탄산 리튬(Li₂CO₃)은 리튬을 함유한 무기 화합물로, 화학식은 Li₂CO₃이다. 백색의 결정성 고체이며 물에 약하게 용해된다(20 °C에서 약 1.3 g/L). 상온에서 안정하지만 고온(> 723 °C)에서 분해하여 이산화탄소와 산화리튬(Li₂O)을 생성한다.
화학적·물리적 특성
- 분자량: 73.89 g·mol⁻¹
- 결정구조: 삼방정계(레오디트 형태)
- 밀도: 2.11 g·cm⁻³ (20 °C)
- 용해도: 물에 약하게 용해되며, 산성 용액에서는 쉽게 용해된다.
- pH: 수용액은 약알칼리성(pH ≈ 11)이다.
생산 공정
- 광물 원료: 스포듀민(spodumene, LiAlSi₂O₆)이나 페탈라이트(petalaite)와 같은 리튬 함유 광물을 고온(> 1100 °C)에서 황산(H₂SO₄) 등으로 침출하여 리튬 함유 용액을 만든다.
- 중화·침전: 얻어진 용액에 탄산나트륨(Na₂CO₃) 등을 첨가하면 탄산 리튬이 침전된다.
- 정제: 침전물을 여과·세척한 후 고온에서 건조하고, 필요에 따라 재결정 과정을 거쳐 고순도 제품을 얻는다.
- 염수 추출: 남미·호주 등지의 염수(리튬 함유 염수)에서도 직접 탄산 리튬을 추출하는 공정이 상업적으로 운영되고 있다.
주요 용도
- 제약: 양극성 장애(조증·우울증) 치료제인 리튬 제제의 전구체로 사용된다. 의료용으로는 혈중 농도 0.6–1.2 mEq/L를 유지하기 위해 조제·복용량을 조절한다.
- 배터리 산업: 리튬 이온 2차전지의 양극재(NMC, NCA 등)와 전해질 제조에 필요한 고순도 탄산 리튬의 핵심 원료이다. 전기차·에너지 저장시스템 수요 증가에 따라 생산량이 급증하고 있다.
- 유리·세라믹: 특수 유리·세라믹의 조정재로 이용되며, 내열·내화학성을 향상시킨다.
- 기타: 촉매 전구체, 화학 합성 시 리튬 원소 공급원 등으로 활용된다.
안전성 및 환경 영향
- 독성: 고농도 용액은 알칼리성으로 피부·점막에 자극을 일으킬 수 있다. 흡입하거나 섭취할 경우 급성 독성이 나타날 수 있다.
- 환경: 물에 용해된 형태로 배출될 경우 수계의 알칼리성을 상승시킬 우려가 있으므로, 폐기물은 국가·지역의 화학물질 관리 기준에 따라 처리한다.
- 규제: REACH(유럽), TSCA(미국) 등 주요 국가·지역의 화학물질 등록·평가 제도에 따라 제조·수입·사용이 규제된다. 제약용으로는 각국 식품의약품안전처·FDA 등 의약품 허가 절차를 거친다.
관련 화합물
- 탄산 나트륨(Na₂CO₃), 탄산 칼륨(K₂CO₃) 등 다른 알칼리 금속 탄산염과 유사한 물리·화학적 특성을 가진다.
- 리튬 수산화물(LiOH), 리튬 플루오린화물(LiF) 등도 리튬 화합물 산업에서 상호 전환·가공이 가능하다.
본 항목은 현재까지 확인된 과학·산업 자료에 기반하여 객관적으로 기술하였다.