지질자원연, 친환경 고순도 흑연 제조 기술 개발
지질자원연, 친환경 고순도 흑연 제조 기술 개발
  • 한국에너지
  • 승인 2020.06.09 09:56
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

유해물질 불산을 사용하지 않는 고순도(99.99% 이상)
흑연 제조 기술 최초 개발

[한국에너지신문] 리튬 이온 배터리 등 이차전지의 핵심 음극소재로 널리 사용되고 있는 고순도 흑연, 이제 인체와 환경에 유해한 불산을 사용하지 않고 친환경적인 고순도의 흑연을 제조할 수 있는 기술이 개발됐다. 

한국지질자원연구원(원장 김복철, KIGAM) 광물자원연구본부 자원활용연구센터 장희동 박사 연구팀은 고순도 흑연의 정제 과정에서 불산 정제법이 아닌 킬레이트 침출, 저온소다배소 등의 새로운 방법을 적용한 ‘친환경 고순도 흑연(순도 99.99% 이상) 제조 기술 개발’에 성공했다.
연구팀은 새로운 습식 제련법의 적용을 통해 고순도 흑연의 정제 과정에서 투입되는 시약의 양, 반응온도 및 반응시간 등을 최적의 조건으로 유지, 순도 99.99% 이상의 흑연을 제조했다.
또한 연구팀은 불산 정제법에 소요되는 시약과 폐불산 처리 비용 등을 시뮬레이션하여 비교한 결과, 이번 기술이 기존 대비 70% 수준의 비용 절감효과를 가져온 것으로 확인했다.

이번 기술은 최근 중국을 비롯한 세계 각국에서 환경오염 문제 등으로 인한 흑연의 불산 정제법에 대한 규제가 강화되고 있는 상황에서 개발되었다는 점에서 기술적 의미가 크다. 
특히 에너지저장장치(ESS) 등에 활용도가 높은 우리나라와 중국 등은 앞으로도 경제성 있는 고순도의 정제된 흑연이 더욱 필요한 상황이라 경제적, 기술적 가치가 크다고 할 수 있다.

연구팀은 이번 기술 개발이 그동안 고순도 흑연 제조 기술의 난제였던 ‘친환경성’과 ‘경제성’이라는 숙원을 해결하는 한편, 중국 등 국내외 관련 기업체로의 기술이전을 통해 높은 산업적 활용도가 기대된다고 예상했다.
자연에서 채굴되는 통상의 흑연은 최적의 조건에서 70 내지 80 %의 순도를 나타내고 있으나, 이들 자연 상태의 흑연을 선광하게 되면 95 % 내지 97% 순도의 흑연을 얻을 수 있다.

종래의 고순도 흑연 제조를 위한 방법으로는 크게 습식 제련법과 건식 제련법이 있다. 습식 제련법은 부유법, 알칼리 용융법, 불산(HF) 정제법 등을 포함하고 있으며, 건식 제련법은 염화 배소법, 고온(2700℃) 처리법 등을 포함하고 있다. 
고순도 흑연 정제를 위한 습식 제련법은, 불산과 같은 유독 물질을 사용하고 있거나, 다량의 폐수가 발생되어 후처리 비용이 과대하여 경제적, 환경적으로 바람직하지 않다. 또한, 건식 제련법 경우는 염소가스와 같은 유독가스가 사용 되거나 2700 ℃ 정도의 높은 온도가 요구되어 유독물질 사용에 대한 위험성과 에너지 비용이 높은 문제가 있어서, 상업적 생산 측면에서 불리하다. 불산(HF)을 사용하는 고순도 흑연 생산 정제법은 공정이 비교적 간결하여 유독물질 사용과 환경오염 등의 문제가 있음에도 불구하고 상업적인 고순도 흑연 생산을 위해 가장 보편적인 방법으로 사용되고 있다. 
최근 중국을 비롯한 여러 국가에서 불산 정제법을 사용하는 공정의 사용이 제한되어 이차전지 음극재용 고순도 천연 흑연의 공급이 어려운 상황이 발생되고 있다. 

KIGAM의 장희동 박사팀에서는 불산을 사용하지 않는 새로운 습식 제련법으로 순도 99.99% 이상의 고순도 흑연을 제조하는 친환경 기술을 세계 최초로 개발하여 국내 및 중국 특허를 확보했다. 개발의 내용은 염산 침출, 킬레이트 침출, 저온소다배소 공정으로 구성된 습식 제련법이 사용되었다. 각 공정에서 투입되는 시약의 양, 반응온도 및 반응시간 등을 최소로 유지하는 최적 조건을 도출하여 순도 99.99% 이상의 흑연을 제조하였다. 기술 개발을 주도한 장희동 박사는 “이번에 개발한 친환경 고순도 흑연 제조 기술은 기존 99.9% 순도보다 더 높은 99.99% 이상의 최고 순도 흑연 정제 기술이며 친환경성과 경제성의 장점을 바탕으로 중국 등의 기술이전을 통해 기술효용성을 높이겠다.”고 밝혔다. 

한국지질자원연구원 김복철 원장은 “KIGAM의 친환경 고순도 흑연 제조 기술의 개발은 4차 산업혁명 시대의 차세대 에너지 원료에 효과적으로 적용할 수 있는 우수한 연구성과이며, 이번 기술이 국내는 물론 국외에서 기술이전 등으로 유용하게 활용될 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다.”고 밝혔다. 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.