▲ 에멀전 플로우 법을 이용한 희토류 분리장치.

가격 변동이 심한 희토류·희소금속을 저비용 고효율로 정제가 가능한 분리법이 개발됐다.

일본 원자력 연구개발기구와 아사카 이화학연구소는 일본 원자력 연구개발기구가 개발을 진행하고 있는 ‘에멀전 플로우법’(Emusion Flow)을 이용해 광학 유리 폐기물과 저품위 희토류 원료에서 산처리 등에 의해 용출시킨 희토류를 저비용, 고효율로 순도 99.999%(5N)까지 분리·정제하는 데 성공했다고 지난 30일 밝혔다.

에멀전 흐름에 의한 폐기물의 희토류 분리·정제 기술의 개발은 이 기구가 특허 기술을 아사카이화학 연구소에 공개, 공동 연구한 성과이다.

‘에멀전 플로우법’은 용매 추출로 불리는 방법의 일종이다.

용매 추출은 물과 기름(용매)을 혼합해 물에 용해되는 성분을 물에 포화된 성분은 기름으로 추출한다. 그루 배수를 위해 물과 기름을 분리한다. 공업적으로는 물 과 기름을 혼합한후 물과 기름이 중력분리 되길 기다렸다가 빼내는 ‘믹서 세틀러(mixer-settler)법’이 일반적이다.

‘에멀전 플로우법’에서는 교반 등을 하지 않고 펌프 송액만으로 물과 기름을 유탁 상태(에멀션)로 혼합해, 중력에 의한 분리를 기다리지 않고 추출 용기 내의 기류 변화를 이용해 물과 기름을 신속하게 분리한다.

이 방법에서 폐기물 내 희토류 처리 비용을 믹서 세틀러법의 5분의 1 이하로 하면서, 10배 이상 처리 속도를 실현할 수 있는 다수의 장치를 연결해, 희토류 정제를 10분의 1 이하로 소형화시켰다. 또한, 배수에 유분을 포함시키지 않기 때문에 친환경적이다.

란탄, 가돌리늄 등의 희토류가 상당량 포함된 광학 유리 폐기물에서 이들을 회수해 리사이클링을 통해 귀중한 자원을 효율적으로 재사용이 가능해진다.

또한, 광학 유리 제조에 사용되는 중국산의 고순도 희토류 원료의 수입 가격은 고가이지만, 저품위 희토류 원료를 싸게 구입해서 분리 정제하면, 보다 저렴하게 고순도 희토류 원료를 얻을 수 있다.

연구소 관계자는 “원자력기구는 방사성 폐액의 정화 등에 사용하기 위해 개발한 에멀전 플로우법을 원자력 이외의 산업 분야에도 활용한다”며 “ 실용·상용화 과정에서 얻은 지식과 경험을 환원함으로써, 원자력 분야의 화학 분리 기술의 고도화를 도모할 것 ”이라고 밝혔다

한편, 아사카 이화학연구소는 새로운 연구 개발 거점을 후쿠시마현 이와키시에 건설하고, 경제 산업성 및 후쿠시마현의 대형 보조금을 활용하면서 희토류를 고순도로 회수하는 에멀전 플로우법의 실증 플랜트 시험을 진행하고 있다.