자원량이 많고 생산비용이 저렴한 염수 리튬의 수요가 증가할 것으로 예상되는 가운데 염수 리튬을 더 빠르고 효율적으로 추출할 수 있는 직접 리튬 추출기술이 개발됐다.
한국지질자원연구원(KIGAM)은 자원활용연구본부 박인수 박사 연구팀이 리튬 농도가 낮은 저급 염수에서 리튬을 직접 침전시켜 빠르게 리튬을 선택적으로 회수하는 ‘고효율 리튬 추출 기술(DLE·Direct Lithium Extraction)’을 개발했다고 26일 밝혔다.
이 기술은 높은 생산성과 비용 경쟁력은 물론, 수자원 보호 및 고속 리튬 생산이 동시에 가능해 염수 리튬 자원의 상용화에 새로운 전환점을 가져올 것으로 기대된다.
기존에 염수 리튬 생산에 대표적으로 활용되는 태양열 증발 공정은 50% 미만의 낮은 리튬 회수율, 12개월 이상의 긴 공정 기간 및 수자원 고갈 문제가 있었다. 또한 저급 염수는 리튬의 공급 부족 문제를 해결할 수 있는 잠재적 자원으로 주목받고 있으나 낮은 리튬 농도(<260 mg/L)와 높은 마그네슘 농도(Mg/Li>6.15) 때문에 상업적 활용이 어려운 상황이다.
연구팀은 기존 공정의 문제점을 보완하고 저급 염수의 활용 가능성을 높이고자 저온 하소(calcination) 상온 수침출(water-leaching) 공정을 도입, 리튬 침전물로부터 효과적으로 리튬을 분리하고 농축하는 기술을 개발했다.
연구결과 리튬 침전 공정에서 염수에 침전제(AlCl3: 염화알루미늄)를 첨가하면 2시간 이내에 95% 수준으로 리튬이 침전돼 회수되고, 염수 손실률은 20% 이하로 대폭 감소하는 것으로 나타났다.
또한 리튬 침전물을 저온(< 400°C) 하소한 후 다중 수침출 공정을 거쳐 초기 염수 농도 대비 약 42배 증가한 고농도 리튬 용액(1만3449㎎/L)을 제조했다.
최종적으로는 고농도 리튬 용액의 불순물 정제 공정 이후 탄산화(carbonation) 공정을 통해 99.7%의 고순도 탄산리튬 분말을 제조하는데 성공했다.
이번에 개발한 고효율 리튬 추출 기술은 많은 시간과 비용이 소요되는 염수의 전처리 및 증발 농축 공정이 불필요해 우수한 리튬 회수 효율이 가능해졌다. 특히 저급 염수와 산업 폐수 등에 다양하게 적용할 수 있어 향후 상업적 활용이 기대된다.
지질자원연 박인수 박사는 “저급 염수에서 리튬을 빠르고 효율적으로 추출할 수 있는 새로운 방법을 제시한 이번 연구가 리튬 산업의 미래를 여는 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다”며 “향후 기술 상용화를 위한 꾸준한 노력과 글로벌 연구협력을 통해 세계 리튬 시장에서의 경쟁력을 강화하는데 기여하겠다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’(IF: 13.3, JCR 상위 2.8%)에 최근 게재돼 연구결과의 기술적 기여와 그 중요성이 국제적으로 인정받았다.
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