[논문]국내 텅스텐 소재 산업 동향

송준우; 이상현; 홍현선; 강홍윤; 홍순직

doi:10.4150/kpmi.2012.19.1.079

[국내논문] 국내 텅스텐 소재 산업 동향
Industrial Supply Chain Trend of Domestic Tungsten 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.19 no.1, 2012년, pp.79 - 86

송준우 (공주대학교 신소재공학부) , 이상현 (공주대학교 신소재공학부) , 홍현선 (고등기술연구원 플랜트 엔지니어링 센터) , 강홍윤 (한국 생산기술연구원 국가청정지원센터) , 홍순직 (공주대학교 신소재공학부)

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문제 정의

따라서 이러한 수급불안 및 가격폭등을 방지하고 이에 유연하게 대처하기 위해서는 국가 차원의 체계적인 비축제도 확립과 재자원화 기술개발이 요구되며 이를 위한 물질 흐름의 구축이 반드시 필요할 것으로 판단된다. 이에 본 고에서는 대표적인 희소금속인 텅스텐에 관한 국내외 자원현황과 리싸이클 기술현황 등을 알아보고 향후 국내 텅스텐의 안정적인 수급확보 방안에 관하여 기술하고자 한다.
텅스텐 물질 흐름 조사에 앞서 기 구축된 통계자료를 이용하기 위해 한국무역협회의 HS코드번호로 텅스텐을 조회를 시도하였으나, 검색에 사용되는 HS코드가 제대로 분류되지 않아 2종 이상의 원소가 한번에 검색되어 수출입량이 중복되어 나타나거나 텅스텐과 전혀 관련 없는 업체가 조회되어 신뢰성이 상당히 떨어지는 것으로 나타났다. 이와 같은 통계자료의 불일치로 텅스텐의 정확한 사용처와 관련 업체에 대한 파악이 불가한 것으로 판단되어 조사기준을 국내 텅스텐 관련 대기업을 중심으로 거래하는 업체들을 중심으로 국내 수급량을 파악하였고, 단계별 제품 내 포함된 자원의 함유량을 조사하여 본 통계자료의 신뢰성을 향상시키고자 하였다.

제안 방법

재활용 공정의 목적을 보다 정확히 하기 위하여 본 고에서는 크게 비정제 재생법과 화학 정제법으로 나누어 설명하였다. 비정제 재생법은 하드 스크랩이라고 불리는 초경공구 등의 분말상태가 아닌 괴상의 텅스텐 복합재료에 주로 적용된다.

대상 데이터

최종 제품으로 생산된 제품들은 사용·축적 단계로 총 3,405 톤이 이동하는 것으로 나타났으며 이에 대한 수량은 해당연도(2009년)의 양만 표기한 것이다.

성능/효과

국내 일부 영세업체에서 텅스텐스크랩의 재활용을 시도하고 있지만, 낮은 회수율과 순도로 인하여 1차산업에 재사용하기에는 무리가 있으며, 재사용량도 거의 무시할만한 수준이므로 ‘0’톤으로 표기하였다. 결과적으로 국내에서는 텅스텐스크랩을 1차 산업에 재사용하기 위한 재활용기술이 부족하여 대부분 중국, 미국, 독일 등의 국가에 싼 가격에 반출되고 있는 실정이며, 국내와 인접한 중국의 많은 밀매상이 국내에서 발생한 텅스텐 스크랩의 상당량을 그들의 본국으로 밀반출하는 것으로 조사되었다. 또한, 본 물질 흐름의 각 단계에서 발생하는 공정 스크랩은 평균적으로 약 10% 정도 발생하였으며, 이러한 스크랩 내 함유된 텅스텐 양은 약 90% 이상으로 높은 순도를 나타내는 것으로 조사되었다.
결과적으로 국내에서는 텅스텐스크랩을 1차 산업에 재사용하기 위한 재활용기술이 부족하여 대부분 중국, 미국, 독일 등의 국가에 싼 가격에 반출되고 있는 실정이며, 국내와 인접한 중국의 많은 밀매상이 국내에서 발생한 텅스텐 스크랩의 상당량을 그들의 본국으로 밀반출하는 것으로 조사되었다. 또한, 본 물질 흐름의 각 단계에서 발생하는 공정 스크랩은 평균적으로 약 10% 정도 발생하였으며, 이러한 스크랩 내 함유된 텅스텐 양은 약 90% 이상으로 높은 순도를 나타내는 것으로 조사되었다. 또한, 텅스텐 가격의 폭등으로 폐기되는 양 없이 텅스텐을 취급하는 대다수 회사들은 공정 스크랩을 Kg당 약 3,000원~15,000원으로 국내 수집상에게 판매하고 있으며, 영세업체에서 이를 수거하여 간단한 분리 작업을 거친 후 재활용 기술을 보유한 해외로 전량 수출(약 1,521톤)하는 것으로 나타났다.
또한, 본 물질 흐름의 각 단계에서 발생하는 공정 스크랩은 평균적으로 약 10% 정도 발생하였으며, 이러한 스크랩 내 함유된 텅스텐 양은 약 90% 이상으로 높은 순도를 나타내는 것으로 조사되었다. 또한, 텅스텐 가격의 폭등으로 폐기되는 양 없이 텅스텐을 취급하는 대다수 회사들은 공정 스크랩을 Kg당 약 3,000원~15,000원으로 국내 수집상에게 판매하고 있으며, 영세업체에서 이를 수거하여 간단한 분리 작업을 거친 후 재활용 기술을 보유한 해외로 전량 수출(약 1,521톤)하는 것으로 나타났다.
본 조사결과에 따르면 원료 및 기초소재 단계에서 텅스텐 광석이 약 441톤 가량 수출입 되는 것으로 파악되었으며, 이는 한국무역협회에 의하면 주변 인접국인 중국으로 이동하기 위한 텅스텐 광석이 잠시 국내에서 대기하는 중계무역의 결과인 것으로 조사되었다. 따라서 현재 국내에서는 텅스텐광석으로부터 1차가공단계로 이동하는 양은 전혀 없는 것으로 조사되었으며, 이는 경제적인 이유와 제련기술 부족으로 인한 것으로 파악된다.
중간제품단계는 1차 가공제품인 산화텅스텐 또는 페로 텅스텐을 가공하여 부품을 생산하는 단계로 산화텅스텐은 주로 텅스텐분말, 탄화텅스텐분말을 제조하는데 사용되며, 화학제품군의 염료, 안료 및 유연제의 첨가제로도 소량 사용되는 것으로 나타났다. 텅스텐 분말의 일부는 텅스텐 와이어로 제조되어 주로 자동차의 전구램프 및 조명장치로 이용되었으며, 전체 양의 약 69톤 중에서 50%에 해당하는 34~35 톤 가량은 해외 완성차 업체로 수출되고 나머지는 국내 자동차 회사로 투입되는 것으로 나타났다.
최종제품군의 대분류에 속하는 화학제품, 전기 및 전자기기 군에 속하는 제품들은 중간제품으로부터 약 100톤이 투입되었고 텅스텐이 가장 많이 사용되는 절삭가공기계·금속기계에 약 3,225톤이 투입되어 최종제품 전체 양의 약 80% 이상이 생산되는 것으로 조사되었다.
1차 자원의 흐름은 제련, 정련된 광물이 공급되는 과정이며, 2차 자원의 흐름은 1차 가공단계와 중간제품 생산 단계에서 발생하는 공정 부산물 및 사용·축적단계에서 투입된 것을 의미한다. 텅스텐 물질 흐름 조사에 앞서 기 구축된 통계자료를 이용하기 위해 한국무역협회의 HS코드번호로 텅스텐을 조회를 시도하였으나, 검색에 사용되는 HS코드가 제대로 분류되지 않아 2종 이상의 원소가 한번에 검색되어 수출입량이 중복되어 나타나거나 텅스텐과 전혀 관련 없는 업체가 조회되어 신뢰성이 상당히 떨어지는 것으로 나타났다. 이와 같은 통계자료의 불일치로 텅스텐의 정확한 사용처와 관련 업체에 대한 파악이 불가한 것으로 판단되어 조사기준을 국내 텅스텐 관련 대기업을 중심으로 거래하는 업체들을 중심으로 국내 수급량을 파악하였고, 단계별 제품 내 포함된 자원의 함유량을 조사하여 본 통계자료의 신뢰성을 향상시키고자 하였다.

후속연구

그림 2는 텅스텐의 최근 5년간 가격변화를 나타낸 그래프로서 2011년의 텅스텐 가격이 2007년에 비해 최대 약 ~87%가량 폭등한 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 수급불안 및 가격폭등을 방지하고 이에 유연하게 대처하기 위해서는 국가 차원의 체계적인 비축제도 확립과 재자원화 기술개발이 요구되며 이를 위한 물질 흐름의 구축이 반드시 필요할 것으로 판단된다. 이에 본 고에서는 대표적인 희소금속인 텅스텐에 관한 국내외 자원현황과 리싸이클 기술현황 등을 알아보고 향후 국내 텅스텐의 안정적인 수급확보 방안에 관하여 기술하고자 한다.
만약 국내에서 텅스텐 스크랩의 체계적인 물질흐름 통계가 구축되고 고순도화 재활용 기술이 개발된다면, 연간 약 600톤 이상의 텅스텐을 자립화 할 수 있을 것으로 예상되며, 자원순환율은 선진국과 비슷한 수준인약 40% 이를 것으로 생각된다. 이러한 자원순환의 경제적 효과는 연간 110억원 가량의 비용을 절감할 수 있으며 향후 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 따라서, 이를 위한 국가적인 관심과 정책수립이 조속히 마련되야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	텅스텐의 특성은?	최근 우리나라도 세계의 흐름에 따라 희소금속 확보를 위해 2010년 ‘희소금속의 안정적 확보방안’에서 해외자원개발, 국내자원개발, 비축물량 확대, 대체 및 재활용 R&D 활성화, 국제공조강화 등 5대 핵심 추진 분야를 설정하였다[4]. 그 중 오랜 시간 우리나라의 신동력·최첨단산업의 발전을 주도해온 텅스텐은 전기전도도와 열전도도가 양호할 뿐만 아니라 내식성이 강하고 열팽창률이 낮은 고융점 금속(융점:3,653K)으로, 그림 1과 같이 주로 절삭 등의 기계 가공에 이용되는 초경공구, IT산업과 자동차·항공우주산업의 제조에 사용되는 필수원소, 텅스텐 금속 또는 그 합금용으로 초경합금, 각종 절삭공구의 합금첨가 원소, 전자재료 등의 핵심 소재로써 산업계 전반에 걸쳐 폭넓게 사용되는 중요한 재료로 그 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다[5, 6]. 그러나 근래에 중국의 자원 무기화 정책으로 인하여 고부가가치 원천소재에 대한 해외 의존도가 높은 우리나라의 자원 수급불안이 전문가들에 의해 꾸준히 경고되고 있으며, 가격이 예측할 수 없을 정도로 급등하고 있어 텅스텐 물량확보에 적신호가 걸린 상황이다[7].
	가장 일반적인 비정제 재생법에 의한 텅스텐 리싸이클 공정인 아연법의 장단점은?	이러한 스폰지 형태의 WC-Co는 상당히 취약하여 WC-Co 분말로 쉽게 제조할 수 있으며, 코발트는 증발하지 않고 탄화텅스텐 입자의 표면에 그대로 남게 되므로 스크랩 처리 전후에 화학적 조성은 변하지 않고 원래대로 유지되므로 WC-Co 원료로써 재생할 수 있다[28-31]. 아연법은 물리적 처리를 통한 분말화를 주목적으로 하므로 습식에 의한 화학처리나 대형설비를 필요로 하지 않기 때문에 제조공정 비용이 낮지만, 공정 중 재료 정제능력이 없기 때문에 소재의 고순도화가 불가능하다는 단점이 있어 투입하는 스크랩의 종류에 따라서 재이용할 수 있는 제품이나 용도가 크게 제한된다[4].
	텅스텐 재활용 공정의 두 가지 방법은 무엇인가?	텅스텐 재활용 공정은 스크랩의 종류나 재활용 목적에 따라 다양한 방법들이 오래 전부터 제안되어 왔으며, 현재까지도 새로운 재활용 공정들이 시도되고 있다. 이들 공정은 크게 바인더로 결합된 텅스텐이나 탄화 텅스텐의 소결체로부터 바인더를 제거한 뒤 취화처리 후 분쇄해서 순수 텅스텐 분말로 만들고 그 분말을 재이용하는 방법과, 화학적인 용해 분리방법에 의해 정제하여 APT(ammonium paratungstate)등의 중간원료로 재생하는 방법으로 분류할 수 있다[23-25].

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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