[논문]Nd-Fe-B 희토자석 순환기술

최한신; 김용환

doi:10.4150/kpmi.2010.17.6.435

Nd-Fe-B 희토자석 순환기술
Recycling Technology of Nd-Fe-B based Rare Earth Element Magnets 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.17 no.6, 2010년, pp.435 - 442

최한신 (한국생산기술연구원 생산기반연구본부 에코공정연구부) , 김용환 (한국생산기술연구원 생산기반연구본부 에코공정연구부)

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문제 정의

본고에서는 희토류 및 자석용 희토류의 일반현황을 공급적 측면과 수요적 측면에서 간략히 살펴보고, 수급의 불균형과 수급의 불안정에 대한 대안으로서의 희토자석 폐기물의 순환기술 동향을 소개하고자 한다.

제안 방법

그러나 반복 순환 사이클 과정 중 Nd 감소, 탄소와 산소의 증가 등 화학조성이 변화하고 자성특성에 영향을 미치는 Nd-rch 상의 상분율 감속 및 밀도저감 등이 발생하게 되고 이에 따라 재생 희토자석의 자성특성이 저하하는 문제점을 발견하였다. 이를 해결하기 위한 방법으로 순환과정에 HD 처리된 자석 스크랩 분말에 Nd-hydrides를 첨가하는 방법을 제시하였다. Nd-hydride의 첨가는 순환 과정에서 발생하는 Nd 손실을 보충함으로써 후속 공정 시 Nd-rich 상분율을 유지하여 반복 순환과정에서 자성특성 저하를 억제하는 방법이 된다는 것을 그림 4에 나타난 바와 같이 실험적으로 입증하였다.

성능/효과

희토 자석 스크랩과 마그네슘의 반응을 통한 희토류 원소의 선택적 용해반응은 그림 6에 나타난 바와 같이 마그네슘 용탕에 의한 스크랩의 침식반응과 고상내 Nd와 Dy의 확산, 고상 스크랩/액상 마그네슘의 반응 계면에서의 Nd와 Dy의 선택적 용해반응 및 희토원소의 마그네슘 액상을 통한 확산의 과정으로 이루어지는 것을 알 수 있다. 결과적으로 반응속도는 마그네슘의 침투속도에 영향을 미치는 스크랩의 미세조직적인 측면과, 반응온도, 반응물의 장입비, 액상유동 등의 공정적 측면의 인자와 초기 장입 스크랩의 상조성과 입도 등의 물질변수가 희토원소의 고상 확산 속도, 고/액 계면에서의 용해반응에 영향을 미치는 액상 확산 및 농도에 영향을 미치게 된다. 제안된 기술의 경우 건식반응으로 습식반응과 같이 유해한 화학물질을 이용할 필요가 없다는 점과 비교적 반응공정이 간단하고, 이종산업간 물질흐름이 용이하다는 측면에서 타 공정대비 우위성을 가진다고 할 수 있다.
표 2에서 보여지는 바와 같이 이들 국가의 풍력발전 투자가 지속적으로 상승하고 있으며, 특히 풍력발전의 후발 주자인 중국은 ’09년 신규발전 분야에서 세계 풍력발전 신규투자의 36%를 점유하였다. 결과적으로, 풍력발전용 희토자석의 중국자체 수요가 크게 증가하였다는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 희토 자석의 수요분야에서 공동으로 나타나는 현상으로 생산독과점 구조에서 수급의 불안정성의 근원적인 문제점으로 간주할 수 있다.
결과적으로 반응속도는 마그네슘의 침투속도에 영향을 미치는 스크랩의 미세조직적인 측면과, 반응온도, 반응물의 장입비, 액상유동 등의 공정적 측면의 인자와 초기 장입 스크랩의 상조성과 입도 등의 물질변수가 희토원소의 고상 확산 속도, 고/액 계면에서의 용해반응에 영향을 미치는 액상 확산 및 농도에 영향을 미치게 된다. 제안된 기술의 경우 건식반응으로 습식반응과 같이 유해한 화학물질을 이용할 필요가 없다는 점과 비교적 반응공정이 간단하고, 이종산업간 물질흐름이 용이하다는 측면에서 타 공정대비 우위성을 가진다고 할 수 있다. 그러나, 실질적인 공정의 물질회수율은 투입량 대비 얻어지는 마그네슘-네오디움(-디스프로시움) 합금량으로 결정되며, 원소 회수량은 투입 스크랩내 희토원소 총량에서 반응 후 잔류물 내 희토원소 총량을 제외해야 하므로 충분한 반응시간과 용탕내 고상과 액상의 분리 등 반응 시스템적인 측면을 고려할 필요가 있다.

후속연구

요컨대, 제품당 사용량을 저감하기 위해서 순환을 고려하지 않은 채 제 2, 제 3의 원소를 첨가하는 경우 회수하기 어렵거나 회수비용을 높이는 결과를 초래할 수 있다. 결론적으로, 희토자석의 수급 불안정성을 완화하기 위해서는 순환산업을 활성화할 필요가 있다. 희토자석의 순환기술은 순환경로에 따라서 산업계에 다양한 물질흐름의 경로를 창출할 수 있고, 이러한 다양화된 순환기술은 물질의 효율성을 극대화하는 동시에 순환산업의 중장기적 리스크를 경감하는 기능을 수행할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	희토류 수급을 위해 우리나라에서는 어떤 방안이 마련되었는가?	일본은 소재강국으로 희소금속 전체의 세계 소비대국이며 오랜기간 동안 수급 안정성을 위해 노력하고 있으며 크게 자원 확보, 순환기술, 저감대체 기술을 큰 축으로 국가 전략이 수행되고 있다. 우리나라의 경우도 제품산업 중심의 모방자 전략으로는 지속가능한 성장을 유지하기 어렵다는 점과 우리경제가 자원수급 불안정성의 안전지대에 있지 못하다는 인식에서 ’09년 희소금속 산업 활성화 방안이 마련되었다.
	희토류의 세계 총생산량은?	특히, 희유금속(rare metals)의 일종인 희토류(REE: rare earth element)는 그동안 자원의 규모 및 생산 등 시장적인 측면에서 세계의 관심을 받기에는 너무나 미비하였다. 실제로, 세계 철강생산은 연간 1,000,000,000 톤 규모를 넘어서는 반면 희토류의 세계 총생산량은 약 130,000 톤 규모로 철강의 8,000분의 1 수준에 머무르고 있다. 그러나 그림 1에 나타난 바와 같이 우리의 일상생활과 국가의 안보 및 다양한 주력산업과 미래 산업 분야가 희토류에 기초하고 있음을 확인할 수 있다.
	희토류 광산개발에 있어 미국과 EU는 어떤 노력을 하고 있는가?	이에 세계 주요국가는 희토류의 현실화된 수급 불안정성에 대응하는 측면에서 국가주도의 위기관리형 대응 정책을 제시하고 있다. 미국의 경우, 자국의 희토류 광산개발에서 최종제품화와 순환기술에 이르기까지 밸류체인 전과정의 재활성화를 위한 법안[1]을 처리하고 있고, EU의 경우에는 ’10년 6월 critical raw materials for the EU 라는 전략[2]을 통해서 희토류를 포함한 41개 자원의 수급 안정성을 확보하기 위한 공동의 노력을 강조하고 있다. 일본은 소재강국으로 희소금속 전체의 세계 소비대국이며 오랜기간 동안 수급 안정성을 위해 노력하고 있으며 크게 자원 확보, 순환기술, 저감대체 기술을 큰 축으로 국가 전략이 수행되고 있다.

참고문헌 (18)

M. Humphries: Rare earth elements, the global supply chain, CRS report for congress, Congressional research service (2010).
http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/critical/index_en.htm
Nomenclature of inorganic chemistry: IUPAC recommendations 2005, RSC publishing, ISBN 0-85404-438-892005.
http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element
http://www.usgs.org
Takehisa Minowa: Resource geology, 58 (2008) 414.

상세보기
World wind energy association: World wind energy report 2009 and 2010.
M. Zaktnik, I. R. Harris and A. J. Williams: J. Alloys and Compd., 469 (2009) 314.

상세보기
K. Asabe, A. Saguchi, W. Takahashi, R. O. Suzuki and K. Ono: Mat. Trans. JIM, 42 (2001) 2487.

상세보기
A. Saguchi, K. Asabe, T. Fukuda, W. Takahashi and R.

상세보기
M. Itoh, M. Masuda, S. Suzuki and K. I. Machida, J.
T. Kawasaki, M. Itoh and K. Machida: Mater. Trans. JIM, 44 (2003) 1682.

상세보기
T. Uda: Mater. Trans. JIM, 43 (2002) 55.

상세보기
US patent No. 5129945.
US patnet No. 5238489.
Met. powder report 57 (2002) 6.
O. Takeda, T. H. Okabo and Y. Umetsu: J. Alloys Compd.,

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T. Okabe and Y. Umetsu: J. Alloys Compd., 408-412

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