한국지질자원연구원(원장 이평구)은 류태공 자원활용연구본부 박사팀이 리튬이차전지 제조공정에서 나오는 리튬폐액과 폐 반응용기 등 폐기물에서 자원을 회수·재자원화하는 친환경 자원순환 기술개발에 성공했다고 2일 밝혔다.
연구팀은 사용 후 처리가 어려운 폐 반응용기에 착안해 이를 99.5% 이상 고순도 리튬이차전지 양극재 원료로 제조·사용할 수 있음을 확인했다.
자체 개발한 친환경 습식 전환 기술을 적용해 폐 반응용기에서 니켈·코발트·망간(NCM) 전구체, 탄산리튬, 수산화리튬 등 유가금속과 제올라이트 함유 물질을 회수하는 데 성공했다.
폐 반응용기에 남아 있는 잔류 양극재 분말에서 NCM 전구체 및 탄산리튬을 확보했고 폐 반응용기 분말 수세(Rinsing) 및 분리, 이온 분리 농축(MCDI)과 수산화 침전을 통해 마그네슘·알루미늄·칼슘 등 리튬폐액 불순물을 제거하고 수산화리튬을 회수했다.
폐 반응용기 분말로부터 황산화 반응을 거쳐 추출된 리튬 함유 용액은 습식전환 과정을 통해 탄산리튬으로 회수된다. 이 과정에서 찌꺼기 등 잔류물질은 알칼리 산도 조절을 시행, 제올라이트성 함유 물질을 확인했다.
나아가 연구팀은 폐 반응용기에서 회수되는 리튬 용액이나 양극재 제조과정에서 배출되는 리튬 폐액을 반도체 산업에서 나오는 불화물 폐액과 혼합·분리해 불화리튬을 제조하는 데 성공했다.
불화리튬은 광학유리, 용융제 및 리튬이차전지 전해액 원료로 사용돼 리튬 폐액의 불화리튬 재자원화는 경제·산업적으로 매우 큰 의미가 있다. 또 전량 폐수 처리되는 리튬 폐액을 재활용할 수 있어 환경오염 저감에도 기여할 것으로 기대된다.
국내 개발 폐이차전지의 재활용 기술은 일부 고가 유가금속 회수에 집중되고 있다. 특히 공정 운영 비용이 매우 고가이며, 발생하는 폐기물 처분 문제가 해결되지 않고 있다.
이번 기술개발은 리튬 등 이차전지 품귀 현상 속에서 관련 저비용 고효율 친환경 기술을 구현했다는 점에서 더욱 주목받는다. 핵심 광물 공급망 편재 속에서 광물자원 재활용·재자원을 위한 기술적 해결방안을 제시해 다양한 적용방안 마련이 기대된다. 연구팀은 기술 고도화를 통해 99.5% 이상 초고순도 소재 회수를 목표로 하고 있다.
류태공 박사는 “그동안 리튬이차전지 제조 산업에서 배출되는 다양한 폐기물의 처리 문제와 환경오염에 고민하며 이번 기술을 개발했다”며 “주변에 버려진 폐기물도 소중한 자원으로 생각하며 고도화된 친환경 자원 선순환 기술을 개발할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.
이평구 원장은 “광물자원 개발에는 이제 친환경이라는 수식어가 필수적으로 들어가야 한다”며 “모두가 안심하고 활용할 수 있는 친환경 자원재활용 기술개발과 국가전략 핵심 광물 확보를 위해 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
