황산코발트

황산코발트 액상(좌), 황산코발트 고상(우)

황산코발트(Cobalt(II) sulfate)는 화학식이 CoSO₄(H₂O)x인 무기화합물이다. 붉은색 주상결정이며 일반적으로 6수화물과 7수화물의 형태로 존재한다. 7수화물은 적반이라 불리며 물과 메탄올에 녹는다. 황산코발트는 코발트 원광을 가공한 것으로 니켈·망간과 혼합해 리튬 2차전지의 양극(음극·양극)물질을 만드는 기초 소재다.

제조

황산코발트 7수화물은 코발트 또는 산화코발트를 묽은 황산에 녹인 용액에서 석출된다. 7수화물은 실온, 70% 이상의 습도 조건에서 안정하다.

Co + H₂SO₄ + 7H₂O → CoSO₄ 7H₂O + H₂

CoO + H₂SO₄ + 6H₂O → CoSO₄ 7H₂O

7수화물이 분해되면 6수화물로 전환된다. 6수화물을 100°C 및 250 °C로 가열하면 1수화물 및 무수물로 전환된다.

CoSO₄7H₂O → CoSO₄ 6H₂O + H₂O

CoSO₄6H₂O → CoSO₄ H₂O + 5H₂O

CoSO₄H₂O → CoSO₄ + H₂O

용도

황산코발트는 광석에서 코발트를 추출하는 중요한 중간체이다. 황산코발트는 코발트염의 원료, 축전지, 도금, 페인트, 잉크건조제, 도자기안료, 사료첨가제 등에 사용된다. 상업적으로 황산코발트 7수화물이 주로 판매되고 있다.

황산코발트는 2차전지 제조 단계 중 가장 앞단에 있는 재료다. 황산코발트에 소성(열로 서로 다른 물질을 섞는 작업)이라는 공정을 더하면 전구체가 되고 이를 다시 소성하면 양극재가 된다.

배터리 재활용

2021년 7월 SK이노베이션 폐배터리 재활용(Battery Metal Recycle, BMR) 사업 발표

전기차 배터리는 통상 5~10년 사용 후 폐기된다. 국립환경과학원은 폐배터리를 산화코발트, 리튬, 망간, 니켈 등을 1% 이상 함유한 유독 물질로 분류하고 있다. 초기 전기차 시장이 2011년 형성되여 2020년부터 폐배터리 시장이 주목받고 있다. 에너지경제연구원에 따르면 오는 2029년 한국 기준 전기차 폐배터리는 8만개가 배출될 것으로 추정된다.

폐배터리를 재활용하는 방식은 두 가지다. 회수한 폐배터리를 고쳐 에너지저장장치(ESS) 배터리로 전용하는 재사용(Reuse)과 폐배터리를 분해해 원재료인 니켈, 코발트, 망간 등을 추출하는 재활용(recycling)이다. 재사용 방식이 접근이 쉽지만, 원료 추출을 통한 재활용 방식이 제조업체에게는 효과적이고 사업성이 있다.

폐배터리에 포함된 니켈, 코발트, 망간 등은 배터리 제작의 핵심광물이며 대부분 수입에 의존한다. 전기차 배터리 공급 수요가 늘면서 가격이 오르고 있기에 폐배터리 재활용을 통해 원재료를 확보하면 배터리 원가 절감 효과를 볼 수 있다.

황산코발트 한국 유일의 생산업체 코스모화학은 폐배터리에서 원자재를 회수하여 양극재 제조에 재활용하는 황산코발트-전구체-양극재-폐배터리 기술개발을 완료하고 전구체 사업 최종 의사결정이 2021년 내에 이루어질 것이라고 발표했다.

건강 이슈

IRAC에서는 코발트와 코발트 화합물이 인체에 발암유발 물질로 작용할 가능성이 있다고 규정하고 있다. 황산 코발트가 거품안정제로 첨가된 다량의 맥주를 마신 사람에게서 심근증이 발견되었다. 황산 코발트와 접촉하면 눈 또는 피부의 자극을 유발 한다.

참고자료

• 〈황산 코발트〉, 《네이버 지식백과》
• "Cobalt(II) sulfate", Wikipedia

같이 보기

• 코발트
• 산화코발트
• 수산화코발트
• 리튬 코발트 산화물

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