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희소금속 ‘몰리브덴’, 공급처 확보와 정련기술 개발로 소재자립 큰 걸음!

-생기원·중소기업, ‘99.995% 초고순도 몰리브덴 정련기술·장비’ 공동 개발

-우즈베키스탄에서 원료 공급 받아 국산 장비로 정련, 對日 의존도↓ 기대

□ 한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이낙규)이 반도체, 기계공구 제조의 필수 원료인 희소금속 ‘몰리브덴(Molybdenum)’의 해외 공급처를 확보하고, 중소기업 ‘엔에이티엠(대표 김인호)’과 함께 99.995%의 초고순도로 정련할 수 있는 기술 및 장비를 개발해 소재자립의 길을 열었다.

 □ 몰리브덴은 내식성, 내열성, 전극성을 띄면서도 안정성이 높아 반도체, 디스플레이 기판 등에 적용되는 국내 전방산업 필수소재 중 하나다.

ㅇ 하지만 매장량이 적고 매장지가 세계적으로 편중된 희소금속이다보니, 보유국의 자원 무기화 정책으로 원자재 수급이 원활하지 않다.

ㅇ 또한 국내에 원료를 들여오더라도 순도를 높이는 정련 기술과 장비가 부족한 상황이라 그 자체로는 산업에 바로 활용하기 어려운 실정이다.

ㅇ 무엇보다 정련 공정을 거친 초고순도 몰리브덴의 경우, 매년 7,000억 원 규모를 전량 수입에 의존하고 있는데, 그 중 60~70%를 일본에서 들여와 수급 안정성 문제가 꾸준히 제기돼 왔다.

 □ 이러한 문제를 해결하기 위하여, 생기원 한국희소금속산업기술센터에서는 2019년 6월 희소금속 자원부국 ‘우즈베키스탄(이하 우즈벡)’과 공급 계약을 체결하고 몰리브덴 원료 공급망을 구축했다.

ㅇ 우즈벡 키르치크 지역에 ‘한-우즈벡 희소금속센터’를 설립해 소재 공동개발의 거점을 마련하는 동시에, 우즈벡으로부터 몰리브덴의 안정적 공급을 지원받는 방안이었다.

ㅇ 다만 우즈벡의 몰리브덴은 구리 제련 공정의 부산물로서 중간 단계의 순도를 지녔기 때문에, 국내 전방산업에 투입하기 위해서는 이를 다시 99.99% 이상의 초고순도로 끌어 올려야 하는 과제가 남아 있었다.

 □ 이에, 생기원 한국희소금속산업기술센터 박경태 박사 연구팀은 희소금속소재 전문기업 ㈜엔에이티엠과 함께 ‘고융점 몰리브덴 정련기술·장비’ 국산화에 나서 99.995%의 초고순도 구현이라는 성과를 냈다.

 ㅇ 연구팀은 해외 선진사가 초고순도 정련 과정에서 강염, 강산 등의 촉매가 필요 없는 ‘초고온 전자빔’을 사용한다는 것에 착안했다. 진공 챔버 안에서 전자빔을 쏘면 내부가 약 6,000℃로 상승하고 내부 물질의 기체화가 빨라지는 원리를 적용한 것이다.

ㅇ 즉, 전자빔 조사 과정에서 몰리브덴의 녹는점인 2,600℃보다 기화점이 낮은 불순물들이 기체가 되어 날아가고 99.995% 초고순도의 액체 몰리브덴만 남아 잉곳(Ingot)* 형태로 성형되는 공정이다.

* 제련된 금속을 적당한 크기와 형상으로 주조한 금속 덩어리

ㅇ 현재 랩(Lab)실 규모의 연구는 성공한 상태며, ㈜엔에이티엠의 장비 제작 노하우를 더해 12㎝ X 1m 크기의 잉곳 제작이 가능한 파일럿 플랜트 실증 테스트를 진행 중이다.

ㅇ 연구팀은 수많은 공정변수를 수정·조율해 양산을 위한 최적화 단계로 진입했으며, 향후 1년 내 시제품 제작까지 가능할 것으로 내다봤다.

 □ 생기원 박경태 박사는 “소부장 이슈로 국산화 전례가 없는 몰리브덴 연구에 나서게 됐다.”며, “상용화에 성공한다면 전방산업이 튼튼한 국내 제조업이 더 큰 경쟁력을 갖추는 계기가 될 것”이라고 말했다.

ㅇ ㈜엔에이티엠 김인호 대표는 “중소기업의 부족한 R&D 역량을 생기원과의 협력으로 극복하고 있다.”며, “99.995% 초고순도의 몰리브덴은 100~200배의 고부가가치 소재로써, 매출 1,000억 달성을 물론 글로벌 소재·장비업체로 도약할 수 있는 기반이 될 것”이라고 밝혔다.