희토류는 무엇이며 어디에 사용되는가?

희토류 (Rare Earth Elements)는 현대 첨단 산업에서 없어서는 안 될 필수적인 17종의 원소를 묶어 부르는 말이다.

이름에 희(Rare)가 들어가서 매우 희귀할 것 같지만, 사실 지구에 매장된 양 자체는 철이나 구리만큼 적지는 않다.

진짜 문제는 채굴 가능한 농도로 모여 있는 곳이 적고, 추출과정이 매우 까다로우며 환경오염이 심하다는 점이다.

그래서 희귀한 흙이라는 이름이 붙은 것이다.

1. 희토류의 종류 (총 17종)

주기율표상의 원자번호 57번부터 71번까지의 란타넘족 원소 15종과 이들과 성질이 비슷한 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)을 포함한다.

경희토류인 란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴 등은 상대적으로 흔하다.

중희토류는 테르븀, 디스프로슘, 이트륨 등 더 희귀하고 고가이다.

2. 희토류는 왜 중요한가?

희토류는 아주 적은 양으로도 기존 금속의 성질을 획기적으로 개선해 주기 때문이다.

자석으로서의 성질 : 네오디뮴은 전기차 모터, 풍력 발전기, 스마트폰 진동 모터에 들어가는 영구자석의 핵심 원료이다.

빛과 색을 강화시킴 : TV나 모니터의 형광체, 레이저 기기, 광섬유 증폭기에 쓰인다.

방위 산업 : 미사일 유도 장치, 레이더, 전투기 엔진 등 첨단 무기 체계의 필수 부품이다.

기타 : 반도체 연마제, 2차 전지 촉매제 등으로 광범위하게 사용된다.

3. 희토류는 자원을 넘어 강력한 전략 무기이다.

희토류는 중국의 지배력이 막강하다. 중국은 전 세계 정제 희토류의 약 80% 이상을 장악하고 있다.

최근 중국은 일본이나 미국과의 갈등 상황에서 희토류 수출 통제 카드를 적극적으로 활용하고 있다.

전 세계는 이점을 의식해 중국 의존도를 낮추기 위해 노력주이다.

미국, 호주, 최근에는 대규모 매장이 발견된 카자흐스탄 등이 생산량을 늘리려고 노력 중이다.

희토류는 스마트폰에서부터 미사일까지 현대 문명을 지탱하는 핵심 소재이다.

하지만 특정 국가(중국)에 생산이 집중되어 있어, 경제적 가치만큼이나 정치적 영향력이 막강한 자원이다.

여기에서 좀 더 주목하고 기억해야 하는 것은 중희토류의 특성과 중요도이다.

경희토류와 중희토류를 나누는 가장 쉬운 기준은 무게(원자번호)와 화학적 성질이다.

하지만 산업적 관점에서 보면 희귀성과 가격에서 더 큰 차이가 난다.

화학적 차이를 기준으로 희토류를 나누면 주기율포상에서 원자번호가 낮은 쪽을 경희토류(가벼울 경), 높은 쪽을 중희토류(무거울 중)라고 부른다.

경희토류 ( Light REE) : 원자번호 57 ~ 62번 (란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴 등) 원자 무게가 상대적으로 가볍다.

중희토류 (Heavy REE) : 원자번호 63 ~ 71번 및 이트륨 (39번) 원자 무게가 무겁고 원자 반경이 작아 화학적으로 더 결합력이 강하다.

희귀성과 매장량에서도 경희토류는 흔하다면 중희토류는 조금 더 귀한 편이다.

경희토류는 전 세계 매장량의 약 90% 이상을 차지할 정도로 상대적으로 풍부하다.

중국뿐만 아니라 미국, 호주, 베트남 등지에서도 채굴된다.

중희토류는 매장량이 극히 적고, 특정 광상(남중국 및 미얀마의 이온 흡착광)에 집중되어 있다.

경희토류보다 훨씬 귀하며, 그만큼 가격도 수십 배에서 수백 배 더 비싸다.

덕분에 주요 용도에서도 경희토류는 범용 첨단 소재에 사용되고 중희토류는 극한 성능이 소재에 사용된다.

경희토류 - 주요 원소 : 네오디뮴, 세륨 : 전기차 모터(영구자석), 유리 연마제, 촉매제

중희토류 - 주요 원소 : 디스프로슘, 테르븀 : 고온용 자석 (전기차 엔진), 레이저, 정밀 유도 무기

중희토류는 제품의 급을 결정짓는 성능이 있어 아주 소량으로도 완제품의 가격이나 성능을 높여준다.

전기차 모터를 예로 들면, 주원료는 경희토류인 네오디뮴이다. 하지만 네오디뮴 자석은 열에 약해 80도만 넘어도 자성을 잃는다.

이때 디스프로슘(중희토류)을 아주 소량 섞어주면 200도 이상의 고온에서도 견디는 강력한 모터가 된다.

즉, 중희토류는 제품의 급을 결정짓는 마법의 가루와 같다.