99.99% 이상 고순도·친환경 흑연 제조 기술 개발

친환경 고순도 흑연 제조 기술 공정 흐름도 비교 KIGAM의 친환경 고순도 흑연 제조 기술은 기존 황산과 불산을 이용한 기존 정제법에 비해 후처리와 폐수처리 등에 드는 비용이 저감된다. 불순물 제거를 위한 킬레이트 침출과 저온 소 다 배소 공정을 추가하여 친환경적이면서도 효율적인 제조 기술이다/지질자원연

국내 연구진이 인체와 환경에 유해한 불산을 사용하지 않고 친환경적 고순도 흑연을 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 고순도 흑연은 주로 리튬이온배터리 등 이차전지의 핵심 음극 소재로 널리 쓰인다.


한국지질자원연구원(KIGAM) 광물자원연구본부 장희동 박사 연구팀은 고순도 흑연의 정제 과정에서 기존 불산 정제법이 아닌 킬레이트 침출 등의 새로운 방법을 적용해 친환경 고순도 흑연 제조 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

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 발생해 후처리 비용이 과대하게 든다. 경제적, 환경적으로 바람직하지 않다.

또 건식 제련법 경우는 염소가스와 같은 유독가스가 사용 되거나 2700 ℃ 정도의 높은 온도가 요구돼 유독물질 사용에 대한 위험성과 에너지 비용이 높은 문제가 있다. 상업적 생산 측면에서 불리하다.

친환경 고순도 정제 기법을 적용 연소 사진 비교 친환경 고순도 흑연 정제 기법을 사용해 제조한 흑연을 연소한 경우 아래 사진과 같이 불순물이 거의 남아있지 않아 99.99% 이상(>4N)의 고순도 흑연을 확인할 수 있다/사진=지질자원연

불산(HF)을 사용하는 고순도 흑연 생산 정제법은 공정이 비교적 간결해 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 공정이 제한돼 이차전지 음극재용 고순도 천연흑연의 공급이 어려운 상황이 발생하고 있다.


연구팀에 따르면 불산을 사용하지 않는 새로운 습식 제련법을 적용해 순도 99.99% 이상의 고순도 흑연을 제조하는 친환경 기술을 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 염산 침출, 킬레이트 침출, 저온소다배소 공정으로 구성된 습식 제련법이다. 각 공정에 투입되는 시약의 양, 반응 온도 및 시간 등을 최소로 유지하는 최적 조건을 도출, 순도 99.99% 이상의 흑연을 제조했다는 게 연구팀의 설명이다. 연구팀이 새롭게 개발한 고순고 흑연 제조법은 기존의 불산 정제법에 비해 소모되는 비용이 70% 수준으로 경제성도 우수하다.

연구팀은 “최근 중국을 비롯한 세계 각국에선 환경 오염 문제 등으로 흑연의 불산 정제법에 대한 규제가 강화되고 있다는 점에서 기술적 의미가 크다”고 설명했다. 이어 “특히 에너지저장장치(ESS) 등에 활용도가 높은 우리나라와 중국 등은 앞으로도 경제성 있는 고순도의 정제된 흑연이 더욱 필요한 상황이라 경제적·기술적 가치가 크다”고 덧붙였다.

장 박사는 “이번 기술 개발이 그동안 고순도 흑연 제조 기술의 난제였던 친환경성과 경제성이라는 숙원을 해결하는 한편, 중국 등 국내외 관련 기업체로의 기술이전을 통해 높은 산업적 활용도가 기대된다”고 말했다.