희토류가 무엇이고, 왜 중요한 자원인지? 네오디뮴 자석

연일 희토류가 뉴스 등 언론에서 많이 나옵니다. 

중요한 자원인 것은 알겠는데, 정확히 뭐인지, 쓰임새는 어떤지, 왜 중요한지 알아보겠습니다.

1. 희토류 원소 목록 및 주요 쓰임새 

희토류(Rare Earth Elements, REEs)는 란타넘족 15개 원소(La~Lu) + 스칸듐(Sc) + 이트륨(Y) 을 포함한 총 17개 원소를 의미합니다. 

매장량 자체로 보면 아주 희귀한 원소는 아닙니다.

하지만, 집중된 광맥을 찾기 어렵고, 그렇게 찾더라도 홑원소로 분리하는 것 또한 어렵습니다.

 

이 원소들은 경희토류(Light REEs, LREEs)와 중·중희토류(Heavy REEs, HREEs)로 나뉘는데, 경희토류는 상대적으로 풍부하고, 중·중희토류는 희귀하며 고부가가치 산업에서 중요한 역할을 함.  

1.1. 경희토류 (LREEs, Light Rare Earth Elements) 

원소 원소 기호 주요 용도 

란타넘 La 촉매 (정유, 자동차 배기가스 저감), 광학 렌즈, 배터리 

세륨 Ce 자동차 배기가스 촉매제, 연마제 (유리·반도체), 황화제거제 

프라세오디뮴 Pr 네오디뮴 자석(NdFeB) 첨가제, 항공기용 초내열 합금 

네오디뮴 Nd 강력한 네오디뮴 자석 (전기차 모터, 풍력 터빈, 스피커) 

프로메튬 Pm 방사성 원소, 원자력 배터리 (우주 탐사선) 

사마륨 Sm 사마륨-코발트(SmCo) 자석 (고온·우주 환경), 레이저 

➡️ 특징: 

 

상대적으로 풍부하지만 고순도 정제는 어려움. 

주로 자석, 촉매, 연마제, 합금 등에 사용됨. 

네오디뮴(Nd)과 프라세오디뮴(Pr)이 전기차·풍력 터빈 핵심 자석 원료. 

1.2. 중·중희토류 (HREEs, Heavy Rare Earth Elements) 

원소 원소 기호 주요 용도 

유로퓸 Eu 형광등, LED 디스플레이 (빨간색·파란색 형광체) 

가돌리늄 Gd MRI 조영제, 자기 냉각 시스템, 중성자 차폐재 

터븀 Tb 네오디뮴 자석 성능 강화제, LCD·OLED 형광체 

디스프로슘 Dy 고온에서도 성능 유지하는 자석 (전기차 모터, 풍력 터빈) 

홀뮴 Ho 원자로 제어봉, 강력한 자성체 연구 

어븀 Er 광섬유 통신 증폭기, 레이저, 원자로 냉각제 

툴륨 Tm 의료용 X-ray 장치, 레이저 

이터븀 Yb 광섬유 레이저, 태양광 패널, 강력한 합금 

루테튬 Lu 석유 크래킹 촉매, 방사선 치료제, 반도체 산업 

➡️ 특징: 

 

상대적으로 희귀하고 값이 비쌈. 

고부가가치 산업(반도체, 디스플레이, 의료, 레이저)에서 핵심 역할. 

터븀(Tb), 디스프로슘(Dy)은 네오디뮴 자석의 성능을 높이는 필수 원소. 

1.3. 기타 희토류 원소 

원소 원소 기호 주요 용도 

스칸듐 Sc 항공·우주 합금, 연료전지, 고강도 알루미늄 합금 

이트륨 Y LED 디스플레이, 고온 초전도체, 레이저 

➡️ 특징: 

 

스칸듐(Sc)은 가볍고 강한 합금을 만드는데 사용됨. 

이트륨(Y)은 레이저, 반도체, 세라믹 등에서 활용됨. 

희토류의 중요성 

✔️ 전기차·풍력 터빈 핵심 원료 → 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy), 터븀(Tb) 

✔️ 디스플레이·반도체 산업 필수 → 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 이트륨(Y) 

✔️ 의료·우주·군사 산업 적용 → 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 툴륨(Tm) 

 

결론적으로, 희토류는 차세대 산업의 필수 자원이며, 특히 중·중희토류(HREEs)는 공급 부족과 가격 변동성이 커서 전략적으로 중요한 자원입니다.

2. 영구자석에 쓰이는 희토류

 희토류(Rare Earth Elements, REEs) 자체는 자성을 띠지 않지만, 특정 희토류 원소들은 강한 자성을 가진 영구자석을 만드는 데 중요한 역할을 합니다.

대표적인 희토류 자석으로 네오디뮴(NdFeB) 자석과 사마륨-코발트(SmCo) 자석이 있습니다. 희토류를 영구자석에 사용하면 좋은 점 강한 자력(고자기 에너지 밀도) 네오디뮴(Nd), 디스프로슘(Dy), 프라세오디뮴(Pr) 같은 희토류 원소는 강한 자기장을 유지하는 능력이 뛰어나지요.

특히 네오디뮴 자석(NdFeB)은 가장 강한 영구자석으로, 같은 크기의 일반 자석보다 수십 배 강한 자기력을 가질 수 있습니다. 

아래 사진에서 처럼 사과를 중간에 두면 사과가 날아가버리고, 자석이 부서질 정도이지요.

아래 사진 터치시, 내용 출처인 위키트리 기사로 바로 갑니다.

우수한 온도 안정성 고온에서도 자성을 유지하는 능력이 중요한데, 디스프로슘(Dy)과 테르븀(Tb)을 첨가하면 자기 성질이 쉽게 감소하지 않습니다. 

풍력 터빈이나 전기차 모터처럼 고온 환경에서 작동하는 기기에서 필수적입니다. 

경량화 및 소형화 가능 같은 자력을 내기 위해 필요한 자석의 크기를 줄일 수 있어서 전기차, 로봇, 스마트폰 같은 제품을 더 작고 가볍게 만들 수 있습니다. 

고효율 에너지 변환 희토류 자석을 사용하면 모터와 발전기의 에너지 효율이 올라갑니다. 

예를 들어 전기차 모터의 경우, 더 작은 전력으로 더 강한 회전을 만들어서 배터리 소모를 줄일 수 있습니다. 

희토류 자석이 쓰이는 주요 산업 전기차 모터 (테슬라, BYD 같은 EV 제조업체) 풍력 터빈 (고성능 발전기) 산업용 로봇 및 드론 MRI 기기 등 의료 장비 스마트폰, 스피커, 하드디스크 드라이브 (HDD) 즉, 희토류가 들어간 영구자석은 강력한 자기력을 제공하면서도 소형화와 고온 안정성을 보장하기 때문에 차세대 산업에서 필수적인 역할을 하고 있습니다.