희토류, 첨단 산업의 필수 원소

목차

희토류 (Rare-earth element) 란?
희토류의 구성비 및 구성비율이 비슷한 원소
희토류의 특징과 용도
희토류의 중요성
희토류 관련 문제점
희토류의 종류별 특징

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희토류 (Rare-earth element) 란?

희토류(Rare-earth element)는 원자번호 21번 스칸듐(Sc), 29번 이트륨(Y), 그리고 란타넘족 원소 15개를 합쳐 총 17개의 원소를 일컫는 말입니다. 이름에서 알 수 있듯이 희귀한 흙이라는 뜻을 가지고 있지만, 사실 지구 지각에 비교적 풍부하게 존재합니다. 하지만 다른 원소와 섞여 존재하기 때문에 순수한 형태로 분리하기가 매우 어렵고, 이 때문에 '희토류'라는 이름이 붙었습니다.

 

주기율표에서 희토류 (출처: 직장인의 실험실)

 

희토류의 구성비 및 구성비율이 비슷한 원소

원소기호 (원자 번호)	구성비 (PPM)	구성 비율이 비슷한 원소
스칸듐, Sc (21)	22	리튬/칼륨(20), 코발트(25)
이트륨, Y (39)	33
란타넘, La (57)	39
세륨, Ce (58)	66.5	구리(60), 아연(70)
프라세오디뮴, Pr (59)	9.2	토륨(9.6), 붕소(10)
네오디뮴, Nd (60)	41.5
프로메튬, Pm (61)	10E(-16) 미만
사마륨, Sm (62)	7.05
유로퓸, Eu (63)	2.0	비소(1.8), 주석(2.3)
가돌리늄, Gd (64)	6.2
터븀, Tb (65)	1.2	아르곤,몰리브데넘(1.2)
디스프로슘, Dy (66)	5.2
홀뮴, Ho (67)	1.3	텅스텐(1.25), 저마늄(1.5)
어븀, Er (68)	3.5	세슘, 하프늄(3.0)
툴륨, Tm (69)	0.52	아이오딘(0.45), 탈륨(0.85)
이터븀, Yb (70)	3.2	베릴륨(2.8), 세슘(3.0)
루테튬, Lu (71)	0.5	아이오딘(0.45)

 

원자 번호에 따른 지구 상부 대륙 지각에 있는 화학 원소의 풍부도(원자 분율), 파란색 글씨가 희토류 (출처:위키 백과)

 

 

희토류의 특징과 용도

특징

희토류 원소들은 독특한 전자 배열을 가지고 있어 강한 자기장을 형성하거나, 빛을 내는 등 다양한 특성을 나타냅니다.

 

용도

• 전자기기: 스마트폰, 컴퓨터, TV 등의 디스플레이, 배터리, 자석 등에 사용됩니다.
• 자동차: 하이브리드 자동차, 전기 자동차의 모터, 배터리 등에 사용됩니다.
• 에너지: 풍력 터빈, 태양광 패널 등 신재생 에너지 분야에서도 활용됩니다.
• 군사: 미사일 유도 시스템, 레이저, 스텔스기 등 군사 장비에도 사용됩니다.

 

희토류의 중요성

희토류는 현대 사회의 필수적인 원료로, 우리가 사용하는 많은 제품에 들어가 있습니다. 특히, 첨단 산업의 발전에 따라 희토류의 수요는 더욱 증가하고 있습니다.

 

희토류 관련 문제점

• 중국 의존도: 전 세계 희토류 생산의 상당 부분을 중국이 차지하고 있어, 지정학적 리스크가 존재합니다.
• 환경 문제: 희토류 채굴 및 정제 과정에서 심각한 환경 오염이 발생할 수 있습니다.
• 가격 변동성: 수요와 공급 변화에 따라 희토류 가격이 크게 변동되어 관련 산업에 불안정성을 야기할 수 있습니다.

 

희토류의 종류별 특징

희토류는 각각 고유한 특성을 지니고 있어 다양한 분야에 활용됩니다. 크게 경희토류(가벼운 희토류)와 중희토류(무거운 희토류)로 나눌 수 있습니다.

 

경희토류 (가벼운 희토류)

• 대표 원소: 란타넘, 세륨, 네오디뮴 등
• 특징: 상대적으로 풍부하고, 가공이 쉽습니다. 주로 자석 제조에 사용됩니다.
• 용도
  • 네오디뮴: 강력한 영구 자석 제조에 사용되어 전기 자동차 모터, 풍력 터빈, 하드 디스크 등에 활용됩니다.
  • 세륨: 유리 제조, 촉매, 배터리 등에 사용됩니다.
  • 프라세오디뮴: 특수 합금, 레이저 등에 사용됩니다.

 

중희토류 (무거운 희토류)

• 대표 원소: 디스프로슘, 터븀, 이터븀 등
• 특징: 경희토류에 비해 매장량이 적고, 가공이 어렵습니다. 높은 자기적 특성과 발광 특성을 가지고 있습니다.
• 용도
  • 디스프로슘: 네오디뮴 자석의 성능을 향상시키는 데 사용되어 전기 자동차 모터, 풍력 터빈 등에 필수적입니다.
  • 터븀: 고온에서도 자성을 유지하는 특성을 가지고 있어 항공 우주 산업, 레이저 등에 사용됩니다.
  • 이터븀: 형광체, 레이저 등에 사용됩니다.

원소	특징	주요 용도
네오디뮴	강력한 자성	전기 자동차 모터, 풍력 터빈, 하드 디스크
세륨	유리 제조, 촉매	유리, 배터리
프라세오디뮴	특수 합금	레이저
디스프로슘	높은 자기적 특징	전기 자동차 모터, 풍력 터빈
터븀	고온에서 자성 유지	항공 우주 산업, 레이저
이터븀	형광체, 레이저	형광등, 레이저

 

 

 

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희토류의 중요성이 커짐에 따라, 다양한 국가들이 희토류 개발에 투자하고 있습니다. 또한, 희토류 재활용 기술 개발과 대체 소재 개발을 통해 희토류 의존도를 낮추려는 노력도 진행되고 있습니다.

 

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