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고상반응에 의한 고순도 금속 제조

전문가 제언: ○ 기능성 신소재의 개발은 원료의 고순도화로부터 시작하여 불순물의 고의적 첨가에 의한 새로운 기능의 부여로 마무리 지어진다. 그러나 고순도 소재는 기능성 신소재의 원료로서의 용도 외에도 전기, 전자, 원자력 분야에서 그 자체로도 상당한 시장을 가지고 있다. 일반적으로 금속의 고순도화는 고온에서의 기화나 액화를 통해 이루어지지만, 고체 상태에서의 고순도화도 환경친화적이고 에너지절약형이며, 제조원가가 낮다는 장점을 가지고 있다.

○ 고상반응법은 용해가 어려운 내열금속, 방사성금속 및 일부의 RE의 고순도화에 효과적이다. 본고에서 소개하는 고상반응 고순도화 기술은 (1) 진공탈가스, (2) 게터링, (3) CaCl2 용융염 탈산, (4) 전기화학적 탈산, (5) 용융염 추출, (6) 고상 전기장 정제, (7) 고상 온도구배 정제이다. (1)~(5)는 화학적 방법으로서 주로 침입형 용질원소의 제거를 목적으로 하며, (6)과 (7)은 전기장/온도구배를 이용하여 시편을 정제하는 물리적 방법으로서 치환형 불순물도 제거할 수 있다.

○ 해외에서의 고순도 소재는 보통 4N~7N은 물론 반도체 재료인 규소의 경우 11N 이상의 고순도 제품까지 제조되고 있다. 이런 고순도화 기술은 일반적으로 고온, 초고진공을 요구한다. 고상반응에 의한 고순도화 기술로는 초고순도의 금속의 제조는 어렵지만, 상기 (2)와 (4)의 기술은 O, N, C의 제거에 매우 효과적이고, (6)의 전기장 정제는 U, Th(4N) 고순도화에 특히 효과적이다. 기화/액화에 의한 일반적 고순도화 기술보다는 주목을 받지 못하고 있지만, 나름대로의 장점이 있기 때문에 꾸준히 연구가 지속되고 있다.

○ 현재 국내의 고순도화 기술수준은 선진 외국에 비하면 매우 낙후된 상태에 있다. 여러 가지가 이유가 있겠지만, 고가의 장비가 필요한 것도 큰 비중을 점할 것이다. 한국지질자원연구원에서 과거 W, Mo, Ti, Cu 등 몇 가지 금속을 3N-5N까지 정제한 바 있으나 전체적으로 미미한 수준에 불과하다. 고상반응에 의한 금속의 고순도화는 고가의 장비가 필요 없는 기술이므로 국내 연구진도 도전해볼 만할 것이다.

저자: Feng Tian, Guoling Li, Li Li, Zhiqiang Wang, Shihong Yan, Xingguo Li
자료유형: 학술정보