장 이평구)은 자원활용연구본부 박인수 박사 연구팀이 리튬 농도가 낮은 저급 염수에서 리튬을 직접 침전시켜 빠르게 리튬을 선택적으로 회수하는 ‘고효율 리튬 추출 기술’을 개발했다고 2월 27일 밝혔다. 이 기술은 높은 생산성과 비용 경쟁력은 물론, 수자원 보호 및 고속 리튬 생산이 동시에 가능해 염수 리튬 자원의 상용화에 새로운 전환점을 가져올 것으로 기대된다.

기존에 염수 리튬 생산에 대표적으로 활용되는 태양열 증발 공정은 50% 미만의 낮은 리튬 회수율, 12개월 이상의 긴 공정 기간 및 수자원 고갈 문제가 있었다. 또한 저급 염수는 리튬의 공급 부족 문제를 해결할 수 있는 잠재적 자원으로 주목받고 있으나, 낮은 리튬 농도(<260 mg/L)와 높은 마그네슘 농도(Mg/Li>6.15) 때문에 상업적 활용이 어려운 상황이다.

연구팀은 기존 공정의 문제점을 보완하고 저급 염수의 활용 가능성을 높이고자 저온 하소(calcination) 상온 수침출(water-leaching) 공정을 도입, 리튬 침전물로부터 효과적으로 리튬을 분리하고 농축하는 기술을 개발했다. 연구결과 리튬 침전 공정에서 염수에 침전제(AlCl3: 염화알루미늄)를 첨가하면 2시간 이내에 95% 수준으로 리튬이 침전되어 회수되고, 염수 손실률은 20% 이하로 대폭 감소하는 것으로 나타났다.

또한 리튬 침전물을 저온(< 400 °C) 하소한 후 다중 수침출 공정을 거쳐 초기 염수 농도 대비 약 42배 증가한 고농도 리튬 용액(13,449 mg/L)을 제조했다.</p>

최종적으로는 고농도 리튬 용액의 불순물 정제 공정 이후, 탄산화(carbonation) 공정을 통해 99.7%의 고순도 탄산리튬 분말을 제조하는데 성공했다. 이번에 개발한 고효율 리튬 추출 기술은 많은 시간과 비용이 소요되는 염수의 전처리 및 증발 농축 공정이 불필요하여, 우수한 리튬 회수 효율이 가능해졌다. 특히 저급 염수와 산업 폐수 등에 다양하게 적용할 수 있어 향후 상업적 활용이 기대된다.

한국지질자원연구원 박인수 박사는 “저급 염수에서 리튬을 빠르고 효율적으로 추출할 수 있는 새로운 방법을 제시한 이번 연구가 리튬 산업의 미래를 여는 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다”고 밝히며 “향후 기술 상용화를 위한 꾸준한 노력과 글로벌 연구협력을 통해 세계 리튬 시장에서의 경쟁력을 강화하는데 기여하겠다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’에 최근 게재됐다. 

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]