한-인도 연구진이 백금족 계 금속의 분리 및 추출량을 획기적으로 개선할 수 있는 방법을 찾았다.
한국지질자원연구원(KIGAM·원장 김규한)은 한반도광물자원개발(DMR) 융합연구단 전략광물활용기술연구팀 라제쉬 쿠마 박사(인도출신)와 이진영 박사가 백금과 로듐의 분리 추출을 손쉽게 해결할 수 있는 현상을 세계 최초로 규명했다고 13일 밝혔다.
이 연구결과는 국제 학술지 사이언티픽 리포츠 온라인판(6월 10일)에 게재됐다.
백금과 로듐 분리 추출은 산업금속인 백금족 금속 재활용 분야에서 가장 어려운 과제였다.
백금족 금속은 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등 6종류로 구분된다. 백금족 6개 금속들은 모두 희소 금속이다. 첨단산업에서 활용도가 높고, 대체금속을 찾기 어렵다. 다이아몬드를 제외하고 가장 가격이 비싼 이유다. 전 세계적으로도 생산량이 적어 대부분 재활용된다.
백금족 금속은 주로 촉매로 활용되며, 자동차 배기가스 정화 촉매제나 연료전지 전극재료로 쓰인다. 치과용 재료 등 의료용 소재로도 많이 활용된다. 특히, 백금-로듐합금은 높은 부식 내성을 갖고 있어 LCD 유리 제조 등 전기 전자 응용부품으로도 사용된다.
백금족 가운데 백금과 로듐 분리가 가장 어렵다. 원자 반경이 유사하기 때문에 추출제를 사용해도 잘 분리되지 않기 때문이다.
연구진은 크라운 에테르(Crown Ethers) 화합물과 아민계 추출제를 조합한 추출방법을 활용해 분리 및 추출 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
이 추출방법을 활용하면 크라운 에테르 화합물만을 단독 사용했을 때보다 백금과 로듐이 분리되는 정도가 3배 이상 높아져 고순도화 과정을 단축할 수 있다.
연구진은 이와 같은 상승효과(Synergistic Effects) 현상을 밝혀내고, 이 현상이 일어나는 이유가 아민계 추출제가 로듐이 백금과 함께 추출되는 경향을 현저히 낮추기 때문이라는 사실도 세계 최초로 규명했다.
크라운 에테르(Crown Ethers)는 산소원자 한 개가 탄소원자 두 개 사이에 끼어있는 OCH2CH2 형태가 반복적으로 계속되면서 왕관형의 고리모양을 이루는 화합물을 말한다. 특정 원자를 끌어당기는 성질이 있어 물질의 분리 및 추출 공정에 활용된다.
크라운 에테르는 OCH2CH2 형태의 개수에 의해 종류가 달라진다. OCH2CH2가 6번 반복되는 크라운 에테르는`18-크라운-6`라고 불린다. 연구진은 다양한 크라운 에테르와 아민계 추출제를 사용해 실험을 전개했다. 이 연구결과에는 18-크라운-6(크라운 에테르)와 트라이-엔-도데실 아민(Tri-n-dodecyl amine)이 사용됐다.
이 연구는 환경부 `글로벌탑 환경기술개발 사업` 중 폐금속유용자원재활용 기술개발 사업단(단장 조봉규)의 지원으로 수행한 `탈질 및 자동차 폐촉매로부터 유가금속 회수 상용화기술 개발` 과제 일환으로 수행했다.
이 진영 박사는 “이 방법으로 백금-로듐 분리 특성이 우수한 새로운 분리-추출시스템을 개발하면 첨단산업 분야에 활용되는 백금속 원료소재를 안정적으로 확보할 수 있을 것”이라며 “우리나라 산업 경쟁력 강화에 기여할 것”으로 기대했다.
대전=박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com