초록 ▼

□ 연구개요
○ 본 과제에서는 최종 목표는 풍력발전, IT 기기, 전기모터 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 NdFeB 자석의 폐기물로부터 고순도 Nd을 회수하기 위한 염화물 용융염-액체금속 기반 공정을 개발하고자 함
○ 구체적으로는 LiCl-KCl, CdCl2와 액체 카드뮴을 사용하여, 염화물 전해회수 공정의 단점인 Nd 불균등화 반응으로 인한 회수율 저감 등의 문제를 해결하고자 하며, 아래와 같은 세부 기술개발을 통해 Nd 회수공정을 구성하고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
1) LiCl-KCl-Cd

□ 연구개요
○ 본 과제에서는 최종 목표는 풍력발전, IT 기기, 전기모터 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 NdFeB 자석의 폐기물로부터 고순도 Nd을 회수하기 위한 염화물 용융염-액체금속 기반 공정을 개발하고자 함
○ 구체적으로는 LiCl-KCl, CdCl2와 액체 카드뮴을 사용하여, 염화물 전해회수 공정의 단점인 Nd 불균등화 반응으로 인한 회수율 저감 등의 문제를 해결하고자 하며, 아래와 같은 세부 기술개발을 통해 Nd 회수공정을 구성하고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
1) LiCl-KCl-CdCl₂를 사용한 NdFeB 합금 내 Nd의 NdCl₃로의 선택적 산화
○ LiCl-KCl-CdCl₂ 용융염을 활용하여 NdFeB 자석에서 Nd를 효과적으로 산화시킬 수 있음을 보였으며 산화된 Nd량을 측정하기 위한 방법론을 제시, 검증하였음. NdFeB 자석 내 Nd가 산화되며 NdFeB 자석의 미세구조 변화를 확인함.
2) LiCl-KCl-CdCl₂-NdCl₃ 전해질로부터 액체 Cd으로의 전해를 통한 Cd-Nd 제작
○ 액체 카드뮴 전극을 이용하여 LiCl-KCl-NdCl₃ 내 Nd³⁺ 이온의 전기화학적 특성을 분석하였으며 이를 바탕으로 액체 카드뮴 전극을 이용하여 염 내 네오디뮴을 효과적으로 환원하였음. 또한 다양한 농도의 LiCl-KCl-NdCl₃ 용융염에 대한 액체 카드뮴 전극 실험을 통해 전해정련으로 인한 염 내 농도 변화에 따른 적정 인가 전위를 추적할 수 있게 하였음.
3) Cd 증류를 통한 Cd-Nd 합금으로부터 고순도 Nd 분리
○ 다양한 온도, 압력 조건에서 Cd-Nd 금속의 증류를 통해 효과적인 Nd 회수를 위한 온도, 압력 조건을 제시하였으며 본 조건에서 99.99%의 순수한 Nd 회수에 성공하였음. 또한 공전착 된 Li가 Nd 회수 과정에서 제거되는 것을 확인하였으며 휘발된 금속 회수 또한 성공하였음
4) 일관 공정 실험
○ NdFeB 자석으로부터 순수한 Nd 회수에 성공하였으며 이를 바탕으로 특허 1건을 출원하였음

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 네오디뮴은 현재 대한민국에서 전량 수입에 의존하는 희토류 광물로서 풍력발전, 전기자동차 및 IT 기기 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 그 수요 또한 꾸준히 증가하고 있어 자원 안보 측면에서 Nd의 재활용은 반드시 필요함
○ 기존의 수화학 재활용 공정 또는 Mg를 이용한 건식 재활용 공정 등에서 발생하는 다량의 2차 폐기물 또는 사고 위험 등의 문제점을 개선한 용융염 기반 재활용 공정을 제안하였으며 그 가능성을 확인하였음
○ 특히 비활성 음극을 이용하였을 때 발생하는 불균등화-역불균등화 반응으로 인한 네오디뮴의 회수 제한을 액체 금속 음극을 이용하여 효과적으로 해결하였으며 환원 후 증류를 통해 순수한 네오디뮴을 회수할 수 있음을 확인함
○ 한편 본 기술은 사용후핵연료 재처리 기술인 파이로프로세싱과 유사하여 본 재활용 공정이 상용화된다면 파이로프로세싱 기술과 더불어 공정설계 측면에서 비용 절감 등의 효과가 발생할 것으로 기대됨
○ 경제적인 측면 외에도 염화물 용융염계에서 네오디뮴의 전기화학적 특성을 규명했다는 점에서 학술적으로도 의미가 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) LiCl-KCl-CdCl2를 사용한 NdFeB 합금 내 Nd의 NdCl3로의 선택적 산화 ... 4
• 2) LiCl-KCl-CdCl2-NdCl3 전해질로부터 액체 Cd으로의 전해를 통한 Cd-Nd 제작 ... 4
• 3) Cd 증류를 통한 Cd-Nd 합금으로부터 고순도 Nd 분리 ... 5
• 4) 일관 공정 실험 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 참고문헌 ... 11
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 13
• 끝페이지 ... 21