희토류(稀土類, Rare Earth Elements, REE)란 지질 침전물에서 함께 발견되는 비슷한 특성의 원소군을 말한다.
즉 희토류는 주기율표 제3A족인 스칸듐(원자번호 21), 이트륨(39)과 원자번호 57(란타늄)에서 71(루테튬)까지의 란탄계열 원소 15개를 더한 17 원소를 총칭한다.
• 희토류 원소 17가지 목록
-경희토류 [(Light REEs, LREEs) 원소명 원소기호]
란타넘 La
세륨 Ce
프라세오디뮴 Pr
네오디뮴 Nd
프로메튬 (방사성) Pm
사마륨 Sm
-중희토류 (Heavy REEs, HREEs)
유로퓸 Eu
가돌리늄 Gd
터븀 Tb
디스프로슘 Dy
홀뮴 Ho
어븀 Er
툴륨 Tm
이터븀 Yb
루테튬 Lu
기타 스칸듐 Sc
이트륨 Y
지각에 넓게 분포되어 있으며, 지각 내 희토류 함량은 약 200ppm(0.02%)에 이른다. 화성암보다는 화강암계열에 더 많이 분포되어 있다.
이들은 화학적으로 유사하며 자연계에 널리 분포되어 있지만, 경제적으로 추출 가능한 형태로 존재하는 경우가 드물기 때문에 "희토"라는 이름이 붙었다.
희토류의 산업별 사용처를 보면
•디스프로슘(Dy): 영구자석, 콘덴서, 자기 영동물질 소재
•이트륨(Y): 산업, 의료, 군수용레이저 관련 매질, 모니터 형광체
•사마륨(Sm): 영구자석, 중성차 흡수체, 레이저, 조명
•루테튬(Lu): 레이저, 크리스탈 제조
•스칸듐(Sc): 항공우주 부품 등
•테르븀(Tb): 모니터 등 형광체, 자기 영동물질 소재, 영구자석
•가돌리늄(Gb): 컴퓨터 메모리, 핵 반응제, 원자로 중성자 차폐제, 광학유리 등이다.
- 국가별 희토류 생산량 (2023년 기준, 대략치)
중국 약 240,000 약 60% 이상 세계 최대 생산국 및 정제국
미국 약 43,000 약 11% 캘리포니아 Mountain Pass 광산
미얀마 약 30,000 약 7~8% 대부분 중국으로 수출
호주 약 20,000 약 5% Lynas Rare Earths
러시아 약 2,600 소량 개발 잠재력 있음
인도 약 2,000 소량 국영 기업 주도 개발
브라질 약 1,600 소량
기타 약 5,000 - 베트남, 태국, 캐나다 등이다.
희토류는 정제하는 과정에서는 다음과 같은 심각한 환경 문제가 발생한다.
- 방사성 물질 오염
희토류 광물에는 종종 우라늄, 토륨 같은 방사성 원소가 함께 포함되어 있다. 이들을 분리하는 과정에서 방사성 폐기물이 발생하며, 적절히 처리되지 않으면 토양과 지하수 오염 위험이 있다.
- 수질 오염
추출 및 정제 과정에서 산, 화학약품, 유기용매를 대량으로 사용한다. 정제 후 폐수에는 중금속, 산성 물질이 포함되어 있어 하천과 지하수 오염을 유발할 수 있다.
- 토양 파괴 및 생태계 훼손
광산 개발 시 산림 파괴, 생태계 단절 등이 발생한다. 토양이 오염되면 농작물 재배 불가, 장기적인 생태계 붕괴로 이어질 수 있다.
- 대기오염
희토류 정제 시 발생하는 가스에는 황산가스, 플루오르화수소 등 유해 물질이 포함될 수 있다. 공기 중으로 배출될 경우, 주변 주민의 건강 문제를 유발할 수 있다.
- 폐기물 관리 미비
중국과 같은 주요 생산국에서는 과거에 환경 규제가 느슨하여 불법 채굴 및 방치된 폐기물이 큰 문제가 되었다. 불법 채굴 현장에서는 폐기물이나 폐수를 무단 방류하는 경우도 많다.
결국 희토류는 미래 산업에 필수적이지만, 환경 비용이 높은 자원이다. 따라서 단순한 경제적 이익만이 아니라 지속 가능성과 환경 보호를 고려한 개발과 정책이 필요하다.