희토류 금속 응용 현황

기타 희토류 금속 응용 현황     희토류를 응용한 대표적인 분야는 영구자석 제품인데, 기존에 생산되던 Sm-Co계 자석은 가격·물성 등의 이유로 Nd-Fe-B계 자석으로 전환되는 추세다. Nd계 자석은 본드, 인젝션, 소결 등 3종류가 있는데 본드와 인젝션자석은 태평양 금속에서 참여하고 있고 소결자 석은 한국마그네틱얼로이와 LG금속에서 참여하고 있다. LG금속은 중국과 합작으로 천진에 연간 생산능력 40톤의 Nd-Fe-B계 소결자석공장을 91년 9월에 준공해 생산하고 있다. LG 금속은 중국에서 생산된 소결자석중 50% 가량을 국내에 공급하고 있고 나머지는 중국 및 기타지역에 공급하고 있다. 국내에서 Nd-Fe-B계 소결자석은 모타용, 오디오용, 레이져픽업 용 등에 사용되고 있다. 내수량 중 60% 이상이 일본의 스미토모, 신에츠, TDK, 히다찌 등 에서 수입되고 있다. Nd2Fe14B상에 기초한 Nd-Fe-B계 영구자석은 84년 Sagawa에 의해 개발되었으며, 현존 하는 영구자석 중 가장 뛰어난 자기적 특성을 갖고 있어 개발된지 2년만인 86년부터 상업 화되기 시작했다. Nd-Fe-B계 자석의 용도를 보면, 가전제품인 VTR·비디오카메라·카세트 등의 소형 모터 부분과 의료용인 핵자기공명촬상기에 대부분 이용되고 있다. 현재는 30~50 개의 자석을 필요로 하는 자동차에 그 이용 가능성이 논의되고 있어 앞으로도 그 수요는 증 가할 것으로 예상되고 있다.   Pr6O11은 타일색소를 제조하는 한일과 희정산업에서 세라믹타일의 Yellow Pigment용으로 연간 2톤 정도 사용하고 있다. 향희토류는 금속에 소량 첨가해도 성질을 크게 변화시킬 수 있으므로 첨가제로 많이 이용하고 있는데, 희토류의 철강 첨가효과로는 뚜럿한 탈산·탈황 효과, 황화물의 형상제어, 수소로 인한 균열방지, 용접성 개선, 열간 가공성 향상, 흑연의 완 전한 구상화 등을 들 수 있다.   희토류의 비철금속 첨가제 이용은 철강만큼 공업적으로 대량 사용되고 있지는 않지만 마그 네슘 합금은 이용은 오래되었으며 40여년전부터 항공기용 합금에 사용되고 있다. 알루미늄 합금은 고장력 고압송전용 케이블에 희토류를 첨가한 합금이 사용되고 있다. 동, 흑연 등의 이용은 아직 적지만 앞으로 증가할 것으로 예상된다. 마그네슘합금에 희토류를 첨가하면 결 정의 미세화, 경도 증가, 가공성 향상 등의 효과가 있다. 동합금 이용은 공업적 대량 수요가 없지만 연구보고는 많이 발표되어 있으며, 그밖에 코발트기 초내열합금에 La첨가, 티타늄에 희토류 첨가, 니오븀합금에 Y첨가, 산화물 분산강화합금에 산화이트륨 첨가 등이 있다. 희 토류의 자기적 특성을 이용한 자기디바이스에는 자기버블메모리, 광·자기메모리, 자기광학소 자, 자기냉동 등이 있는데 특히 광자기 기록매체는 SKC에서 연구개발 단계에 있다.   현재 세계 희토류 수요의 약 30%가 촉매인데 희토류 산화물, 복합산화물, 금속간화합물 등 이 있고 실용 예로서 유동접촉분해 촉매인 제올라이트계 FCC촉매와 자동차용 배기가스처 리 촉매 등이 있다. 희토류 응용 분야 중 수소저장합금이 있는 데 이는 대량의 수소를 가역 적으로 흡장·방출하는 특성을 가진 금속이나 합금을 말한다. 금소기나 합금이 수소를 흡장 하여 금속수소화물을 생성할 때는 생성엔탈피에 해당하는 열을 방출하며 역으로 금속수소화 물이 분해될 때는 열을 흡수한다. 이 발열·흡열의 가역반응을 이용하면 수소저장합금은 수 소의 저장 및 수송뿐만 아니라 열저장 및 공급에도 이용할 수 있으며 또 금속수소화물을 가 열하면 평형수소압이 높아지므로 고압수소를 만들 수 있어 가열에 소비된 열에너지를 기계 에너지로 변화시킬 수 있다.   희토류계 합금의 수소흡장 특성은 70년대 네덜란드 Philips연구소에 SmCo5의 자기 특성 연구 중 우연히 발견되었으며 이것이 계기가 되어 희토류계 수소저장 합금 연구가 시작되었 다. 희토류계의 대표적인 수소저장합금은 란타늄-니켈계 합금과 미시메탈계합금이 있는데 특히 미시메탈계 합금은 가격이 저렴하면서도 특성은 LaNi5와 동등하므로 향후 많은 응용 이 전망된다. 수소흡장을 응용한 미시메탈니켈(MmNi5)합금은 국내에서도 밧데리용으로 LG·삼성·로케트밧데리 등에서 연구개발 중이다. 세라믹스에 희토류를 이용한 분야 중 고온 도전체인 란타늄크로마이트(LaCrO3)는 MHD 발전용 전극재료로서 기대가 되는데 알칼리와 반응하기 쉬운 결점은 아직 해결되지 않고 있다. BaTiO3은 페로프스카이트 화합물이며 강 유전체·캐피시티·서미스터 등에 널리 응용되고 있다. 이 물질은 특성변환을 위해 희토류를 첨가하여 원자기를 제어하며 퀴리온도 부근에서 저항이 갑자기 상승하는 정온도특성(PCT) 이 나타난다. 이 PTC 세라믹스는 온도센서, 한류저항체, 자기제어형 허니컴히터 등으로서 최근 만이 보급되어 있다.   최근에는 SrTiO3을 기재로 한 BL 캐피시터, 복합기능 고체소자도 개발되었다. 콘덴서용으 로는 국내에서도 일부 생산하는데 삼화콘덴서는 La2O3를 연간 1톤가량 사용하고 있으며 삼성전기는 Nd2O3를 월간 200kg 정도 사용하고 있다. La2O3는 열간프레스로 투명세라믹 스를 얻기 위한 광스위치 등의 광전자 재료로서 사용된다. 세라믹스에 사용되는 용도는 그 밖에 고 Tc 초전도 세라믹스가 있고 Si3N4나 AIN의 소결조제로 희토류산화물이 사용되고 있다. 희토류는 레이저 발진에도 응용되는데, Nd가 가장 주목 받고 있다. 또한 카메라를 비 롯한 거의 모든 광학기기용 유리에 La2O3, Y2O3, Yb2O3등이 첨가되고 있다. 앞으로도 렌 즈는 계속하여 고성능화, 컴백트화 경향이 있으며, 고굴절·저분산 렌즈에의 희토류 사용량은 점차 증가할 것으로 전망 된다. 한편, 식기유리 제조용으로 국내 유리업계에서 Er2O3를 소 량 사용하고 있으나 KG당 16만원 정도의 고가이기 때문에 사용에 많은 제한을 받고 있다.       치박신기원희토유한회사   중국 산동성 치박(淄博)시에 위치하고 희토류 제품 전문적으로 생산 및 판 매하는 회사입니다. 산화희토, 질산희토, 탄산희토를 생산 판매합니다. 주요 제품은 란타(Lanthanum Oxide), 산화세륨(Cerium Oxide), 산화프라세오 디뮴(Praseodymium Oxide), 산화네오디뮴(Neodymium Oxide), 산화유로퓸 (Europium Oxide), 산화테르븀(Terbium Oxide), 산화디스프로슘(Dysprosium Oxide), 산화에르븀(Erbium Oxide), 산화이트륨(Yttrium Oxide), 이트륨+유로퓸 (Yttrium+Europium), 염화란타(Lanthanum Chloride), 나노산화이트륨(Nano Yttrium Oxide), 나노산화란타(Nano Lanthanum Oxide), 나노산화세륨(Nano Cerium Oxide), 나노산화프라세오디뮴(Nano Praseodymium Oxide), 나노산화네 오디뮴(Nano Neodymium Oxide), 나노산화디스프로슘(Nano Dysprosium Oxide), 나노산화에르븀(Nano Erbium Oxide), 염화희토(Low Neodymium RE Chloride), 고령토(Kaolin) 등 있습니다.  아울러 LED, 전기석(電氣石)도 취급합니다.       ■김상민 정읍시 사과발전협의회장 “착색·당도 좋고 갈반증상 싹~” “다조아 효과를 톡톡히 보고 있습니다. 이젠 제가 가장 신뢰하는 친환경자재입니다.”라며 거침없이 다조아의 효능을 이야기하는 김상민 정읍시 사과발전협의회 회장. 정읍시 덕천면 에서 갑진농장을 운영하고 있는 김 회장은 다조아를 벌써 4년째 사용하면서 그 놀라운 효 과를 몸소 경험하고 있다. 김 회장은 우선 다조아를 뿌리니 1차 적과 세포분열 될때 비대가 빨라져 정형과가 많이 생 산됐다고 한다. 또 수정률이 높아져 생산량이 많아졌고 그늘진 곳의 사과도 착색이 잘돼 사 과 고유의 색깔을 띠게 됐다. 특히 올해처럼 비가 잦은 날이 많으면 갈반 증상이 많이 나타 나나 김 회장 농장에서는 거의 찾아 볼 수가 없다. 여기에 당도 또한 평균 17∼18도로 타 농가보다 3∼4도 가량 높아 농협 하나로마트에서 올해 생산량 전량을 구매키로 했다. ■최영수 정읍시 벼 재배농가 “엽면 살포후…쓰러짐 걱정 뚝~” “사실 처음에는 과연 벼농사에도 효과가 있을까 하는 의문이 들었죠. 그러나 요즘에는 잘 선택했다는 생각이 듭니다.” 정읍시 덕천면 우덕리에서 7만2000평의 벼농사를 짓고 있는 최영수 씨는 지난해 6000평에 만 다조아를 사용했으나 올해는 전 면적에 사용할 정도로 제품에 대한 믿음이 강하다. 최 씨는 농약과 함께 다조아를 엽면 살포해 보니 우선 벼 대가 튼튼해져 쓰러짐 현상이 전 혀 나타나지 않았다고 한다. 이로 인해 쌀 생산량이 다조아를 뿌리지 않은 논보다 10%가량 증가했다는 것. 이에 대해 최 씨는 “최근 질소질 비료 과다 사용으로 벼 쓰러짐 현상이 심 하게 나타나는데 이를 방지하는데 다조아가 가장 적절한 것 같다”고 주장했다. 이같은 효과 탓에 최 씨는 올해는 못자리때 부터 사용하고 있다. ■희토를 연구하는 사람들 희토는 그동안 농업 분야보다는 일반 산업분야에서 널리 사용되어 왔다. 공업용으로 컴퓨 터, 브라운관, 전자석 등으로, 의약품으로는 항암 및 면역, X-레이에 투입되는 최첨단 신소 재로 각광을 받고 있다. 그러나 희토가 거의 생산되지 않는 우리나라에서 희토에 대한 연구 역사는 매우 짧다. 사실상 현재 전북대 허삼남과 박홍석 교수가 공동 연구하고 있는 ‘희토 광물 이용 농용 신소재 연구’가 학술적으로는 국내 최초라는 평가이다. 향후 친환경 농업을 위한 천연 광물원소 신소재로 평가받는 ‘희토’를 연구하는 교수님들을 만나봤다. □허삼남 전북대 농업과학기술연구소 소장 “시금치에 희토를 처리한 결과 농약 잔류량이 감소하는 효과를 실제 시험을 통해 확연하게 관찰할 수 있었다”는 허삼남 전북대 농업과학기술연구소 소장. 시금치 잎에 희토를 엽면 살 포한 결과 한 번 처리할때에는 19.6%, 2번 처리하면 18.2%, 3번 처리때에는 32.4%정도나 농약 잔류량이 줄었다. 아직 연구가 진행 중이지만 배추의 경우에는 농약 잔류량이 50%나 감소하는 것으로 나타났다. 허 소장은 “이미 중국 연구자료에서도 희토가 농약 잔류량을 낮 춘다는 연구가 있으나 이번 실험을 통해 국내에서도 이를 직접 확인해 볼 수 있었다”고 강 조했다. 이밖에 희토가 농작물에 미치는 영향을 조사한 결과도 놀라웠다. 농가실증 재배실험을 실시 한 결과 희토 처리로 시금치 엽록소 함량이 13.3%, 상추는 2.6% 각각 증가했다. 또 포기당 생체 무게는 시금치는 22.7%가량 증가했으며 상추는 11%가량 생산량이 늘어났다. 특히 발암 물질인 질산태 함량의 경우 시금치 질소 함량이 23%나 줄어든 것으로 나타나 희토가 질산염 강하 성분이 있음이 입증됐다. 이에 대해 허 소장은 “결국 희토는 생산량을 증대시키고 질산태 질소 및 농약 잔류량을 감소시켜 청정 농산물 생산에 기여하는 광물질이 라는 것이 확인된 셈”이라고 말했다. □박홍석 전북대 동물자원과학과 교수 “현재까지의 연구결과를 종합해 볼 때 희토를 이용한 사료첨가제 개발 가능성은 매우 높 다.”라고 밝히는 박홍석 전북대 동물자원과학과 교수는 그동안 10여차례 중국을 직접 방문 할 정도로 희토에 지대한 관심을 기울여 왔다. 지난 2000년과 2001년에 중국 희토 전문가 를 초청, 관련 국제세미나도 개최했다. 박 교수는 당초 중국 연구자료에서 희토가 가축들의 육질을 개선하고 성장촉진, 폐사율을 감소시킨다는 내용을 보고 반신반의했다고 한다. 그러나 박 교수는 실제 농가 실증검사를 통해 희토가 가축에 미치는 긍정적인 효과를 직접 체험했다. 2002년 6월 9일부터 7월12일 까지 육계에게 사료와 희토를 같이 먹인 결과 증체량이 5%가량 증가했으며 사료 요구율은 6%나 감소, 사료값을 아끼는 효과를 보았다. 또 산란계의 경우 2002년 9월7일부터 2003년 5월1일까지 연구한 결과 희토를 먹인 닭이 먹이지 않은 닭보다 3∼5%가량 높아진 것으로 조사됐다. 여기에 정원 종돈장에서 이뤄진 양돈 실험결과에서도 증체율이 15%나 증가하고 사료 요구율은 4∼8%가량 줄어든 것으로 나타났다. 박 교수는 “앞으로 좀 더 많은 연구를 해야겠지만 현재까지의 연구결과만 보아도 매우 놀라 운 것”이라며 “희토의 농업적 이용에 대한 좀더 심층적인 연구가 이뤄지도록 제도적 장치가 마련되기를 바란다”고 강조했다.