연구원들이 암석에서 리튬을 추출하는 새로운 공정을 개발

Source: Ars Technica

Process overview

이 공정의 핵심 화학 물질은 NH₄F(플루오린화 암모늄)이다. 용융 형태로 직접 사용할 수 있지만, 가열하면 보통 위험한 수소 플루오린화물(HF)이 발생한다. 이를 피하기 위해 연구진은 NH₄F를 물에 녹였다; 수성 환경이 HF 생성을 억제한다. 용액을 약 70 °C까지 가열하면 염이 NH₄F₂⁻ 이온으로 변하고 암모니아 가스가 방출되며, 이 암모니아는 이후 공정에 재사용된다.

NH₄F₂⁻ 이온은 리튬에 플루오린 원자를 제공하여 수용성 리튬 플루오린화물(LiF) 용액을 만든다. 실리콘은 용해 가능한 (NH₄)₂SiF₆ 이온을 형성하고, 알루미늄은 고체 형태로 남는 (NH₄)₃AlF₆를 만든다. 각각의 스트림은 별도로 처리된다.

Using everything

Aluminum chemistry

1. 300 °C – (NH₄)₃AlF₆를 가열하면 알루미늄 트리플루오린화물(AlF₃)과 암모니아(NH₃), 수소 플루오린화물(HF)이 생성된다.
2. 700 °C – AlF₃가 물과 반응하여 알루미늄 산화물(Al₂O₃)과 추가 HF를 만든다.

생성된 HF는 위험하므로 주의해서 다루어야 한다. 방출된 NH₃와 반응시켜 원래 시약인 NH₄F를 재생성함으로써 손실을 최소화할 수 있다. 이렇게 얻은 Al₂O₃는 순도가 98 % 이상으로 알루미늄 금속 생산용 원료로 활용될 수 있다.

Note: 이러한 단계에 필요한 높은 온도는 상당한 에너지 요구와 안전상의 과제를 수반한다.

Silicon purification

용액에 추가 암모니아를 넣으면 (NH₄)₂SiF₆가 물과 반응해 실리콘 이산화물(SiO₂)을 생성하고 NH₄F를 재생한다. SiO₂는 용액에서 침전되어 수집할 수 있다. 연구팀은 회수된 실리콘 이산화물을 콘크리트 강화 등 다양한 용도로 사용할 수 있음을 입증했다.