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희유금속광물 (rare metal element)은 다른 광물자원과 비교하여 볼 때, 상대적으로 그 사용량이 적다는 것을 의미하며 결코 중요하지 않다는 것은 아니다. 따라서, 현대산업에서 소모되는 양은 적지만 절대적으로 필요한 광물자원이다. 따라서 최근 들어 희유금속광물에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 대한 확보가 중요한 관심사가 되고 있다.
㉠ 리튬 (Lithium, Li)
리튬은 1817년 스웨덴의 화학자 알프벳슨 (J.A. Arfvedson)에 의해 발견되었다. 'Lithium'의 어원은 그리스어의 'lithos', 즉 암석을 뜻하고 있다. 리튬광석은 페그마타이트의 스포듀민 (spodumene, Li2CO3) (그림 3-21).이며, 대륙의 건조한 지역에 부존하는 염수나 바닷물에 용존되어 있다 순수한 리튬금속은 스포듀민으로부터 화학적으로 준비된 염화리튬 (LiCl)을 전기분해해서 얻을 수 있다. |
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그림 3-21. 스포듀민 (spodumene, Li2CO3) |
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리튬은 화학적으로 매우 활성이 강한 금속으로, 물과는 매우 결렬하게 반응하여 수소를 발생시킨다(그림 3-22). 따라서 리튬을 보관할 때는 공기와의 접촉을 막기 위해 등유 (kerocene)안에 담가 놓아야 한다. 따라서 리튬을 원소광물로는 자연상태에서 발견할 수 없다. 리튬금속은 매우 부드러워 칼로 자를 수 있을 정도이다. 리튬은 알루미늄과 합금을 만들면, 가볍고 강하여 비행기나 우주선에 이용할 수 있다. 리튬 금속은 카메라나 계산기 등의 작은 배터리의 양극용으로 쓰인다. 전지, 경합금, 유리첨가제 등에 이용되며 핵융합로의 연료로 앞으로 수요가 증가할 것으로 예상된다. 리튬동위원소 중의 하나인 Li6은 수소폭탄제조에 이용된다. |
그림 3-22. |
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㉡ 베릴리움 (Beryllium, Be)
베릴리움의 지각 중 평균함유량은 6 ppm이다. 베릴리움은 1798년 프랑스의 화학자인 보퀴린 (L.-N. Vauquelin)에 의해 발견되었다. 주요 베릴리움 자원은 주로 페그마타이트에 산출되는 녹주석 (beryl, Al2Be3Si6O18)과 열수광상에 산출되는 버트랜다이트 (Be4Si2O7(OH)2)가 있다(그림 3-23). 녹주석은 Li 광물이나 Nb·Ta 광물 등과 함께 페그마타이트로 산출되는 것 이외에 심열수성 기원의 주석·텅스텐 광상에서도 산출되는 경우가 있다. 일반적으로 순상지에 분포하는 화강암에는 베릴리움 광물, Li 광물을 동반하는 페그마타이트가 많다. 세계의 베릴리움 매장량은 약 135만 톤으로 추정되고, 최대 매장국은 브라질이고 최대 생산국은 미국이다 우리나라는 충남의 청양, 충북의 함석 광산 등지에서 석영 맥 (quartz vein)에 소량 수반되는 베릴리움 광상이 발달되어 있다. |
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그림 3-23. 버트랜다이트 |
베릴리움은 비중이 1.85인 매우 가볍고, 내열성이 있는 금속으로서 x-선을 잘 통과시키며, 열 중성자 흡수단면적이 가장 작은 금속이다. 동합금, 경량 구조재, 원자로 재료 등에 주로 사용되는데 특히 구리에 베릴리움 1.5∼3 %가 첨가되면, 구리 합금의 장력 (tensional strength)을 6배 이상 높일 수 있다. 베릴리움 합금은 스프링, 밸브, 비행기의 캐뷰레이터 등에 이용된다.
㉢ 마그네슘 (Magnesium, Mg)
마그네슘은 비중이 낮고 강한 은백색의 금속이다. 마그네슘의 어원은 고대 그리스의 한 지방이었던 마그네시아 (Magnesia)에서 마그네사이트 (MgCO3)가 채굴되었던 데서 유래되었다. 마그네슘은 1808년 영국의 화학자 데이비 (H. Davy)가 MgO를 전기 분해하여 추출하는데 성공하면서 발견되었다. 마그네슘은 지각의 8대 원소 중에서 7번째로 많이 분포하고 있으며, 주요 공급원은 바닷물로써 거의 무한정에 가까운 마그네슘이 용해되어 있다. 바닷물에서 마그네슘을 추출하는 방법을 다우 공법 (Dow process)이라 하며 공정은 다음과 같다 : 조개껍질을 CaO의 공급원으로 하여 바닷물에 넣으면, 마그네슘이 마그네시아로 침전되는데, 이 침전물을 염산과 반응시키면 마그네슘을 얻을 수 있다. 돌로마이트 (dolomite, CaMg(CO3)2)와 마그네사이트 (그림 3-24)도 마그네슘의 광석이다. 마그네사이트는 남한에서는 생산이 되지 않아 전량수입하고 있으나, 북한에는 많이 매장되어 있다. 우리나라에서는 돌로마이트에서 마그네슘을 추출하여 부분적으로 이용하고 있다. |
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그림 3-24. 마그네사이트 |
마그네슘은 비중이 1.74로 매우 낮아 가볍기 때문에 구조재료로 매우 중요하다. 알루미늄과 마그네슘의 합금은 알루미늄을 보다 강하고, 가볍고 부식에 대한 저항을 더욱 높게 하여 자동차, 항공기, 생활용품 및 자전거 등 무게를 줄이는 동시에 높은 강도가 요구되는 물품에 많이 이용되고 있다. 마그네슘은 화학적으로 매우 활성이 강한 금속으로 마그네슘분말을 공기 중에서 태우면 흰빛을 내면서 매우 격렬하게 연소한다. 따라서, 이러한 빛을 이용하여 옛날에는 사진촬영을 하기도 했으며, 현재는 불꽃놀이에 많이 이용하고 있다. 마그네슘 철사는 손전등의 전구로 이용되는데 축전기에 의해 공급되는 전기에 의해 마그네슘이 연소하면서 빛을 내는 것으로, 이 때에는 전구 안에 산소가 있어야 한다. 그러나, 마그네슘은 이산화탄소와 반응해도 연소하는 성질을 갖고 있으므로, 마그네슘에 의해 화재가 발생한 경우 이산화탄소 소화기는 쓸모가 없게된다.
㉣ 칼슘 (Calcium, Ca)
칼슘은 지각의 8대 원소 중 다섯 번째로 많이 존재하는 금속원소이다. 또한 유기물체에 매우 긴요한 영양분이며, 특히 해양생물의 중요한 구성성분이다. 칼슘은 화학적으로 비활성원소이지만 자연상태에서 원소광물로는 발견되지 않는다. 주로 물과 반응한 Ca(OH)2나 산화물인 CaO의 형태로 존재하고 있다. 순수한 칼슘은 높은 경도를 갖는 은백색의 금속이다. 칼슘의 어원은 1 세기 경 로마인들이 칼슘의 화합물을 'calx'로 지칭한데서 유래되었다. 1808년 영국의 화학자 데이비에 의해 원소가 분리되었으며 칼슘으로 감정되었다. 순수한 칼슘금속은 CaO와 알루미늄을 가열하여 얻을 수 있으나, 상업적인 가치는 높지 않다. 칼슘은 이온상태로 존재하며, 특히 물에 녹으면 비눗물이 풀리지 않는 경수 (hard water)가 된다. 칼슘이온은 이산화탄소와 반응하여 중탄산이온이 생성되면 보일러나 수도관 등의 내벽에 붙어 유수의 흐름을 방해한다.(그림 3-25). |
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그림 3-25. |
칼슘은 베어링 (bearing)의 경도를 증가시키기 위한 첨가제로 이용된다. 그러나 칼슘이 갖는 중요한 의미는 칼슘이 석회석 (limestone)의 주요 구성성분이라는데 있다. 석회석은 시멘트 (cement)의 중요한 원료이며, 현대의 고층 건축물은 시멘트를 이용한 콘크리트 (concrete)의 산물에 지나지 않는다. 석회 (lime)는 석회석을 가열하여 얻을 수 있다. 석회는 가열하면 매우 강한 청백색 빛을 내는데, 이것이 라임라이트 (limelight)이며, 19세기에 빛을 얻는데 이용된 주요한 물질이었다. 또한 석회는 강철 및 비철금속의 합금을 제조할 때 발생하는 불순물 발생을 줄이기 위해, 강철, 구리, 니켈, 납 등을 용융시킬 때 담체 (scavenger)로 이용되고 있다. 염화 칼슘 (CaCl2)은 물에 대한 친화도가 매우 높아 공기로부터 수분을 흡수하는 성질을 갖고있어 겨울철에 눈을 제거하거나, 지하실 등에 습기가 차는 경우 이를 제거하는 목적으로 이용된다.
㉤ 앤티모니 (Antimony, Sb)
앤티모니의 세계매장량은 약 500만 톤으로 추정되며, 중국이 매장량의 약 70 %를 차지하고 있다. 앤티모니를 생산하는 나라는 중국 이외에 미국, 소련, 볼리비아, 남아공, 멕시코 등이며, 소량의 앤티모니가 유고슬라비아, 헝가리, 호주, 이탈리아 등지에서 생산되고 있다. 우리나라 앤티모니 광산은 강원도 정선, 충남 천안, 경기 이천, 경북 봉화 등에 있었으나, 1991년부터 생산이 없어 전량 수입에 의존하고 있다. 우리나라 앤티모니 매장량은 2만2찬여 톤이며, 가채량은 1만7천여 톤, 매장량 품위는 Sb 2.1 %이다. 앤티모니광의 성인적 특성은 산출형태가 괴상이거나 (그림 3-26), 맥상이며, 광석의 맥석은 주로 석영이나 장석이다. 앤티모니는 스티브나이트 (stibnite, Sb2S3)로부터 얻을 수 있으며, 광석의 품위는 3∼8 %이다. |
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그림 3-26. 괴상의 천연 안티모니 광 |
순수한 앤티모니의 용도는 장신구 제작 등에 이용되는 정도로 매우 제한적이지만, 앤티모니의 합금은 일반산업계는 물론 군사적 목적으로 매우 다양하며 필수적으로 이용되고 있다. 앤티모니와 납 합금은 앤티모니를 1∼25 % 정도 함유하는데, 앤티모니와 납을 직접 합금하거나, 광석을 혼합하여 함께 제련함으로써 만들 수 있다. 이렇게 제조된 합금은 축전지의 판, 파이프, 전선의 외장, 박판 (foil), 튜브, 총탄, 땜납, 활자 합금, 감마 베어링, 그리고 반도체의 중간 금속소재로 이용된다. 앤티모니가 이용되는 합금 중 화이트 메탈 (white metal)이 있는데, 이는 브리태니어 메탈 (Britannia metal, Pb-Sb-Cu), 퓨터 (pewter, Pb-Sb-Sn), 퀸즈 메탈 (Queen's metal, Sn-Sb-Cu-Zn)과 스털린 (sterline, Cu-Sb-Zn-Fe)을 총칭하고 있다. 앤니모니를 이용한 합금재료는 내화용기, 안료, 에나멜, 안전성냥, 유리, 고무 경화제, 의약품 등에 이용되고 있다. 군사용으로는 유산탄과 총알의 내부, 뇌관, 농도가 짙은 백연막을 일으키는 유산탄의 작약으로 이용되고 있다. 따라서 미국 아이다호주 옐로우 파인 (Yellow Pine) 앤티모니 광산의 생산량은 세계 제2차 대전 중에는 평화시보다 약 10배, 한국전쟁 중에는 약 7∼8배 증가하였다.
㉥ 실리콘 (Sillicon Si)
실리콘의 지각 중 평균함유량은 27.7 %로서 산소 다음으로 많으며 실리카 (SiO2) 또는 규산염광물의 주요 구성성분이다. 실리카를 포함하는 광물의 종류는 많지만 실리콘의 원료가 되는 것은 불순물이 비교적 적은 석영뿐이다. 석영의 미량성분으로는 Al3+, Ti4+, Mn2+, Na+, Li+ 등이 있다. 석영을 실리콘 광석으로 취급할 경우 석영결정 중에 포함된 이러한 미량성분이나, 결정입자 사이의 점토나 기타 불순물을 제거해야 한다. 실리콘의 용도는 금속실리콘의 경우 경금속합금이나 철합금, 실리콘 수지에 이용되며 함철 실리콘은 철강용으로, 실리콘 카바이드 (silicon carbide, SiC)는 연마제나 내화물에 이용된다. 이외에 유리원료나 주물사 등에 이용되고 있다. 그러나 최근들어 과학·기술이 발달됨에 따라 반도체(그림 3-27), 태양 전지용의 고순도 실리콘, 뉴세라믹용 질화규소 (Si3N4), 발진자용 수정에 대한 수요가 증가하고 있다. 첨단기술에 필요한 것은 고순도 실리카인데, 광물자원으로는 페그마타이트, 석영맥 및 퇴적광상 중 일부에 제한되어 있다. 또한 이러한 광물자원으로부터 실리카를 제조하는데는 많은 전력이 필요하다. 지각 중에 매우 풍부한 원소임에도 불구하고 편재성이 현저한 자원 중의 하나이다. 실리카 광석은 페그마타이트, 석영맥 이외에 열수변질 광상, 쳐어트 (chert) 혹은 석영입자가 풍부한 사암 등 퇴적광상, 변성광상으로 맥상 또는 괴상광상이나 규사광상 등이 있다. 실리카의 수요는 2000년대 이후에 연간 630만 톤 이상을 상회할 것으로 예측되고 있다. |
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그림 3-27. 실리콘 칩 |
㉦ 니오비움 (Niobium, Nb)
니오비움은 지각 내 평균함유량이 20 ppm에 불과하지만, 1950년대부터 고장력강, 내열 합금용으로 이용되었으며 앞으로는 초전도 (super conductivity)재료로서 이용될 것으로 예상되고 있다. 니오비움은 내열성·내식성이 있으며 열전도도가 크고 열중성자 흡수단면적이 작은 특징을 갖고 있다. 니오비움의 주요광물은 1950년대 이전에는 콜럼바이트 (columbite, (Fe,Mn)Nb2O6)(그림 3-28).였지만 최근에는 니오비움의 85 % 이상을 파이로클로어 (pyrochlore, (Na,Ca)2Nb2(O,OH,F)7)로부터 얻고 있다. 니오비움 연간 생산량은 2000년대 초반에는 3만8천여 톤에 이를 것으로 예상된다. 세계매장량은 약 890만 톤으로 브라질이 78 %, 러시아 17 %, 캐나다가 3 %를 점유하고 있으며 나이지리아, 자이레, 호주, 태국 등에 매장되어 있다. |
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그림 3-28. 콜럼바이트 (columbite) |
콜럼바이트는 화강암이나 페그마타이트에 포함되어 있다. 화강암 자체가 채굴대상이 된 경우보다는 화강암을 원암으로 하는 사광상이 더욱 경제적 가치가 있다. 나이지리아 호스 (Jos) 고원의 화강암에는 10∼200 ppm의 Nb2O5가 포함되어 있다. 페그마타이트 광상은 캐나다 매니토바 (Manitoba), 브라질 미나스 게라이스 (Minas Gerais), 중국 요녕성, 자이레, 모잠비크 등에서 발견되고 있다. 사광상에 많이 포함된 니오비움 원소는 주석광상을 기원으로 하고 있으며 특히 말레이반도에 많다. 주석 광석에 포함된 니오비움은 제련과정에서 회수되고 있다.
㉧ 바륨 (Barium, Ba)
바륨은 은백색의 금속이며, 공기 중에서 쉽게 연소하며 물과 쉽게 반응하여 수소를 발생시킨다. 바륨은 위더라이트 (witherite), 탄산바륨 (BaCO3), 황산바륨 (BaSO4) 및 중정석 (barite, BaSiO4)(그림 3-29). 등의 광물로부터 얻을 수 있다. 바륨은 1808년 영국의 화학자 데이비에 의해 발견되었다. 바륨이 용해성이 있는 화합물의 형태 (예, BaCl2)로 되면, 독성이 매우 강하게 되며 이것을 마시면 심장박동을 불규칙하게 하는 작용을 한다. 그러나, 불용성의 화합물 (예, BaSO4)인 경우에는 인체에 해가 없다. 따라서, BaSO4는 x-선을 이용하여 인체의 내부기관을 촬영하는데 이용된다. 바륨은 공기나 수분과 쉽게 반응을 하기 때문에 바륨을 금속 자체만으로는 산업에 이용되는 경우가 거의 없지만, 매우 제한적으로 이러한 성질을 이용한 용도가 있다. 하나는 진공관의 진공 상태를 높이기 위해 이용되는 경우인데, 진공관에 바륨을 넣어두면 불필요한 가스를 제거하기 때문이다. 다른 하나는 다른 금속과 합금을 하여 스파크 플러그를 만드는 것인데, 합금이 열을 받으면 쉽게 전자를 방출하는 성질을 이용한 것이다. |
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그림 3-29. 중정석 (barite, BaSiO4) |
황산바륨은 물에 쉽게 녹으며 빛나는 듯한 흰색을 띠고 있어, 인화지의 백색도를 높이거나, 종이, 플라스틱, 인조섬유의 충진재로 이용되고 있다. ZnS와 혼합하면 매우 빛나는 흰색의 페인트 안료가 된다. 불꽃놀이 할 때 녹색 빛은 바륨성분에 의한 것이다. 바륨의 광석광물인 중정석은 유전에서 시추할 때 중니액 (heavy drilling mud)으로 생산량의 약 80 % 이상이 소비되고 있다. 중정석은 석회암과 접촉부에서 교대하여 생성된 열수광상이나 맥상광상으로 생성되며, 중니액 이외에 유리원료, x-선 차단제 등으로 이용되고 있다.
㉨ 비소 (Arsenic, As)
비소는 상온에서는 부서지기 쉬운 결정질 고체이며, 반금속 (semi metal)이다. 전기적 성질은 부도체이지만, 강철같은 색을 띠고 있어 금속같이 보인다. 공기 중에 노출된 비소는, 노란색으로 변하며 오랜 시간이 경과하면 검은색으로 변한다. 원소상태로 산출되는 비소는 매우 적은 양이며, 대부분 황산화물인 계관석 (realgar)이나 웅황 (orpiment)에서 얻을 수 있다. 비소의 어원은 웅황의 라틴어인 'arsenicum'에서 유래되었다. 웅황을 공기 중에서 연소시키면 비소산화물이 되며, 비소산화물을 탄소를 이용해 다시 연소시키면 산소가 떨어져나가 순수한 비소원소를 얻을 수 있다. 비소는 거의 전량이 스웨덴에서 생산되고 있으며, 프랑스, 멕시코, 벨기에, 호주, 일본 등지에서도 소량 생산된다 (그림 3-30). |
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그림 3-30. 천연산 비소 |
비소산화물인 백비소 (white arsenic, As2O3)는 독성이 매우 강하다. 따라서, 백비소는 잡초 제거제, 살충제 등으로 이용된다. 비소혼합물은 유리의 용융제, 목재나 가죽제품의 방부제, 염색제, 안료, 의약품, 불꽃놀이 재료로 이용되고 있다. 비소가 의약품으로 이용되어 인류에게 혜택을 준 약품은 매독치료제로 이용되는 소위 '606'이다. 606은 독일의 에르리히 (P. Ehrlich)가 1910년, 606가지 화합물을 이용하여 약을 개발했기 때문에 붙여진 이름이다. 비소는 실리콘이나 게르마늄에 첨가하여 트랜지스터를 만드는데 이용되고 있다. 또한 비소와 갤륨 (Ga)의 화합물은 전기를 빛으로 변환할 수 있는 LED (light-emitting diodes)제조에 이용되고 있다. 비소는 납과 합금을 하여 탄환으로 이용되고 있다.
㉩ 니오다이뮴 (Neodymium, Nd)
니오다이뮴은 1885년 오스트리아의 광물학자인 본 벨스바하 (B.C.A. von Welsbach)에 의해 발견되었다. 니오다이뮴 광석은 배스트나싸이트 (bastnasite)와 모나자이트 (monazite)이다. 모나자이트는 인도, 브라질의 하천모래 또는 미국 플로리다 해안의 모래에서 발견되는데 희유원소를 50 % 이상씩 함유하고 있는 경우도 있다. 배스트나싸이트 광상은 남부 캘리포니아에 배태되어 있다. 이온교환 방법을 이용하여 광석으로부터 니오다이뮴을 추출하며, 순수한 니오다이뮴 금속원소는 1925년에야 분리에 성공할 수 있었다. 니오다이뮴은 은빛광택을 내며 공기 중에서 쉽게 그을린 색으로 변하므로 보관에 주의해야 한다.
천연에서 채취하는 니오다이뮴의 24 % 정도는 매우 약한 방사성 동위원소인 Nd144로 되어 있다. 니오다이뮴 디스크자석 (disk magnet)은 지폐를 찍는 인쇄잉크의 자성에 매우 강하게 반응하므로 이를 이용하여 위조지폐를 감별하는 장치로 이용하고 있다. 니오다이뮴 디스크자석은 그 유용성에 비해 값이 매우 싸기 때문에 선호도가 매우 높다.
㉪ 레니움 (Rhenium, Re)
레니움은 아주 희귀한 원소 중의 하나이다. 1920년대에는 레니움 1 gr을 얻기 위하여 몰리브데나이트 (molybdenite) 45만 톤을 분쇄하여야 했다. 레니움은 몰리브데나이트 제련 시 발생하는 분진에서 추출할 수 있다. 레니움은 은회색 광택을 보이며, 금속 중에서는 텅스텐 다음으로 용융점이 높은 금속이다. 1925년에 레니움은 백금광석에서도 발견되었는데, 독일의 탁키 (I. Tacke)등에 의해서이며 이 금속의 이름은 라인강의 라틴어인 'Rhenus'에서 유래되었다.
레니움은 마모 강도를 높이기 위한 백금의 합금원료로, 촉매제, x-선 관, 전구, 전자 접점, 진공관 부품, 펜촉 등으로 이용된다. 텅스텐과 같이 이용하면 2000 ℃정도의 온도를 측정할 수 있는 온도 감지기 (thermocouple)의 재료가 되는데 이는 두 금속의 높은 용융온도를 이용한 것이다.
㉫ 기타 희유원소광물
보론 (Boron, B) 보론은 경도는 높으나 깨지기 쉬운 성질을 갖고 있으며, 산업재료로서 중요성이 매우 높은 비금속원소이다. 보론의 질량비는 지각의 0.0003 %이다. 순수한 보론은 갈색 결정으로 경도가 다이아몬드에 버금갈 정도로 굳다. 보론은 1808년 영국의 데이비와 프랑스의 가이뤼싹 (J.-L. Gay-Lussac)과 떼나르 (L.-J. Thenard)에 의해 분리되었다. 보론은 자연상태에서 순수한 원소로는 발견되지 않으며, 산화물, 수화물 또는 소듐 (Na)과 결합한 보락스 (Borax)의 형태로 존재한다. 보락스는 세제나 물의 연화제이므로, 비누를 제조할 때 이용되고 있다. 또 다른 보론의 화합물로 보릭 애시드 (Boric acid)(그림 3-31).가 있는데, 눈의 세척제로 이용되고 있다. 우리가 흔히 알고 있는 파이렉스 (pyrex)란 상표의 유리는 보릭 애시드가 첨가된 유리로 열에 대한 저항도가 특히 높다. 보론은 원자로를 디자인하거나 이용하는데 유용하게 쓰이고 있는데, 이는 보론이 중성자를 효율적으로 흡수하는 원자핵으로부터 에너지를 발생할 수 있기 때문이다. 보론은 트랜지스터 제조에도 이용되는데, 보론을 실리콘이나 게르마늄 칩의 불순물로 이용하는 것이다. |
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그림 3-31. 보릭 애시드 (Boric acid) |
세슘 (Cesium, Cs)
순수한 세슘은 경도가 매우 낮으며 은빛을 띠는 금속원소이다. 화학적으로 매우 높은 활성을 갖고 있으며, 산소와 결합한 이산화 세슘은 물이나 이산화탄소와 반응하여 산소를 발생시킨다. 따라서 세슘은 구급차, 응급실 또는 소방관 등에 필요한 산소통을 제조하는데 이용된다. 세슘은 1860년 독일의 화학자 분센 (R. Bunsen)과 키르호프 (G. Kirchhoff)에 의해 발견되었다. 세슘의 광석은 폴루사이트 (pollucite)이다. 세슘은 영화, TV, 교통 신호등, 자동문 개폐장치 등에서 사용되는 광 전지 (photovoltaic cell) 제조 및 라디오 튜브 (radio tube) 등 진공관 제조에 이용되고 있다.
세륨 (Cerium, Ce)
세륨은 희토류 금속원소 중 가장 풍부하게 산출되고 있다. 세륨은 1803년 스웨덴의 베르질리우스 (J.J. Berzelius)와 독일의 히싱거 (W. Hisinger)와 클라프로스 (M. Klaproth)에 의해 거의 동시에 발견되었다. 세륨 광석은 바스트나사이트 (bastnasite)와 모나자이트이다. 세륨을 철 30 %와 합금을 만들면 페로세리움 (ferrocerium)이란 부스러지기 쉬운 금속이 되는데, 이 합금은 마찰을 하면 불꽃을 내므로 라이터의 부싯돌로 이용되고 있다. 세륨은 표시등, 사진, 유리 그릇, 라디오튜브 제조 시 첨가제로, 또한 금속을 용융시킬 때 담체로써 이용되고 있다.
게르마늄 (Germanium, Ge)
게르마늄은 1886년 독일의 빙클러 (C. Winkler)에 의해 발견되었는데, 이 반도체원소의 존재는 1871년 주기율표를 만들었던 멘델레프 (D. Mendeleyev)에 의해 실리콘과 유사한 성질을 갖는 원소가 있을 가능성이 이미 예견되었다. 게르마늄의 물리·화학적 성질은 실리콘과 매우 유사하다. 게르마늄은 아연을 정련할 때 부산물로 발생하는 이광 (slimes)에서 채취할 수 있으며, 광물 게르마나이트 (germanite)나 알지로다이트 (argyrodite)에서 얻을 수 있다. 게르마늄은 광학기구를 제조하거나, 귀금속 합금 시 촉매로 이용되며, 반도체로도 이용된다.
인디움 (Indium, In)
인디움은 부드러우며, 청색을 띠는 흰색의 금속이며 부식에 대한 저항도가 매우 높다. 인디움은 1863년 독일의 리히 (F. Reich)에 의해 발견되었으며, 분광분석을 하면 매우 밝은 자주 빛을 내는 것으로부터, 라틴어의 'indicum', 즉 'indigo'에서 그 이름이 유래되었다. 인디움은 아연을 정련할 때 부산물로 얻을 수 있으며, 용도는 치과기기의 부식방지용 합금, 베아링의 경도 제고용, 용융점이 낮은 금속의 용융온도를 높이기 위한 합금제, 은제품의 탈색 방지용, 유리제품에 호박색 (amber color)을 내는데 이용된다.
루비듐 (Rubidium, Rb)
루비듐은 다른 알카리금속과 마찬가지로 공기나 물과 반응하면 수소를 발생시킨다. 루비듐은 1861년 독일의 분센과 키르호프에 의해 발견되었다. 이름은 분광선의 붉은빛으로부터 유래되었는데 'deep red'를 뜻하는 라틴어의 'rubidus'이다. 루비듐은 리튬이나 세슘의 광석을 제련하는 과정에서 얻을 수 있으며, 수은등 전구에 이용되고 있다.
탈리움 (Thallium, Tl)
탈리움은 납과 비슷하게 보이며, 보통의 칼로 자를 수 있을 정도로 매우 부드럽다. 탈리움은 1861년 영국의 크룩스 (W. Crooks)에 의해 발견되었고 특유의 녹색 분광선 때문에 그리스어의 'thallos' 즉, 'green twig'을 뜻하는 말이 어원이다. 탈리움의 광석은 크룩사이드 (crookside), 로랜다이트 (lorandite) 등이며 망간단괴에도 탈리움이 있으나, 분리하기가 매우 어려워, 납이나 아연의 제련과정에서 부산물로 얻을 수 있다. 탈리움금속과 탈리움화합물은 독성이 매우 강하여 피부병 치료제나, 살충제 등으로 이용되었으나, 현재는 탈리움을 이용한 이러한 제품의 제조는 금지되어 있다.
갈륨 (Gallium, Ga)
갈륨은 알루미늄과 같은 족에 속하며, 따라서 많은 화학적 성질이 알루미늄과 유사하다. 따라서, 갈륨은 알루미늄을 정제할 때 부산물로 얻을 수 있다. 또한 구리광상이나 아연광상에서, 또는 석탄재에서 극소량을 채취할 수 있는 부산물이다. 갈륨 역시 1871년 주기율표를 만든 멘델레프에 의해 예견된 원소이며, 1875년 프랑스 화학자인 드 브와바우드랑 (P.-E.L. de Boisbaudran)에 의해 발견되어, 프랑스의 라틴어 이름인 'Gallia'에서 어원이 유래되었다. 갈륨은 용융점이 29.8 ℃이지만, 비등점은 2,403 ℃로 액상으로 존재하는 금속 중에서 온도범위가 가장 크다. 이러한 성질을 이용하여 고온의 온도감지기로 이용되며, 갈륨의 화합물은 LED 제조에 이용되어 계산기, 반사경, 광섬유 회로, 원자력 발전기의 파일 등에 사용되고 있다.
사마리움 (Samarium)
사마리움은 지각의 희토류 원소 중 다섯 번째로 많은 금속이다. 사마리움은 프랑스의 드 브와바우드랑에 의해 1879년 발견되었는데, 사말스카이트 (samarskite)란 광물에서 분광흡수실험을 하던 중에 발견하게 되었다. 이 금속은 러시아의 공병인 사말스키 (Samarski) 대령의 이름에서 유래되었다. 사마리움의 주요광석은 모나자이트이며, 니오다이뮴의 산출지와 같다. 순수한 금속 사마리움은 은백색광택을 보이며 공기 중에서 산화작용에 매우 강한 저항성이 있다. 사마리움은 자성을 없애는 (demagnetize) 원소 중 이러한 특성이 가장 높으므로 영구자석을 제조하는데 이용된다. 또한 사마리움 산화물은 최상의 적외선 흡수재로써 특수한 목적의 유리나 적외선에 민감한 형광체제조에 이용되고 있다.
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