17가지 금속으로 구성된 희토류 원소는 지구 지각에 비교적 풍부하게 존재하지만, 이를 추출하는 것은 매우 어렵습니다.
네오디뮴은 채굴이 매우 어려운 희토류 원소 중 하나입니다. 사진: RHJ/Getty
희토류 원소는 여러 가지 유용한 특성을 가지고 있어 에너지 및 기술 산업에서 매우 인기가 높습니다. 이 그룹은 주기율표 하단에 있는 15개의 금속 원소와 이트륨, 스칸듐을 포함한 17개의 금속으로 구성되어 있습니다.
이러한 원소 중 가장 귀중한 것은 네오디뮴, 프라세오디뮴, 테르븀, 디스프로슘으로, 강력한 소형 자석 역할을 하며 스마트폰, 전기 자동차 배터리, 풍력 터빈과 같은 전자 기기의 핵심 부품입니다. 그러나 희토류의 공급 부족은 이러한 현대 필수품을 생산하는 기업과 정부 에게 큰 우려 사항입니다.
희토류 원소는 사실 그렇게 희귀하지 않습니다. 미국 지질조사국(USGS)이 다양한 원소의 결정 풍부도(지각에서 평균적으로 얼마나 풍부한지)에 대한 연구에 따르면, 대부분의 희토류 원소는 구리나 아연 같은 일반 금속과 거의 같은 양으로 발견됩니다. 버지니아 공대 교수인 애런 노블은 "은, 금, 백금 같은 금속만큼 희귀하지는 않습니다."라고 말합니다.
하지만 천연 자원에서 희토류를 추출하는 것은 매우 어렵습니다. 웨스트버지니아 수자원 연구소 소장인 폴 지엠키에비츠는 "문제는 희토류가 한 곳에 집중되어 있지 않다는 것입니다. 미국 전역의 셰일 1kg에는 약 300mg의 희토류가 함유되어 있습니다."라고 말했습니다.
일반적으로 금속은 용암류, 열수 활동, 조산 등 다양한 지질학적 과정으로 인해 지구 지각에 축적됩니다. 그러나 희토류 원소의 특이한 화학적 특성 때문에 이러한 특수한 조건에서는 함께 축적되지 않습니다. 희토류 원소의 흔적이 지구 곳곳에 흩어져 있어 채굴 효율이 낮습니다.
때로는 산성 지하 환경이 특정 지역의 희토류 원소 수준을 약간 높일 수 있지만, 이러한 지역을 찾는 것은 단지 첫 번째 과제일 뿐입니다.
자연에서 금속은 광석이라는 혼합물로 존재하며, 광석에는 금속 분자가 다른 비금속(반이온)과 강한 이온 결합으로 결합되어 있습니다. 순수한 금속을 얻으려면 이러한 결합을 끊고 비금속을 제거해야 합니다. 작업의 난이도는 금속의 종류와 결합된 비금속에 따라 달라집니다.
"구리 광석은 일반적으로 황화물(황과 다른 원소로 구성된 화학물질) 형태로 나옵니다. 광석을 가열하면 황화물이 가스로 방출되고 순수한 구리는 반응기 바닥으로 떨어집니다. 이는 매우 간단한 추출 과정입니다. 산화철과 같은 다른 종류의 구리는 금속을 분리하기 위해 첨가제가 필요합니다. 하지만 희토류 원소를 분리하는 것은 훨씬 더 복잡합니다."라고 지엠키에비츠는 설명합니다.
희토류 금속은 세 개의 양전하를 띠고 있으며, 각각 세 개의 음전하를 띠는 인산이온과 매우 강한 이온 결합을 형성합니다. 따라서 추출 공정은 양전하를 띠는 금속과 음전하를 띠는 인산이온 사이의 매우 강한 결합을 극복해야 합니다.
"희토류 광석은 화학적으로 매우 안정된 광물이기 때문에 분해하려면 많은 에너지와 화학적 힘이 필요합니다. 일반적으로 이 과정은 광석 내 결합이 매우 강하기 때문에 매우 낮은 pH, 혹독한 조건, 그리고 매우 높은 온도를 요구합니다."라고 노블은 말했습니다.
순수한 원소를 분리하는 데 어려움이 있어 "희토류"라는 이름이 붙었습니다. 일부 전문가들은 기존 공급 부족을 해소하기 위해 산업 폐기물과 오래된 전자제품에서 이러한 귀중한 금속을 재활용하고 추출하는 새로운 방법을 연구하고 있습니다. 또한, 희토류의 고유한 자기적 및 전자적 특성을 새로운 화합물에 재현하여 더 쉽게 구할 수 있는 대안으로 활용되기를 기대하고 있습니다. 그러나 수요 증가에도 불구하고 현재 희토류를 대체할 수 있는 실질적인 대안은 없습니다.
투 타오 ( Live Science 에 따르면)
[광고_2]
소스 링크
댓글 (0)