[한국에너지신문] 한국을 제2의 고향으로 삼고, 국내 정부출연연구원에서 연구를 수행하고 있는 한 인도인 과학자가 폐금속 재활용 분야의 난제를 해결할 연구결과를 발표했다.
한국지질자원연구원(원장 김규한) DMR 융합연구단 전략광물활용기술연구팀 라제쉬 쿠마 박사(42)와 이진영 박사(48)가 중요한 산업금속인 백금족 금속 재활용에 있어 제일 어려운 과제였던 백금과 로듐의 분리 추출을 손쉽게 해결할 수 있는 현상을 세계 최초로 규명했다.
이번 연구결과는 세계적인 학술지인 사이언티픽 리포츠 온라인판 6월 10일(영국시간)자에 ‘분리추출 성능을 높인 귀금속의 대환형 화합물: 상승적 추출방법의 적용(Macrocyclic compounds enhanced the separation possibilities of precious metals: Synergistic extraction approach’(IF=5.078)이라는 제목으로 소개됐다. 라제쉬 쿠마 박사가 제1저자로 이름을 올렸고, 이진영 박사는 교신저자로 참여했다.
백금족 금속은 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt)의 6종류로 구분된다. 백금족 6개 금속들은 모두 희소 금속이며, 첨단산업에서 활용도가 높고, 대체금속을 찾기 어려워 다이아몬드를 제외하고 가장 가격이 비싼 금속들이기도 하다.
백금족 금속은 전 세계적으로도 생산량이 적기 때문에 많은 양이 사용 후 재활용되고 있다. 특히 우리나라처럼 백금족 금속 수요량 대부분을 수입하고 있는 형편에서는 재활용이 필수적이다.
백금족 금속은 높은 온도나 부식성 환경에서도 잘 견디며, 산(acid)에도 잘 녹지 않는 성질과 뛰어난 촉매로서의 성질을 갖고 있어 산업금속으로 주로 활용된다. 최근 백금족 금속의 가장 큰 용도는 자동차 배기가스 정화 촉매제나 연료전지 전극재료이다. 또한 치과용 재료 등 의료용 소재로도 많이 활용되며, 백금-로듐합금은 높은 부식 내성을 갖고 있어 LCD 유리 제조 등 전기 전자 응용부품으로도 사용된다.
백금족 금속을 재활용하는 백금족 회수 과정에서 제일 어렵고, 많은 비용과 시간이 들어가는 일이 백금과 로듐을 분리하는 과정이다. 백금과 로듐이 원자반경이 유사해 추출제를 사용해도 잘 분리되지 않기 때문이다.
연구진은 백금과 로듐을 분리 추출할 때 크라운 에테르(Crown Ethers) 화합물과 아민계 추출제를 조합한 추출방법을 활용하면 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 화합물이다. 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 전개했으며, 이번 연구결과에는 18-크라운-6(크라운 에테르)와 트라이-엔-도데실 아민(Tri-n-dodecyl amine)이 사용됐다.
라제쉬 박사와 이 박사의 연구결과를 활용해 백금-로듐 분리 특성이 우수한 새로운 분리-추출시스템을 개발하면 첨단산업 분야에 활용되는 백금속 원료소재를 안정적으로 확보해 우리나라 산업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.
한편, 이번 연구결과는 환경부 ‘글로벌탑 환경기술개발 사업’ 중 폐금속유용자원재활용 기술개발 사업단(단장 조봉규)의 지원으로 수행한 연구사업으로 과제명은 ‘탈질 및 자동차 폐촉매로부터 유가금속 회수 상용화기술 개발’이다.
김규한 한국지질자원연구원 원장은 “중요한 전략자원인 백금족 금속의 재활용 기술 개발로 친환경적이고 안정적인 원자재 확보가 가능해질 것”이라며, “라제쉬 쿠마 박사와 같은 우수한 해외인재 채용을 통해 연구의 다양성과 국제화를 추구할 것”이라고 밝혔다.
