희토류 산업 알아보기




미중 갈등이 생길 때마다 항상 나오는 주제인 희토류
아직 제대로 공부를 못해서 이번 기회에 정리해본다
공부하기 전에 Space에 올라온 자료가 있나 먼저 찾아봤다.
작년에 동이의덕왕님이 희토류에 대해 너무 잘 써주셨다.
다방면으로 정리해주셔서 도움이 많이 됐다. 감사합니다!
다시 나의 언어로 복습하고 궁금했던 부분들을 추가로 찾아서 정리해본다.
희토류는 무엇인가
희토류 제조 공정, 왜 더럽고 어려운가?
각 국가들은 어떻게 대처하고 있는가? - 미국, 중국, 일본, 호주
어떤 기업에 투자하는 게 좋을까?
기본 지식부터 습득해보자.
희토류란 대체 뭔가?
희토류는 주가율표상 17개의 원소를 의미한다.

색칠된 원소들이 희토류다.
모두 3족(세번째줄)에 속함
같은 족이다
= 최외각 전자 구조가 거의 같아서 화학적인 특성이 같음
= 분리/정제하기 어렵다는 뜻
그 중에서 초록색 칠한 4종이 돈 되는 애들임
Nd Pr -> 경희토류
Tb Dy -> 중희토류
Nd Pr은 경희토류로 그나마 채굴이 쉬움
① Nd 네오디뮴
철이랑 섞으면 영구 자석이 만들어짐
단점은 80도 이상에서 자력을 잃음 <- 중희토류가 필요한 이유
② Pr 프라세오디뮴
네오디뮴 옆에 붙어다니는 애. Nd : Pr = 3 : 1 비율 수준으로 같이 다님
네오디뮴이랑 분리하려면 돈이 많이 들어감.
네오디뮴과 섞여도 자석 성능을 크게 떨어트리지 않아서 씀. but 일정한 비율을 요구하는 고객사& 하이엔드 제품군 수요가 있어 퓨어 네오디뮴이 필요해서 정제 과정이 어려워지는 거임
Tb와 Dy는 중희토류로 아무데서나 캘 수 있는 원소가 아님
잠깐, 중희토류 함량이 높은 지역은 왜 그런걸까?
중희토류는 마그마가 식어가는 후기 단계까지 액체 속에 끝까지 남아 농축되는 성질(=불호정성)을 갖고 있음. 마그마 찌꺼기에 많음.
지구상에서 중희토류를 경제성 있게 캘 수 있는 곳은 지질학적으로 두 곳으로 분류함.
중국 남부 및 미얀마 국경: 화강암 지역이 수백만 년 동안 따뜻하고 습한 아열대 기후에 풍화되면서 돌은 점토로 변하고, 중희토류들이 점토 표면에 달라붙어 채굴 난이도가 가장 낮음 -> 전세계 Dy Tb 공급의 90% 장악 중
해빈 사광(Heavy Mineral Sands) 지대 - 호주, 브라질, 인도, 마다가스카르: 오랜 세월 동안 암석이 깎여 바다로 흘러가면서 무거운 광물 모래만 해안가에 쌓인 지대. 모자나이트와 제노타임이 가득 묻혀있음. (MP Materials는 동맹국의 모자나이트를 수입해오기도 함)

③ Tb 테르븀
네오디뮴 자석을 고온에서 버틸 수 있게 해줌 (=열저항 강화)
네오디뮴 자석에 넣어도 기본 자력을 깎지 않아서 Dy보다 4배 비쌈
하이엔드 산업 제품용
④ Dy 디스프로슘
네오디뮴 자석을 고온에서 버틸 수 있게 해줌
네오디뮴 자석에 넣으면 자력이 깎임
일반 대중형 제품용
이제 희토류 공장의 프로세스를 알아보자.
기본적인 프로세스는 아래와 같다.
[채굴 및 선광] - [화학적 침출] - [🌟용매 추출🌟] - [침전 및 소성] - [환원]
핵심은 용매 추출 공정이다. 왜?
희토류 산업이 더럽고 어려운 이유가 이 공정에 있기 때문
(채굴도 더럽긴 하지만)
앗 그전에 궁금했던 점
구리는 전기로 지지면 용출됨
알루미늄도 전기분해로 얻음
희토류는 왜 전기화학으로 안됨?
이유 1. 환원 전위가 달라서 물을 용매로 사용 못함. 유기용매 써야함
이유 2. 유기용매 써도 희토류들의 환원전위가 소수점 둘째 자리까지 똑같음
랩실에서는 소수점 세자리 컨트롤할 수도 있지만, 양산 수준으로 스케일업 못함
ir drop 때문에 불가능 (누가 '우리는 전기화학으로 희토류 추출 가능함!' 자랑하면 의심의 눈으로 째려보기)
희토류를 정제할 때 사용하는 용매 추출법이 뭐냐
기름과 물이 분리되는 원리임

먼저 산성용액으로 희토류를 녹여 침출액을 제조 (여기서 토륨이나 우라늄이 찌꺼기로 발생 <- 더러움🤮)
-> 침출액을 용매와 믹싱한다
-> 용매-침출액 층 분리가 일어날 때까지 기다린다
-> 용매를 진행방향 탱크로 보낸다 + 침출액을 진행 반대방향 탱크로 보낸다
-> 같은 방법을 수백 회 이상 실시

기름에는 추출제(Extractant)가 포함되어 있음. 희토류를 기름층으로 납치하는 역할임
그 과정에서 수소이온이 발생하여 물이 산성으로 변함
산성 환경에서는 추출제가 희토류를 납치하지 않음.
따라서 믹싱-분리 과정을 수백 회 실시하는 동안 각각의 탱크 내부 pH를 정밀하게 ...




