환원.확산법에 의해 Sm2Fe17Nx 계 희토류 영구자석을 제조하기 위한 기초연구로서, 우선 Sm2Fe17 금속간화합물의 제조를 위하여, 금속 Ca에 의한 Sm2O3의 환원반응과 Fe분말중에 Sm의 확산반응을 검토하였다. 그 결과 전자는 1000˚C이상의 고온의 경우에 매우 빠르게 완료되지만, 후자의 Fe분말의 중심까지 Sm의 확산반응의 완료(완전한 균질화조건)는 1100˚C에서 3h 정도의 R-D 반응이 필요하며, 이 확산반응이 전체반응에 있어서 율속단계임을 알았다. Sm-Fe 계의 금속간화합물들의 성장은 1000˚C이하에서는 SmFe2, SmFe3,Sm2Fe17금속간화합물의 3개의 상이 관찰되었으나, 1100˚C에서는 Sm2Fe17 금속간화합물의 상만이 관찰되었다. 본 연구에서 얻어진 최종시료의 산소 및 Ca량은 각각 0.72wt% 및 0.11wt%이었다.

본 연구는 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 제작한 1μm 두께의 Fe79Tb21 및 Fe62Co15Tb23 아몰퍼스합금 박막을 결정화함으로써 석출되는 결정상의 구조와 아몰퍼스합금의 구조와의 대응관계에 관한 기초정보를 도출하기 위하여 자화측정, DSC열분석 및 X선 회절측정 등을 행하였다. 소둔온도가 400˚C이상 증가하면 Fe79Tb21 및 Fe62Co15Tb23 아몰퍼스합금 박막의 용이자화방향이 시료면의 수직방향에서 면내방향으로 이행하였으며 열분석 측정결과, Fe79Tb21 박막의 결정화온도는 500-600˚C범위인 반면 Fe62Co15Tb23박막의 경우는 650˚C로 평가되었다. 또한, 이들 박막에 대한 열처리후의 X선 회절프로화일로부터 양시료 공히 Fe23Tb6 금속간 화합물 이외의 어떠한 금속간화합물도 석출되지 않음을 알 수 있었다.

내덕리 화강암과 농거리 화강암은 영남육괴 동북부의 태백-상동지역에서 분포하는 고원생대 화강암이다. 이 단보에서는 내덕리 화강암과 농거리 화강암에서 추출된 광물들에 대해 희토류원소의 함량측정 및 이들 광물들로 부터의 Rb-Sr 광물연대를 구함으로써 내덕리-농거리 화강암의 지구화학적 진화사를 재조명할 수 있는 틀을 마련 하고자 하였다. 운석으로 규격화한 희토류원소 분포도에서는, 저어콘을 제외한 흑운모, 장석, 석영, 전기석 등 모든 주구성광물은 경희토류가 부화되어 있고, 중희토류가 결핍된 희토류원소 분포도를 보여주고 있다. 저어콘의 경우 Eu의 강한 부(-)의 이상과 더불어 경희토류와 중희토류 모두 부화된 특성을 보여주는데. 이는 열수기원임을 지시 하는 증거라 할 수 있다. 그리고 Rb-Sr 광물연대에 있어서 광물분리한 시료만을 이용한 Rb-Sr 광물연대는 1.814±142(2σ) Ma의 연대치를 지시해주었고, 기존의 자료와 함께 통합하여 계산했을 때는 1,707±74(2σ) Ma의 연 대치를 지시해주었다. 이 광물연대값은 겉보기에서는 기존의 1.72 Ga Rb-Sr 전암연대보다는 더 오래됐고, 1.87 Ga의 Sm-Nd 전암연대보다는 더 젊다. 이와 같이 광물연대와 전암연대가 다르게 나타나는 것은, 저어콘의 희토류원소 분포도가 지시해주는 바와 같이 Rb-Sr 동위원소계가 화강암의 정치 후 열수변질을 받았음을 지시해준다고 해석된다.

철마산 일대의 지질은 하부로부터 선캠브리아기의 소근리층, 화강암질편마암, 엽리상 흑운모화 강암, 엽리상 운모화강암, 염기성암맥 및 산성암맥으로 구성된다. 이 일대의 희토류 광화작용은 화강 암질편마암과 엽리상 운모화강암에서 관찰된다. 이들 암석에서 소량 희토류 원소 및 토륨을 함유한 광물들은 저어콘(Y2O3 0.00~1.18 wt.%, Gd2O3 0.00~0.59 wt.%, Er2O3 0.00~0.22 wt.%, Yb2O3 0.00~0.34 wt.%, Lu2O3 0.00~0.48 wt.%, ThO2 0.00~0.33 wt.%), 토리아나이트(Nd2O3 0.00~0.24 wt.%, Lu2O3 0.00~0.26 wt.%), 베르시에린(La2O3 0.04~0.26 wt.%, Nd2O3 0.00~0.20 wt.%, Tb2O3 0.04~0.12 wt.%, Dy2O3 0.17~0.26 wt.%, Er2O3 0.33~0.44 wt.%, Lu2O3 0.00~0.19 wt.%, ThO2 0.61~0.93 wt.%), 녹니석 (La2O3 0.44~0.68 wt.%, Ce2O3 0.12~0.13 wt.%, Nd2O3 0.31~0.44 wt.%, Eu2O3 0.03~0.08 wt.%, Dy2O3 0.09~0.21 wt.%, Ho2O3 0.04~0.14 wt.%, Er2O3 0.18~0.32 wt.%, Lu2O3 0.07~0.21 wt.%, ThO2 0.00~ 0.97 wt.%), 흑운모(Nd2O3 0.02~0.08 wt.%, Gd2O3 0.07~0.08 wt.%, Tb2O3 0.02~0.07 wt.%, Dy2O3 0.35~ 0.43 wt.%, Ho2O3 0.15~0.26 wt.%, Er2O3 0.24~0.28 wt.%, Yb2O3 0.06~0.18 wt.%, ThO2 0.00~0.12 wt.%), 정장석(Dy2O3 0.05~0.12 wt.%, Ho2O3 0.05~0.06 wt.%, Er2O3 0.28 wt.%, Yb2O3 0.06~0.12 wt.%) 및 사장석(Ho2O3 0.01~0.03 wt.%, Er2O3 0.10~0.27 wt.%, ThO2 0.11~0.13 wt.%)이며 희토류 광물로는 바스트나사이트와 퍼구소나이트이다. 희토류 광물들은 주로 장석류, 운모류, 저어콘, 인회석 및 티탄철석의 간극을 따라 산출된다. 따라서 철마산 일대의 희토류 광화작용 산물인 바스트나사이트와 퍼구소나이트는 화강암질편마암과 엽리상 운모화강암의 형성 시 희토류 원소 및 토륨이 구성광물 내에 소량 함유되어 있었으며 그후 계속된 화성활동 및 변성작용에 의하여 기존 광물 내에 함유되어 있던 희토류 원소가 재 농집에 의해 형성된 것으로 생각된다.

베트남 북부 네안성 뀌홉지역에서 희토류 원소의 광화작용과 관련된 이상대 확인을 위해 토양 지구화학탐사를 수행하였다. 시료채취 간격은 가로 250 m 13 line (총 4.2 km), 세로 300 m 25 line (총 7.5 km)으로 총 325개의 시료가 채취되었다. 또한, 토양지구화학탐사 결과를 바탕으로 총 희토류 (Total rare-earth oxides, TREO) 함량이 높은 8개 격자점을 대상으로 피트탐사를 수행하여 73개의 토양시료를 채취하였다. 조사지역은 반찌응(Ban Chieng) 흑운모 화강암 복합체가 편암, 편마암, 석회암으로 구성된 부캉(Bu Kang)층을 관입하고 있다. 본 지역의 주요 광화작용은 주석, 루비, 그리고 화강암 복합체의 주변부 변질대에 분포하고 있는 것으로 사료되는 함희토류 모나자이트(Monazite)와 제노타임(Xenotime)의 산출이 특징적이다. 채취한 토양시료의 ICP-MS 분석 결과, 총 희토류 평균 함량은 지각의 총 희토류 함량(248 ppm)보다 평균 약 1.4배 높게 나타났다. 한편, 경희토류의 평균 함량은 44.6 ppm으로서 지각 평균(200 ppm)보다 결핍되어 있고, 중희토류는 평균 함량(44 ppm)이 지각평균(26 ppm)의 약 1.5배 부화되어있다. 피트탐사에서 채취한 토양시료에 대한 희토류원소의 화학성분 분석 결과, 6개의 피트에서 총 희토류 함량(TREO)이 1,000 ppm 이상의 값이 확인되었다. 이는 뀌차우(Quy Chau)지역의 탐사 및 분석 결과와 비교해보면, 북동-남서 방향으로 희토류 이상대가 발달하고 있는 것으로 사료된다.

Neodymium(Dysprosium)-permanent magnets (Nd(Dy)-Fe-B Magnets) have necessity and potential to be recycled given their high criticality and important roles in various high-tech fields as well as the characteristics of being selectively disengaged from the assemblies in which they are used. This study focused on secondary material flow (downstream) of Nd(Dy)-Fe-B Magnets in South Korea. The quantitative information includes the primary data of each category (Emission - Collection - Disengagement - Resource Recovery - Remanufacturing) with domestic recycling situations of the magnets, which can contribute to more effective policy-making. As a result of the material flow analysis, this study provides the primary data of Nd and Dy at each stage and inhibiting factors (bottleneck) of Nd-Fe-B Magnets recycling and suggests the method for improvement of recycling of rare earth magnet.

희토류자석은 통상 네오디뮴자석(Nd-자석)을 의미한다. 이는 본래 네오디뮴 자석(Nd-자석) 외에 사마륨-코발트(Sm-Co) 계열 자석, 그리고 사마륨-질화철(Sm-Fe-N)계열 자석을 통칭하는 용어이나, Nd-자석을 제외한 나머지 희토류자석들은 시장이 상대적으로 작기 때문이다. 희토류자석(Nd-자석)은 자기특성 즉, 에너지적(BHmax)등이 우수하여 가전, 자동차 전기장치용 모터류 뿐 아니라 풍력발전, 하이브리드/전기자동차 분야에서도 핵심부품으로 주목받고 있다. 또한 희토류자석의 주 원료인 네오디뮴(Nd)과 디스프로슘(Dy)이 공급불안정성과 청정산업분야 중요성 양면에서 높은 우선순위를 보이는 등 자원고갈대비, 자원안보 차원의 중요성이 부각되면서 폐희토류자석의 자원순환 활성화가 이에 대한 대비책 중 하나로 평가받고 있다. 본 연구는 자원순환 촉진을 위한 현황 조사 측면에서 폐희토류자석의 하부흐름을 분석하였다. 이를 위하여 국내 폐희토류자석 하부흐름을 개념적으로 (1)배출 (2)수거 (3)분리/해체 (4)자원회수 (5)제품생산 5단계로 구분하였으며, 희토류자석을 주로 사용하는 대형폐가전(냉장고, 세탁기, 에어컨)과 일반자동차, 하이브리드/전기 자동차를 중심으로 하부흐름의 각 단계를 분석하였다. 그 결과, 모터나 컴프레셔 등에 포함되어 있는 희토류자석은 별도의 분리해체 과정없이 다른 고철류와 함께 처리되거나 일부 업체에서는 이를 별도 저장하고 있는 것으로 파악되었다. 이와 같이 하부흐름 상 분리/해체 단계가 주된 병목(bottle-neck)으로 작용하는 주된 이유로는 폐모터의 규격이 제품마다 다양하여 자동화가 어려우며, 분리해체에 수작업이 필요하여 인건비 부담이 높은 점 등을 들 수 있다. 따라서, 향후 폐희토류자석의 효율적인 자원화를 위해서는 우선적으로 분리/해체 단계에 기술개발 및 정책적 지원이 검토될 필요가 있다.

The recovery potential of rare earth elements (REE) in coal ash was evaluated in this study. The previous researches were reviewed, and the physicochemical analysis of coal ash collected from a thermal power plant in Korea was conducted. According to the results of particle-size distribution, fly ash could be classificed as a fine-grained soil by unified soil classification system, and showed a uniform particle size distribution. The particle size of bottom ash was a coarse grained soil and the particle-size distribution was well graded compared to that of fly ash. However, there was no significant difference in the physicochemical composition between both the ashs and particle-size. Although REE was not found in the coal ash specimens used in this study, various valuable metallic compounds were observed. The silicate compounds showed the highest contents being 50% (by wt.), followed by 20 and 10% in aluminum oxide and iron hydroxide. There were also the trace elements in oxide forms (e. g., Ca, Mg, K). Unlike previous researches there are no REE detected in the coal ash specimens used in this study. The composition of ash depends on the coal used in the power plant and the detection limits of analytic instruments may be critical.

희토류 정광으로부터 첨단산업 원료소재로 수요가 급증하고 있는 고순도 희토류 소재를 제조하기 위한 가장 첫 공정은 침출공정이다. 즉, 희토류 정광으로부터 원소별 희토류 성분을 분리하기 위해서는 용액상태로 전환이 필요한데, 이때 일반적인 산 및 알카리 용액에는 희토류 성분은 침출이 되지 않으므로 강산 또는 강 알카리 조건에서 희토류 정광을 침출 가능한 형태로 변환 시켜주는 분해공정이 선행되며 이후 산 침출에 의해 희토류 성분을 침출하게 된다. 본 고에서는 대표적인 희토류 광물인 모나자이트와 바스트나사이트, 그리고 이 광물의 혼합물 형태로 생산되는 혼합광물에 대한 분해 및 침출공정을 소개하고자 한다.

국내에는 충주 어래산 광화대와 홍천 광화대에 대한 탐사 결과 약 4,600,000 톤의 자원량을 확보하였으나 시추량의 제한에 따른 자원량의 부족과 낮은 가격으로 인해 경제성이 없는 것으로 잠정적으로 판단된 바 있다. 그러나 최근 희토류 가격이 2000년대 초에 비해 2~3배까지 상승하였으며 최저개발 품위가 REO 2%대로 낮아짐으로써 두 광화대에 대한 체계적인 정밀탐사를 통하여 보다 정확한 자원평가가 요구된다. 이 두 지역은 REE 뿐만 아니라 Fe, Sr 등이 수반됨으로써 그 잠재적인 가치를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 하동 광화대는 Ti외 REE와 Li의 추출이 가능하여 경제성을 상승시킬 수 있을 것으로 판단된다. 양양 광화대는 Zr-Nb-REE 광화대로 알려져 있으나 체계적 탐사가 수행되지 않아 자원량의 산정은 수행되지 않았으나 REE 외 희유금속인 Nb을 수반하여 그 잠재적인 가치가 높다고 판단된다. 국내 REE 자원탐사는 체계적이고 계획적인 탐사가 진행 된 적이 없어 단일 광상에 대해 정확한 매장량 산정이나 경제성 분석 등이 이루어지지 않아 그 가치 판단이 모호함으로써 개발에 제한을 가지고 있다. 세계적인 수요량이 현재 REO 100,000톤에서 2013년에는 거의 200,000톤으로의 증가가 전망되고, Eu의 가격은 2000년 중반에 비해 최근 2배 상승하였으며, Dy의 가격은 3배 이상 급상승 추세에 있어 대부분 희토류 산화물 가격은 점차 증가될 것으로 전망한다. 전 세계 희토류 생산의 95%를 중국이 독점하고 있어 자원이 1개국에 편재된 극히 좋지 않은 자원환경으로 세계 각국에서 희토류 탐사에 전념하고 있는 실정이다. 아울러 하이브리드 카 생산이 증대되면 중국만이 생산하는 중희토류의 수요가 급증하여 가격 상승과 함께 수급에 차질이 있을 것으로 추측된다. 따라서 국내 희토류 자원에 대한 체계적이고 단계적인 중장기적 탐사를 통하여 REE 자원을 확보하여 개발한다면 국내 REE 자원의 수급을 원활히 할 수 있을 것으로 기대된다.

Rare earth contents(REE) were analysed for the plants, M. sinensis, A. vulgaris and R. crataegitolius, from two different soils serpentine area consisting of serpentinite(SP) and non-serpentine area, containing amphibole schist(AS) of Gapyeong area, and were compared with soils and host rocks. The AS were high with the differences of several times in the top soils, and with the differences of several to ten times in the host rocks relative to the SP. In the same area, the SP were high in the soil, but the rocks for the AS. In the plants, the A. vulgaris were high, but low in the R. crataegitolius. Root parts were higher than the upper parts. Differences between the upper and root parts were big in the SP rather than the AS, and were big in the R. crataegitolius, but small in the M. sinensis. Among the parts of the plants, high elements were shown in the R. crataegitolius of the SP, and the A. vulgaris and M. sinensis of the AS. In the correlation coefficients, most of the REE showed positive relationships among the element pairs, especially high positive correlation coefficients in the upper parts of the SP. Differences of the soils and plants(average) were smalle in the M. sinensis and big in the R. crataegitolius. In the upper parts. contents of the A. vulgaris were close to the soils while the R. crataegitolius showed large discrepancies with the soils. In the root parts, contents of the A. vulgaris showed discrepancies with the soils regardless of soil types, but close in the R. crataegitolius of the SP and M. sinensis of the AS.