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◈ 흐름의 특징

◈ 금속특징

물성

갈륨은 자연상태에서 원소 자체로는 존재하지 않고 화합물로만 존재한다. 지각에서의 존재 비는 약 17ppm(0.0017%)이며, 여러 황화물 광물들에 소량 들어 있다. 갈륨의 함량이 높은 광물은 갈라이트(gallite, CuGaS2)와 저마나이트(germanite, Zn, Cu, Ge, As 황화물의 복합 광석)이나, 이들 광물들은 희귀하여 갈륨 생산에 이용되지는 않는다. 섬아연석(sphalerite, ZnS), 보크사이트, 또는 석탄에 낮은 농도로 들어 있는데, 갈륨은 주로 알루미늄 생산의 부산물로 얻어지며, 석탄을 태울 때 얻어지는 그을음에서 회수되기도 한다.

관련산업 및 용도

갈륨은 고온온도계의 충진 물질, 온도 표준 물질, 녹는점이 낮은 합금의 재료 등으로 사용된다. 또한 반도체의 도판트(dopant: 반도체 제작에서 반도체 물질에 가하는 소량의 불순물)나 중성미자(neutrino)의 검출 장치에도 사용된다. 그러나 지금은 거의 대부분이 반도체 산업에서 사용되는데, 생산된 Ga의 95%이상이 비소화 갈륨(갈륨 비소, GaAs)을 만드는 데 사용된다. GaAs는 홑 원소 반도체인 저마늄(Ge)과 등전자 관계에 있으며, 많이 사용되는 규소(Si)에 비해 여러 장점을 갖고 있는 화합물 반도체 물질이다. GaAs을 비롯한 Ga과 15족 원소와의 여러 이성분 화합물(예로, GaN, GaP)이나 이들의 혼합 결정(예로, GaAS1-xPx)은 전기를 빛으로 변환시키는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)와 이를 역으로 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 전환시키는 광전지에 많이 사용된다. 또한 트랜지스터로 제작되어 마이크로파 소자와 고속 논리 회로에도 사용된다.

<갈륨의 주요용도>



산업	사용제품	특징
전기 및 전자기기	LED TV, 모니터, 모바일노트북, PC	LED 광원 사용 및 전자제품의 트랜지스터로 주로 사용된다.
수송장비	자동차(전기차), 전동 자전거	자동차분야에서 LED 광원으로 사용되며, 전기차 및 하이브리드의 컨버터 등에 주로 사용된다.
전력	태양광발전	GaAs, CIGS 등의 태양전지에 주로 사용된다.

수요전망

주로 GaAs, GaN, GaP 등의 화합물로 태양전지 혹은 LED용으로 사용되어 왔지만, 앞으로는 GaN계열의 고전압, 고속용 트랜지스터에 적용될 전망이다. 미래의 전자기기에는 소형화, 고성능화가 필수이며, 이는 실리콘 기반의 트랜지스터에 비해 Electronic breakdown field에 강하며, 6배 빠른 속도를 보여준다. 또한 저 전압 구동이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

천연자원 동향

(매장 및 생산량) 전세계 매장량: 약 1,000,000 톤

<주요 국가별 매장 및 생산량>

(단위 : 톤)



국가	매장량	생산량
국가	매장량	‘03	‘04	‘05	‘06	`07	`08	`09	`10	`11	`12	`13
중국	1,000,000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
독일		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
카자흐스탄		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
러시아		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
세계 총계	1,000,000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

* 자료: USGS, Mineral Commodity Summaries

미국지질조사국(USGS)에서는 Ga의 정확한 전세계 매장량은 파악되지 않고 있지만, 알루미늄 보크사이트 광의 양으로 환산했을 때 약 100만톤이 매장되어 있을것이라 추정하였다. 갈륨은 전세계 생산량 또한 정확히 파악되지 않고 있지만, 2009년 기준의 총 생산시설 용량은 184톤이고, 중국(59 톤), 독일(35 톤), 카자흐스탄(25 톤), 러시아(19 톤) 등이 큰 생산 용량을 가지고 있다.

국내 수출입량

갈륨은 괴, 분, 웨이스트(HS code : 8112923000)와 기타 갈륨(HS code : 8112993000)으로 수출입 통계가 나누어지며, 괴, 분, 웨이스트의 수입양이 증가하고 있으나, 14년도 기준으로 기타 갈륨의 수입양은 감소하는 것으로 나타났다. 수출에서는 괴, 분, 웨이스트의 수출량이 감소하고, 기타 갈륨의 수출량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 국내의 재자원화 기술의 발전으로 기초소재의 수입량 증가와 반도체 산업의 시대적 흐름에 따라 소자 및 제품으로의 수출은 증가하는 것으로 판단된다.

<국내 갈륨의 수출입 현황>

(단위: Kg)



구분	품명	HS코드	`11	`12	`13	`14	`15
수입	갈륨 괴, 분, 웨이스트	8112923000	869	5,201	5,122	14,397	33,156
수입	기타 갈륨	8112993000	7,493	7,899	8,044	12,591	6,358
합계			8,362	13,100	13,166	26,988	39,514
수출	갈륨 괴, 분, 웨이스트	8112923000	19,528	8,825	14,395	17,624	8,021
수출	기타 갈륨	8112993000	2,487	29	385	1,208	2,106
합계			22,015	8,854	14,780	18,832	10,127

* 자료 : 한국무역통계

(평균가격) 갈륨의 가격은 ’11년도에 최고점을 기록하였지만, ’12년도부터는 꾸준히 하락세에 있으며, ’15년 기준으로 259USD/Kg 이다.

<갈륨의 연간 평균가격 >



연도	평균가격(USD/Kg)
`10	600
`11	688
`12	529
`13	502
`14	295
`15	363

* 자료: USGS

재생자원 동향

국외의 경우 갈륨의 가장 많은 비중을 차지하는 GaAs에서 고순도 갈륨을 회수하는 업체가 대표적이다. 하지만 국내에서는 LED의 원료가 되는 TMGa를 사용 후 잔량을 회수, 정제하여 재사용하고 있으며, 반도체용 Target(CIGS, IGZO, CuGa 등)을 사용 후 회수 하여 산화 갈륨으로 재사용 하거나, 다시 target 제조에 투입된다. 또한 일부 업체에서는 CuGa 폐target을 수입하여 갈륨을 회수하고, 고순도화 하여 evaporation source 등으로 투입하는 연구가 진행중에 있다.

◈ 물질흐름 분석

1차 흐름(원료→1차가공→중간제품→최종제품) 특징

2009년도에 전량 수입에 의존하던 LED용 precursor는 현재 국내 생산이 이루어지며 50 %의 점유율을 유지하고 있다. 또한 precursor의 기초 소재인 GaCl3 또한 국내 생산이 가능해졌다. 전반적으로 2009년도와 물질흐름의 큰 차이는 없지만 산업동향이 크게 달라졌다. LED 및 태양전지에 주로 사용하던 양이 유지되고 있으며 그 외에 전력 소자 반도체의 연구가 진행되면서 수요량이 증가하는 추세이다. 하지만 반도체 소자의 기반이 돼는 GaAs 및 GaN 기판은 약 30톤 수입에 의존하고 있다.

2차 흐름(사용축적→수집→재자원화→폐기) 특징

전량 폐기하던 갈륨 자원을 현재는 전량 재자원화 하고 있다. LED 공정에서도 precursor인 TMGa를 사용 후 전량 회수하여 약 3.1톤을 재자원화 하고 있으며, 반도체 공정용 target 또한 전량 회수하여 Ga2O3 및 target 재생산에 투입되고 있으며, 그 양은 약 1.5 톤이다. 그 외에 공정에서는 스크랩 발생이 거의 없으며, Ga계 반도체 소자의 경우 내구성이 반영구적이고, 최종 제품에 함유량이 ppm 단위로 미량이기 때문에 최종제품단계에서의 재자원화는 전무하다.