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ISSN : 1225-7591(Print)
ISSN : 2287-8173(Online)
Journal of Korean Powder Metallurgy Institute Vol.25 No.2 pp.165-169
DOI : https://doi.org/10.4150/KPMI.2018.25.2.165

Trends and Implications of International Standardization for Rare Earths

Sardar Farhat Abbasa,b, Sang-Hyun leeb, Bin Leeb, Bum-Sung Kima,b, Taek-Soo Kima,b*
aCritical Materials & Semi-Conductor Packaging Engineering, University of Science & Technology, Daejeon 34113, Korea
bKorea Institute for Rare Metal, Korea Institute of Industrial Technology, Incheon 21999, Korea
Corresponding Author: Taek-Soo Kim, TEL: +82324585133, FAX: +82324585120, E-mail: tskim@kitech.re.kr
February 12, 2018 February 17, 2018 February 25, 2018

Abstract


Rare earth elements (REEs) are considered to be vital to modern industry due to their important roles in applications such as permanent magnets, automobile production, displays, and many more. The imbalance between demand and supply of REEs can be solved by recycling processes. Regarding the needs of industry and society, the International Organization for Standardization, Technical Committee 298 (ISO/TC298) Rare Earths has been recently launched for developing international standards on rare earth elements. In accordance with the suggestion of its constituents, it is tentatively working to develop the appropriate standards under five working groups (WG) on terms and definitions (WG1), element recycling (WG2), environmental stewardship (WG3), packaging, labelling, marking, transport, and storage (WG4), and testing analysis (WG5). The scope and structure of ISO/TC298 on the topic of rare earths is discussed in this document.



희토류 관련 국제표준 동향 및 시사점

사 다르 파라트 아바스a,b, 이 상현b, 이 빈b, 김 범성a,b, 김 택수a,b*
a과학기술연합대학교 희소소재 및 반도체패키징공학
b한국생산기술연구원

초록


    1. 서 론

    최근 국제표준화기구 중 하나인 International Organization for Standardization (ISO)에서 희토류(Rare earth; RE)에 대한 새로운 Technical committee (TC)를 개설한 바 있다. 이는 희토류 원소에 대한 중요성이 기존에 강조되던 자원적, 산 업적, 기술적 측면에서 보편적 차원으로 확장되었다는 의 미이기도 하다.

    희토류는 La(란타늄)계 15원소와 Sc(스칸듐), Y(이트륨) 을 포함한 총 17원소를 일컬으며, 주요 용도로는 그림 1 에서 보는 바와 같이 모터용 자석, 디스플레이용 글래스 연마제, 형광체, 촉매 등을 들 수 있다[1]. 구체적으로 살 펴보면, 희토류는 자원의 편재 생산성이 심해서, 2016년 자료 기준 약 155,000t의 희토산화물(rare earth oxides; REO)을 중국이 생산하고 있다(그림 2)[2-5]. 전 세계 REO 생산량의 약 80%이상을 차지하고 있으며, 타 생산국(호주, 미국, 러시아 등)의 규모가 상대적으로 작고 각기 내부사정 (기술적 또는 환경적 이유)으로 인한 시장에서의 경쟁력이 미미하여 중국의 REO가 전세계 생산량의 대부분을 차지 한다고 할 수 있다[6].

    또한 희토류 원소는 전자, 기계, 자동차, 농업용 등 다양 한 산업분야에서 활용되고 있으며, 최근에는 가격적 이점 과 꾸준한 개발성과에 기인하여 기존의 국한된 응용범위 가 점차 확대되고 있는 추세이다(그림 1). 이와 같은 희토 류에 대한 중국의 독점적 자원적 생산적 지위가 1990년대 말 이후로 지속되는 한편 활용 가능성의 증가 추세에 따 라, 산업사슬* – 동일 사슬 또는 수직사슬 – 간 또는 국가 간 산업활동 시 공통적으로 수긍할 수 있는 보편화된 규 격이 필요하게 되었는데, 이것이 바로 ISO 희토류 TC 개 설의 이유이다.

    본 고에서는 최근 본격적으로 시작된 ISO TC298 Rare Earth 활동을 중심으로 희토류 국제표준의 특징, 스콥 및 우리나라를 비롯한 국제사회의 대응을 기술하고자 한다. 또한 희토류는 독특한 +3가 전자배치를 보유하고 있어, 산업활용 시 조성적으로는 안정한 산화물, 형상적으로는 분말의 형태로 공급된다. 그 활용방법도 주로 분말관련 기 술로 귀결되는데, 응용분야는 다음과 같다. 산화물 분말 (CeO2)을 직접 사용하는 글래스 연마제와, 주조박판을 분 쇄 후 소결, 즉 분말야금 공정을 이용하는 영구자석(Nd- Fe-B), 합금산화물을 합성하여 사용하는 형광체(Sr3SiO4: Eu2+), 촉매 (CeO2) 등이다. 각 활용처 별 환경, 재사용, 포 장, 측정 등 주요 이슈에 대한 국제 표준개발 움직임이 있 으며, 본 고에서는 전체적인 희토류 관련 표준화 개요를 다루고자 한다.

    2. 국제표준의 개략

    표준은 크게 국제표준과 국가(국내) 표준으로 구분되는 데, 본 고에서는 국제표준을 중심으로 희토류 관련 이슈를 주로 다루고자 한다. 국제표준을 공식적으로 다루는 기구 는 이미 언급한 ISO를 비롯하여, IEC (International Electrotechnical Commission, 국제전기기술위원회)와 ITU (International Telecommunication Union, 국제전기통신연 합)를 들 수 있다. 각기 명칭에서 알 수 있듯이, ISO는 보 편적인 공업표준화를, IEC는 전기기기 표준화를, ITU는 주파수와 관계된 산업분야 - 통신, 컴퓨터 등 –에 관한 표 준을 다루고 있다.

    1에서 알 수 있듯이, 1947년도에 시작된 ISO는 시장 과 산업 관련 지식 및 개발공유를 목적으로 약 163개의 회원국들이 자발적으로 운영하는 비영리 국제기구이다. ISO는 IEC와 유사하게 분야에 따라 기술위원회(Technical committee, TC)를 운영하고 있으며, 각 TC아래에는 다룰 주제 성격에 따라 전문화된 활동그룹(Working group, WG)을 두고 표준을 개발하고 있다. ITU의 SG (Studying group)이 TC와 같은 성격이라 할 수 있다. 표준에 대한 국 제기구와 국내기구의 상호협력관계 및 각자 역할은 Mi Hye Lee[10] 등이 잘 설명해놓은 바 있다.

    3. ISO TC298 Rare Earth의 개략

    3.1. 배경 및 의의

    2015년 중국의 주도로 설립된 본 ISO/TC298 Rare Earth 는 비단 중국 내부의 희토생산, 판매, 관리 등의 정비 차 원이 아닌 관련 당사국들의 설립 필요성 공감을 바탕으로 한다. 즉, 산업의 급격한 발전에 따른 신기능의 발현 또는 획기적 향상 요구의 증가가 희토류 사용의 필요성을 유도 (그림 1)하는 현 상황에서, 안정된 공급을 위한 국제적인 기준이 필요하게 된 것이다. 예를 들어, 희토류의 공급국 과 수요국 간의 무역에서 함유된 희토류의 량을 판단할 때, 각각의 측정방법과 측정환경에 따라 차이가 날 수 있 다. 또한, 희토류의 생산과정은 심각한 환경오염을 유발하 기 때문에, 친환경적인 생산 표준도 필요할 것이다.

    ISO/TC298은 2015년에 출범된 신생 TC답게 희토류 생 산 및 유통, 소비 전반에 걸친 이슈들을 우선적으로 분석 하고 공통화 가능한 또는 필요한 사항들을 표준화하기 위 해 활동을 착수하였다. 즉, 희토류 관련 전반적인 가치사 슬 상의 경제적(economic), 기술적(technical), 법적(legal), 사회적(social), 규범적(regulatory) 활동을 ISO/TC의 스콥 과 매칭시켜 희토류 산업 활동의 보편화를 유도코자 하는 것이다. 인지하듯이, 탐사(exploring) 및 채광(mining)으로부 터 시작되는 희토류 추출 공정은 선광(beneficiation), 침출 (leaching), 분리(separation), 정제(refining or purification) 등 을 거쳐 희토산화물 또는 희토금속이 된다. 이 과정은 다량 의 화학약품을 사용하는 복잡하고 위험한 세부 공정들을 포함하고 있는데, 생산 지역 및 공장에 따라 안전성의 확 보가 –효율성은 차치하고 – 보장되고 있지 않다는 것이다. 즉, 군소 기업일 경우는 생산 환경보다는 생산량을 우선시 할 것이다.

    예를 들면, 대표적 희토광물인 모나자이트(monazite)는 일종의 인산염 광물로서 조성은(Ce, La, Y, Th)PO4이다. 희토류 원소 추출을 위해서는 다량의 가성소다(NaOH)와 염산 (HCl)을 투입하며, 결과물인 희토용액 이외에도 약간 의 토륨, 우라늄 등의 방사성원소들이 포함되어 있다[6]. 또 다른 광물인 바스트네사이트 [bastnasite, (Ce. La)(CO3)F]의 경우에는 염산, 황산 등을 반복적으로 투입하여 희토원소를 추출한다[11]. 또한, 다량의 방사성 원소 생성 문제도 주요 이슈 중의 하나이다.

    이와 같이 희토류는 산업적 활용의 중요성 뿐 아니라 매 우 복잡하고 위험한 생산공정에 기인하여, ISO에서 다양 한 이슈들을 표준화하기로 결정한 것이다.

    3.2. 스콥 및 구조

    3.2.1. TC 298 rare earths의 활동 범위

    2016년 10월 ISO/TC298 첫 공식 회의가 중국 북경에서 개최되었으며, 본 TC는 인공합성 원소인 프로메튬 (promethium, Pm)을 제외한 16개 희토류 원소와 그 산화 물, 화합물 및 합금 등과 관계된 사항들의 표준화를 목적 으로 한다고 결의한 바 있다. 또한 소재뿐만 아니라 이를 생산하기 위한 공정, 분석, 포장, 운송 등의 산업활동은 물 론 동시에 발생하는 환경, 안전, 건강 등의 이슈도 포함한 다. 주목할만한 점은 표준화를 통한 기존 희토류 관련 산 업의 보완뿐만 아니라 희토류 응용분야의 확대와 수요량 증가 가능성 파악 및 상호노력에 협력한다는 내용을 포함 한 것이다. 이는 이미 잘 알려진 희토류 원소의 산업적 가 치에도 불구하고, 자원적 희소성, 정치적 제한성, 낮은 경 제성 (비교적 고가)에 기인한 희토류 수요의 제한요인을 극복하자는 의미일 것이다.

    한편, 본 TC에서는 표준은 산업활동의 저해요소라는 부 정적인 인식에 대한 개선을 위해, 희토산업 및 시장의 활 성화에 기여할 수 있는 운영방향을 제시하였다. 산업 – 무 역 포함 – 활동 시 제재의 수단이 아닌 지원을 목표로 하 는 것이다. 그러므로 표준활동 및 활용 자체도 자발적 의 지에 맡기며, 한편으로는 소통과 표준화 발로의 플랫폼 역 할을 기대하는 것이다.

    앞으로 다룰 표준 개발 내용은 채광부터 제품으로 이어 지는 가치사슬의 제조 공정 전반으로 정의하며, 표 2에 세 부사항을 정리하였다.

    3.2.2. TC 298 rare earths의 구조

    위와 같은 내용을 추진하기 위하여, TC298에는 우선적 으로 5개의 working group (WG)을 운영키로 하였는데, 표 3에 나타냈듯이 WG 1 용어 및 정의(기존표준, 가치사슬), WG 2 제품 및 재활용, WG 3 환경 관리, WG 4 포장, 표 기, 보관, WG 5 측정분석 이다. 하지만 현 시점에서 개발 되고 있는 표준문서의 성격에 의거, WG1과 WG2가 우선 적으로 운영되고 있으며, 다른 세 WG은 표준안의 신규발 의 상황에 맞추어 운영될 예정이다.

    현재 참가국은 34개국이지만 설립 초기임을 감안하면 지속적으로 확장되리라 생각되며, 역할에 따라 주도국 (participating countries)와 입회국(observing countries)으로 구분한다. 전자는 우리나라를 비롯하여 호주, 캐나다, 중 국, 인도, 일본, 미국 등 7개국과 최근 합류한 러시아와 브 라질을 포함하여 총 9개국이이며, 후자는 프랑스를 비롯 한 25개국으로 표 4에 정리하였다.

    한편, 희토류 TC298은 소재(광물로부터 화합물 등) 관 련 사항에 초점을 맞춘 TC로서, 그 응용분야에 관련된 ISO 및 IEC내 TC (표 1)와의 연계를 통하여 중복활동 방 지, 상호 효율성 증대를 유도키로 하였다. 관련 항목을 보 면 ISO/TC 79 경량금속과 그 합금, ISO/TC 132 철계합금, IEC/TC 68 자석용 합금과 철강(Magnetic alloys and steels), ISO/TC 207 환경 관리, ISO/TC 82 채광 등으로 요약할 수 있다.

    4. 희토수요국 입장에서의 표준화 관점

    우리나라 주력 및 신산업용 핵심소재인 희토류는 2010 년 주 생산국인 중국과 주요 소비국인 일본의 영토분쟁의 이슈를 제공한 바 있지만, 중국의 WTO가입, 경기침체에 의한 희토자원가격의 하락, 대체 광산 및 소재의 개발, 재 활용 기술의 개발 등을 통한 희토류 수급의 안정화가 유 지되어 왔다. 구체적으로, 중국의 희토류 생산률도 보고서 마다 차이는 있지만, 2010년 전세계 생산량의 97%를 차 지하다가 최근에는 약 85% 정도로 낮아졌다. 희토산화물 평균가격도 약 160$/kg (2011)에서 약 1.85$/kg (2016)로 안정화되었다.

    그러나, 중국은 희토류 시장에 대한 주도권 확보를 위해 수많은 희토생산공장의 통폐합 및 대형화를 지속적으로 시도[12] 하는 한편, 국제표준[13,14] 을 통한 규격통일을 추진하고 있다. 즉, ISO를 통한 새로운 표준을 정립하여서 기업의 수출입 과정의 단순화를 통한 비용절감 등을 유도 하겠다는 것이다. 표준화와 관련된 사항은 희토 생산국인 호주, 캐나다 등도 유사한 입장을 보이고 있다.

    이는 생산국 입장에서의 희토표준화 주도로 볼 수 있으 며, 주요 수요국인 우리나라의 입장을 반영한 활동을 전개 할 필요성이 매우 높다. 이는 우리나라의 산업이 생산된 희토류 원소의 가공 – 합금설계, 소성 및 절삭가공, 소결, 부품, 패키징 등 – 단계에 주로 포진되어 있기 때문이다. 희토자원이 매우 희소하기 때문에 리싸이클링을 통한 자 원확보 단계의 표준화 활동도 하나의 주요 전략이 될 수 있다. WG 2 및 4에서 리싸이클링 및 유통 중 이슈를 주 로 다룰 것이며, 동시에 WG 3 및 WG 5에서 공정 중의 환경적, 정량적 내용을 표준화할 것이다(표 3).

    5. 결 론

    최근 착수된 희토 국제표준 섹터(ISO TC298)는 그간 응 용 분야를 중심으로 부분적으로 표준화 작업을 수행하였 지만, 희토산업의 산업적, 경제적, 사회적 중요성에 기인 하여 독립된 신규 TC라 할 수 있다. 하지만, 중국을 비롯 한 생산국 입장에서의 희토 관련 표준화를 주도하는 경향 이 있어서, 수요국인 우리나라를 비롯한 일본, 유럽 등의 의견을 반영하는 균형적인 TC로서의 기능이 필요한 시점 이다. 이는, 생산량에 비해 수요가 부족한 현시점 - 희토 의 응용분야 확장노력을 통한 희토산업의 발전이 필요한 시점 –에서, 이를 극복하기 위한 수요국의 입장을 제시하 고 양방향에서의 균형적인 발전을 도모하는 것이 중요하 기 때문이다.

    다행인 것은 TC298 첫 미팅에서 우리나라를 비롯한 수 요국의 의견이 반영되어, 제련 단계 이후의 가공, 패키징, 운반(WG4) 및 리싸이클링(WG2) 관련 WG가 설치되었고, 관련한 환경적, 분석적(정량적) 이슈도 각각 WG 3 및 WG 5에서 다룰 수 있게 되었다. 앞으로도, 국내의 다양한 산업적 의견을 반영한 적극적 표준화 활동을 위해 국내 조직체제의 정비가 필요하다.

    Figure

    KPMI-25-165_F1.gif
    Industrial applications of rare earths.
    KPMI-25-165_F2.gif
    Global production of rare earths [2-5].

    Table

    Brief summary for Organization of International standardization [7-9].
    Standardization topics for rare earths under TC298
    Operating working group (WG) under TC298
    Nationals of TC298

    Reference

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