희귀 금속 자동 추출 특허 기술의 가능성

1. 초음파 기반 추출 기술: UAEx의 혁신성과 환경적 이점

희귀 금속의 효율적인 추출을 위한 기술 중 하나로 주목받는 것은 중앙아메리카 니켈(Central America Nickel Inc.)이 개발한 초음파 보조 추출 기술(UA EX)입니다. 이 기술은 초음파를 활용하여 희귀 금속을 기존 방법보다 빠르고 효율적으로 추출할 수 있도록 설계되었습니다.

초음파 보조 추출(Ultrasound-Assisted Extraction·UAEx) 기술은 기존 습식·건식 제련 공정의 한계를 극복하기 위해 등장한 차세대 설루션으로, 음압(音壓)·공동현상(cavitation)·미세 기포 붕괴 충격을 이용해 광물 입자 사이에 존재하는 미세 균열을 확장하고 용매 침투 경로를 수십 배 넓혀 준다

UAEx는 특히 방사성 물질(우라늄, 토륨)과 희토류 원소를 선택적으로 분리할 수 있어 국제 수출 및 운송에 필수적인 방사능 기준을 충족시키는 데 유리합니다 .

UA EX 기술의 주요 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 추출 효율이 높습니다. 네오디뮴은 92%, 프라세오디뮴, 가돌리늄, 이리듐은 100%의 회수율을 기록하였습니다. 둘째, 환경친화적입니다. 기존의 화학적 추출 방법에 비해 CO₂ 배출량, 폐기물, 에너지 소비가 크게 줄어듭니다. 셋째, 처리 시간이 단축됩니다. 초음파의 물리적 효과로 인해 광물과 용매의 반응 속도가 증가하여 전체 공정 시간이 단축됩니다.

이러한 기술은 전통적인 추출 방법의 한계를 극복하고, 희귀 금속의 안정적인 공급망 구축에 기여할 수 있습니다. 특히, 전기차, 풍력 터빈, 스마트폰 등 다양한 산업 분야에서 희귀 금속의 수요가 증가하는 현시점에서 UAEx 기술은 지속 가능한 자원 확보의 핵심 기술로 부상하고 있습니다.

UAEx 장치를 특허화한 CAN 사는 반응기 내벽을 티타늄 합금으로 코팅하고 캐비테이션 마모를 최소화하는 나노 패턴을 적용해 설비 내구성을 3배 이상 늘렸으며, 모듈형 스키드 형태로 제작해 광산 현장·재활용 공장·연구소 등 다양한 스케일에 맞춰 100kg day⁻¹부터 50t day⁻¹까지 손쉽게 증설할 수 있도록 설계했다. 이러한 기술적 장점은 희귀 금속 공급망이 지정학적 리스크에 취약한 현 상황에서, 자원 국산화와 탄소 국경세 대응을 동시에 달성할 수 있는 전략적 카드로 주목받는다.

2. 이온 금속공학(Ionometallurgy): 비수기 용매를 활용한 친환경 추출

이온 금속공학은 전통적인 수계 기반 추출 방법의 한계를 극복하기 위해 개발된 기술로, 비수기 용매인 이온성 액체(ILS)나 깊은 유 텍 틱 용매(DESS)를 활용하여 금속을 추출합니다. 이 기술은 중간 온도에서 금속을 용해하고 전기화학적으로 회수할 수 있어 에너지 소비를 줄이고, 폐수 발생을 최소화하는 장점이 있습니다 .

이온 금속공학의 핵심은 금속의 선택적 용해와 회수입니다. 예를 들어, DE SS는 높은 염화 이온 농도와 낮은 수분 함량을 제공하여 금속의 용해도를 높이고, 산화 방지 효과를 제공합니다. 이를 통해 기존의 고온 처리나 강산 사용 없이도 금속을 효율적으로 추출할 수 있습니다.

또한, 이 기술은 폐배터리, 전자 폐기물 등 다양한 폐자원에서 금속을 회수하는 데 적용할 수 있어 자원 순환 경제 구축에 기여할 수 있습니다. 특히, 리튬, 코발트, 니켈 등 전기차 배터리의 핵심 소재를 친환경적으로 회수할 수 있어, 지속 가능한 모빌리티 산업 발전에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

3. 생물 침출(Bio leaching): 미생물을 활용한 지속 가능한 금속 회수

생물 침출은 미생물의 대사 작용을 활용하여 금속을 추출하는 기술로, 전통적인 화학적 추출 방법에 비해 환경친화적이고 에너지 효율이 높습니다. 이 기술은 특히 저품위 광석이나 복합 광물에서 금속을 회수하는 데 효과적입니다 .

생물 침출에 사용되는 주요 미생물로는 철과 황을 산화시키는 세균인 Acidithiobacillus ferrooxidans와 Acidithiobacillus thiooxidans가 있습니다. 이들은 광물 내의 금속을 산화시켜 용해하며, 이 과정에서 생성된 금속 이온은 용액에서 회수할 수 있습니다. 또한, 곰팡이류인 Aspergillus Niger 와 Penicillium simplicissimum는 유기산을 생성하여 금속을 용해하는 데 사용됩니다.

생물 침출의 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 에너지 소비가 적고, 고온 고압의 조건이 필요하지 않습니다. 둘째, 폐수나 유해 가스의 발생이 적어 환경 오염을 최소화할 수 있습니다. 셋째, 저품위 광석이나 복합 광물에서도 높은 회수율을 보입니다.

이러한 특성으로 인해 생물 침출은 특히 개발도상국이나 환경 규제가 엄격한 지역에서 금속 회수 기술로 주목받고 있으며, 지속 가능한 자원 활용을 위한 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.

4. 결정화 기반 추출 기술: 저온·저압 조건에서의 희귀 금속 회수

결정화 기반 추출 기술은 희귀 금속을 저온·저압 조건에서 결정화시켜 회수하는 방법으로, 에너지 소비를 줄이고 공정의 안전성을 높이는 데 기여합니다. 이 기술은 특히 희토류 금속의 회수에 효과적이며, 기존의 고온 처리나 강산 사용을 최소화할 수 있습니다 .

이 기술의 핵심은 용매 내에서 희귀 금속을 선택적으로 결정화시키는 것입니다. 예를 들어, 아마이드 기반의 용매를 사용하여 희토류 금속을 결정화시킨 후, 중력 분리나 자기 분리를 통해 순수한 금속 결정체를 회수합니다. 이후, 이 결정체를 정제하여 고순도의 희토류 산화물을 생산할 수 있습니다.

결정화 기반 추출 기술의 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 공정 온도와 압력이 낮아 에너지 소비가 적고, 장비의 내구성이 향상됩니다. 둘째, 용매의 재사용이 가능하여 공정 비용을 절감할 수 있습니다. 셋째, 폐수나 유해 가스의 발생이 적어 환경친화적입니다.

이러한 기술은 특히 전자 폐기물이나 사용 후 배터리 등에서 희귀 금속을 회수하는 데 효과적이며, 자원 순환 경제 구축과 환경 보호에 기여할 수 있습니다.