Reporting Date: October. 25, 2024
중금속 및 희소 금속에 대해 다루고자 한다.
목차
01 중금속 (Heavy Metal)
일반적으로 비소(As), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 수은(Hg) 등과 같은 무거운 금속을 말하며,
이들은 경금속인 철(Fe)이나 마그네슘(Mg)에 비해 상대적으로 밀도가 높다.
중금속은 체내에서 쉽게 배출되지 않으며,
이로 인해 축적되고 독성을 유발할 수 있다.
경금속 (Light Metal)
중금속에 비해 인체에 더 적합하고 안전한 경우가 많다.
일반적으로 밀도가 5 g/cm³ 미만으로 낮으며, 부식에 강한 특성을 지니고 있다.
인체에 유익한 금속을 무기질이라고 하며,
아연, 철, 구리 등은 필수적인 미네랄로, 여러 생리적 과정에서 중요한 역할을 한다.
1. 수은 (Hg, Mercury)
유일하게 상온에서 액체 상태로 존재하는 금속이다.
또한, 기체 상태로 쉽게 변할 수 있는 휘발성을 가진다.
미나마타병
水俣病 (みなまたびょう)
이 병은 1956년 일본의 미나마타 지역에서 처음 보고되었으며,
주로 수은에 오염된 물고기나 해산물을 섭취한 사람들에게 발생했다.
미나마타병은 중추신경계에 심각한 영향을 미쳤다.
특히 이 질병은 생태계의 생물 농축 현상으로 인해,
먹이사슬의 최상위에 있는 인간에게 더 큰 피해를 미쳤다.
수은 사용의 감소
초기 산업화 과정에서 특히 전자 산업에서 자주 사용되었으나,
독성과 환경 피해에 대한 인식이 확산되면서 사용은 점차 줄어들고 있다.
2. 카드뮴 (Cd, Cadmium)
과거에 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리에 주로 사용되었다.
그러나 카드뮴의 독성으로 인해 현재는 사용이 제한되고 있다.
이타이이타이병 (痛い痛い病)
카드뮴 중독으로 인해 발생하는 질병으로,
뼈에 빈 공간이 생기고, 움직일 때마다 극심한 통증을 유발한다.
카드뮴은 주로 식수를 통해 인체에 유입되며,
1912년에 일본 도야마(富山) 현의 진쓰 강 유역에서 처음으로 보고되었다.
3. 납 (Pb, Lead)
납은 밀도가 11.36 g/cm³으로 매우 무겁고
가격이 저렴하여 다양한 산업에서 사용되었다.
특히 자동차 휠 벨런스 및 스포츠 용품 등에 활용되었다.
과거 휘발유와 페인트에는 납 성분이 포함되었으며, 전기회로의 땜납에도 사용되었다.
클레어 패터슨 (Clair Patterson)
납이 환경과 인체에 미치는 해로움을 연구하여,
납 중독이 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
이를 통해 납 사용에 대한 규제의 필요성을 강조하게 되었으며,
결과적으로 납 중독 예방을 위한 정책적 변화가 일어났다.
호흡기 위험
납이 증발하여 호흡기로 들어오면 심각한 건강 문제를 유발할 수 있다.
특히 신경계에 미치는 영향이 크며, 어린이에게는 발달 지연을 초래할 수 있다.
뼈의 취약성
납이 체내에 축적되면 뼈를 취약하게 만들어 골절 위험을 증가시킨다.
대체물질
납이 포함된 휘발유는 환경과 건강에 악영향을 미치는 것으로
판단되어 사용이 금지되었으며, 현재는 무연 휘발유가 사용되고 있다.
안전 조치
납을 사용하는 산업에서는 반드시 환기를 해야 하며,
산업용 마스크를 착용하여 노출을 최소화해야 한다.
02 희소금속 (Rare Metal)
지구의 지각에서 비교적 낮은 비율(0.8%)로 존재하는 금속들로,
추출 및 정제 과정이 복잡하고 비용이 많이 드는 경우가 많다.
이들 금속은 전자기기, 항공우주, 첨단 기술 제품 등에서
중요한 역할을 하며, 따라서 국제적으로 수요가 높다.
희소금속을 국제적으로 거래할 경우 국가의 승인을 받아야 하며,
이는 환경 보호와 자원 관리의 측면에서 중요하다.
1. 희소 금속의 정의
경제 및 산업에서 사용되는 "희소 금속"은 국가나 연구자에 따라 다를 수 있다.
이는 각 나라의 산업 구조, 자원 상황, 기술 발전 정도에 따라
희소 금속의 정의가 달라지기 때문이다.
예를 들어, 한국은 35개의 희소 금속을 지정하여 관리하고 있으며,
일본은 그보다 더 많은 47개의 희소 금속을 지정한 것으로 알려져 있다.
2. 지각 내 존재량이 적은 금속
인듐 (In), 이리듐 (Ir), 로듐 (Rh)
이들은 상대적으로 희귀하며, 경제적으로 중요한 자원으로 취급된다.
이들은 전자 산업, 자동차 촉매, 고온 고압 환경에서의
내구성이 필요한 분야 등에서 사용된다.
3. 존재량은 많지만 추출이 어려운 금속
바나듐 (V), 백금 (Pt), 티타늄 (Ti)
(1) 바나듐은 0.0230%로 존재하며, 주요 사용처는 강철 합금.
(2) 백금은 풍부한 광산이 있지만,
광석에서의 추출이 복잡하고 비용이 많이 든다.
(3) 티타늄은 지각에서 9번째로 풍부하게 존재하지만,
이를 추출하는 과정이 복잡하고 에너지 소모가 크다.
4. 주요 희소 금속과 그 용도
(1) 리튬 (Li)은 2차전지,
특히 전기차 배터리와 같은 분야에서 매우 중요하다.
(2) 백금 (Pt), 로듐 (Rh)은 배기가스 정화장치에서 중요한 역할을 한다.
특히 자동차의 촉매 변환기에 사용된다.
(3) 네오디뮴 (Nd), 디스프로슘 (Dy)은 고성능 자석을 만드는 데 사용된다.
이는 전기 모터, 발전기, 하이브리드 차량 등에서 중요한 역할을 한다.
(4) 인듐 (In)은 투명전극, LED 디스플레이, 터치스크린 등에 사용된다.
(5) 우라늄 (U), 플루토늄 (Pu), 토륨 (Th)은 원자력 발전의 연료로 사용된다.
5. 희토류 금속
(Rare Earth Metal)
스칸듐 (Sc), 이트륨 (Y), 그리고 란탄족 (57 ~ 71)의 17개 금속을 포함한다.
이 금속들은 전자, 통신, 재료 과학 등 다양한 분야에서 사용된다.
란탄족 금속은 네오디뮴 (Nd)와 디스프로슘 (Dy) 외에도,
프라세오디뮴 (Pr), 세륨 (Ce), 터븀 (Tb) 등 다양한 원소들이 포함된다.
이들은 전기적, 자성적 특성이 뛰어나며,
강력한 자석, 배터리, 전자 기기에 널리 사용된다.
자연에서 쉽게 발견되지 않으며, 주로 특정 광물에서 추출해야 한다.
추출 과정이 복잡하여 기술적 장벽이 존재한다.
6. 중국의 영향력
현재 희토류 금속의 상당량이 중국에서 생산되며,
중국의 희토류 자원 점유율은 세계에서 가장 높다.
이로 인해 다른 국가들은 중국의 수출 제한 조치에 영향을 받을 수 있다.
희소금속 공급망
희소금속과 희토류 금속의 공급망은 국제적인 정치와 경제의 영향을 받는다.
특히, 무역 갈등이나 지정학적 긴장 상황에서 이러한 금속의 수출 제한이 논의되곤 한다.
대체 기술 개발
전 세계적으로 희소금속에 대한 의존도를 줄이기 위한
대체 물질 및 기술 개발이 진행되고 있다.
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