"리튬 폐기물서 캐냈다"… 中, 세계 최초 '루비듐·세슘' 500톤 추출 라인 가동

인공지능(AI)과 양자컴퓨팅, 항공우주, 차세대 전고체 배터리의 핵심 원소로 부상한 전략 희귀금속을 확보하기 위해 전 세계가 총성 없는 자원 전쟁을 벌이는 가운데, 중국이 리튬을 추출하고 남은 산업 폐기물(슬래그)에서 초고순도 루비듐(Rb)과 세슘(Cs)을 세계 최초로 대량 분리·회수하는 500톤 규모의 산업 생산 라인을 전격 가동했다.

단독 광상으로 존재하지 않아 그동안 리튬 제련 과정에서 대부분 알루미노규산염 잔여물과 함께 버려지던 저품위 부산물을 독자적인 화학 분리 공정으로 재생해 냄으로써, 매장량 한계라는 지질학적 약점을 '초격차 정제 기술'을 통해 자원 안보의 강력한 무기로 탈바꿈시킨 성과다.

특히 세슘 회수율 98% 이상, 루비듐 회수율 95% 이상을 달성하며 99.9% 순도의 고품질 탄산염 완제품이 이미 상업 시장에 납품되기 시작해, 중국이 희토류에 이어 '루비듐·세슘' 등 전략 알칼리 금속의 글로벌 공급망 지배력까지 공고히 다졌다는 평가가 나온다.

9월 15일(현지시각) 홍콩 영자 일간지 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 보도에 따르면, 중국과학원(CAS) 산하 공정공학연구소(IPE)는 세계 최대 리튬 화합물 제조사인 간펑리튬(Ganfeng Lithium)과 손잡고 장시성에 구축한 '세계 최초 연속 타워 추출 기반 저품위 루비듐·세슘 분리 시범 라인'이 안정적인 상업 가동에 성공했다고 공식 발표했다.

루비듐과 세슘은 지각 내에 독립된 대형 광맥으로 산출되지 않고, 리튬 광석인 리튬운모(레피돌라이트)나 염호 염수에 극미량 동반 원소 형태로 섞여 있어 경제적인 분리가 극도로 까다롭다.

예컨대 중국 루비듐 매장량의 40%가 집중된 장시성의 레피돌라이트 농축액 1톤에는 산화리튬이 약 25kg 함유된 반면, 산화루비듐은 7.8kg, 산화세슘은 1.8kg 수준에 불과하다.

더욱이 전통적인 리튬 제련 방식은 800~1,000도에 달하는 고온 황산염 로스팅(배소) 공정을 거치는데, 이 과정에서 루비듐과 세슘 대부분이 불용성 알루미노규산염 슬래그(찌꺼기) 속에 갇혀 그대로 폐기되어 왔다.

세슘의 주요 공급원인 폴루사이트(오염석) 광산이 국내에 없어 캐나다, 호주, 짐바브웨 등 해외 수입에 의존해 오던 중국 입장에서는 뼈아픈 자원 낭비였다.
연구진은 20여 년간 축적한 추출 기술을 토대로 밀폐형 ‘차동 역류(Differential Countercurrent) 연속 타워 추출 시스템’을 독자 설계해 이를 돌파했다.

공기 중에 용매가 노출되는 기존 수평형 추출 수조(탱크) 70여 개를 수직형 17개 연속 추출탑(추출·세정·탈거·탈유 등 4개 섹션)으로 압축 통합했다.

이 혁신 설비는 단일 타워당 분리 효율을 기존 대비 최대 15배로 끌어올렸으며, 화학 추출제 소모량을 40% 절감하고 공장 부지 면적을 50% 이상 줄이는 친환경 공정 혁신을 일궈냈다.

순도 99.9% 탄산염 상용 판매… 연간 500톤 규모 생산

공정공학연구소 왕융(Wang Yong) 수석 연구팀은 "화학적 성질이 매우 유사하고 원석 내 함량이 극히 낮은 루비듐과 세슘을 액체 간 정밀 접촉과 계면 이동 제어를 통해 분리해 냈다"고 밝혔다.

현장 운용 데이터에 따르면, 세슘의 종합 회수율은 98% 이상, 루비듐 회수율은 95% 이상에 달한다.

시범 라인에서 생산되는 탄산세슘과 탄산루비듐 제품의 순도는 모두 99.9% 이상을 기록해 즉각적인 상업 판매 배치로 시장에 출하되고 있다.

현재 해당 시설은 연간 2만 5,000톤의 리튬 침출액을 처리해 연간 총 500톤 규모의 고순도 루비듐 및 세슘 탄산염을 양산 중이다.

"루비듐이 차세대 희토류 된다"… 中, 원천기술·매장량 독점 가속

이번 기술 상용화는 중국이 글로벌 전략 광물 시장에서 자원 패권을 한층 더 단단하게 틀어쥐는 결정적 계기가 될 전망이다.

중국은 이미 세계 최대 수준인 약 116만 톤의 산화루비듐과 14만 톤의 산화세슘 매장량을 보유하고 있으며, 2025년 말 기준 연간 3,000톤 규모의 루비듐염 생산 라인 5곳을 가동하는 등 압도적인 가공 역량을 확보하고 있다.

여기에 중국 중광자원(Sinomine Resource Group)이 해외 핵심 폴루사이트 광산을 통제하고 있는 상태에서, 본토 내 리튬 부산물 정제 기술까지 완성해 완벽한 '자원-정제-완제품' 폐쇄 루프(Closed loop) 생태계를 구축했다.

광물 학계와 산업계에서는 루비듐과 세슘이 향후 페로브스카이트 차세대 태양전지, 전고체 배터리의 이온 전도체, 원자시계 및 양자컴퓨터의 초정밀 큐비트 제어 핵심 원료로 채택 범위가 폭발적으로 넓어지면서 ‘차세대 희토류’의 위상을 갖게 될 것으로 보고 있다.

중국 연구진의 리튬 폐기물 기반 루비듐·세슘 연속 추출 기술 상용화는, 향후 ‘단순히 채굴량을 늘리는 1차원적 자원 확보를 넘어 확립된 리튬 배터리 가치사슬 내부에서 고부가가치 전략 광물을 2차 수확하는 고도화된 자원 집약화(Resource Intensification) 모델의 정립’인 동시에 ‘양자·우주·차세대 에너지 패권의 핵심 소재 공급망을 중국이 원천부터 장악해 나가는 또 하나의 강력한 지경학적 지렛대’로 작용할 전망이다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com