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[한국지질자원연구원] 액체금속 음극을 이용한 마그네슘 제련 기술

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

액체금속 음극을 이용한 금속 제련 방법

보유기관 및 연구자 : 한국지질자원연구원 / 강정신 선임

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개발 배경: ○ 한반도 마그네슘 자원 매장량은 세계 2위로 조사되었으며, 마그네슘 제련社 부재로 대부분 마그네슘 원소재를 중국 수입에 의존하고 있는 실정
○ 최근 에너지 효율화, 이산화탄소 감축 등 각종 환경 규제와 맞물려 경량금속인 마그네슘에 대한 관심 증대
○ 수송기기를 중심으로 연비 향상과 환경오염 저감을 위해 차체 경량화에 대한 사회적 요구 증가로 마그네슘 합금 적용량은 지속적으로 증가 예상
→ 고효율·친환경적 마그네슘 제련 기술 개발 필요성 증대 / 마그네슘을 비롯한 다양한 경량금속 신제련 기술에 확장 가능

시장동향: ○ (세계 시장) 2조 5천억원(‘17) →3조 6천억원(’22)
○ (국내시장) 7천억원(‘17) →9천억원(‘22)
○ 마그네슘 자동차 부품 산업은 미국의 CAF?, 유럽의 Euro-6 등 신 연비규정 강화로 지속 성장 전망
- 2020년 차량 당 마그네슘부품 사용량 : 50-80kg 예상

[마그네슘 산업 분야 시장 규모 및 전망(단위 : 억 원)

기술 구현: ○ 액체금속 음극을 이용한 마그네슘 산화물의 용융염전해 방법
(a) 액체금속 음극이 하단에 구비, 전해염을 포함하는 전해조 사용
→ 마그네슘 산화물의 용융염전해를 수행하여 마그네슘 금속과 액체금속 음극 간의 합금을 형성하는 단계
(b) 액상의 마그네슘 금속-액체금속 음극 합금을 분리하고, 진공 증류하여 고순도의 마그네슘 금속을 회수하는 단계

[제조된 마그네슘 금속-액체금속 음극 합금]

특장점

기존기술 한계: ○ 마그네슘 제련은 돌로마이트를 원료로 하는 열환원법과 무수염화마그네슘(MgCl2)를 원료로 사용하는 용융염전해법으로 분류
- (열환원법) 마그네슘 톤당 에너지 소모가 크고, 회분식(batch)생산 방식으로 생산능력이 낮음
- (용융염전해법) 마그네슘 톤당 에너지 소모가 낮고, 연속식 생산방식으로 열환원법 대비 이산화탄소 발생량이 작으나, 염소가스가 발생됨

개발기술 특성: ○ 마그네슘 산화물을 용융염전해의 원료로 사용
→ 무수MgCl2 제조가 불필요하며 염소가스 발생이 없어 친환경적 마그네슘 금속 회수가 가능함

○ 마그네슘 금속과 합금을 형성할 수 있는 액체금속 음극 사용
→ 상대적으로 낮은 온도에서 공정이 가능하며, 형성된 합금이 전해조의 바닥에 형성됨에 따라 양극에서 발생하는 가스와의 반응 억제에 따른 높은 전류효율 가능.또한 기존 산화물 용융염전해조 대비 매우 간단한 전해셀 구조를 가지고 있음

○ 융용염전해 공정을 통해 형성된 합금(마그네슘 금속-액체금속 음극)의 진공증류 공정
→ 다소 불순물을 함유한 마그네슘 원료 사용이 가능하며 진공 증류에 의해 고순도의 마그네슘 금속 생산 가능