리튬은 가볍고 높은 에너지 밀도를 지녀 다양한 산업에서 활용도가 증가하고 있지만, 동시에 강한 반응성과 인화성을 가진 위험 물질입니다. 본 글에서는 리튬 위험성, 특성 및 산업 내 위험 요소, 그리고 안전한 취급을 위한 수칙을 심층적으로 분석합니다.
1. 리튬의 물리화학적 특성과 위험성
1.1. 리튬의 기본 물성
- 주기율표 1족에 속하는 알칼리 금속
- 은백색의 부드러운 고체 상태
- 밀도: 약 0.534g/cm³로 가장 가벼운 금속
- 융점: 180.5°C, 끓는점: 약 1342°C
- 공기 중 산소 및 수분과 반응하여 산화피막 형성
- 물과 반응 시 수소 발생 및 발열 반응 유도
1.2. 반응성 및 위험성
1) 리튬과 물의 반응
2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑
ΔH ≈ -211 kJ/mol
2) 발생한 수소의 연소 반응
2H₂ + O₂ → 2H₂O
ΔH = -572 kJ/mol
총 발열량 (대략):
ΔH_total ≈ -783 kJ/mol
리튬은 물과 접촉 시 격렬한 반응을 일으켜 수소 기체를 발생시키며, 이 수소가 점화되면 화재로 이어질 수 있습니다. 특히 분말 상태의 리튬은 공기 중 수분과 빠르게 반응하여 자발적으로 발화할 가능성이 높습니다. 산화제나 산과 접촉할 경우 반응 속도가 급격히 증가하며, 이는 폭발 위험을 초래합니다.
1.3. 리튬 화재 및 폭발 사례
대표적인 사례로는 에너지저장장치(ESS)에서 발생한 리튬 배터리 화재가 있습니다. 내부 단락이나 외부 충격에 의해 발생하는 열폭주(thermal runaway)는 고온의 화재로 이어지며 진압이 어렵습니다. 또한 산업현장에서 리튬 분말이 누출되어 공기와 접촉 후 자연발화한 사고도 보고된 바 있습니다.
2. 리튬의 주요 용도 및 산업 적용
2.1. 이차전지(배터리) 산업
리튬은 전기화학적 성질이 우수하여 리튬이온 배터리의 핵심 소재로 사용됩니다. 스마트폰, 노트북, 전기자동차(EV) 등에 필수적으로 탑재되며, 에너지 밀도가 높고 수명이 길어 차세대 전력 저장장치로 각광받고 있습니다. 특히 고출력, 고에너지 효율을 요구하는 산업 분야에서 그 수요가 급증하고 있습니다.
2.2. 합금 및 촉매 산업
리튬은 알루미늄 및 마그네슘과 합금되어 경량 고강도 소재로 활용되며, 항공우주 산업에서도 그 비중이 높습니다. 또한 유기합성 반응의 촉매 또는 반응제 역할로 사용되며, 리튬 알킬이나 리튬 아미드는 고반응성 유기시약의 대표적인 예입니다.
2.3. 리튬 사용 증가에 따른 안전관리 필요성
리튬의 사용이 확대됨에 따라 관련 산업재해도 증가하고 있으며, 특히 저장 및 폐기 과정에서의 안전 관리가 중요합니다. 높은 반응성과 인화성을 고려할 때, 사전위험성평가와 적절한 교육 및 설비가 병행되어야 하며, 법적 규제 기준도 강화되는 추세입니다.
3. 리튬 취급 시 핵심 안전수칙
3.1. 저장 및 보관 시 주의사항
리튬은 공기와 수분에 노출되면 산화 및 발화 위험이 있으므로, 밀폐용기에 비활성 분위기(N₂ 또는 Ar) 하에 보관해야 합니다. 또한 가연물, 산화제, 수분과는 반드시 분리 보관하며, 지정된 위험물 보관소에 위치해야 합니다. 저장 장소에는 누출 감지 시스템 및 소화 장비를 갖추는 것이 필수입니다.
3.2. 취급 작업 시 보호구 착용
리튬을 취급할 때는 방진 마스크, 고글, 내화학 장갑, 내화복 등의 보호구를 착용해야 하며, 특히 분말 상태의 리튬은 호흡기 흡입을 차단할 수 있도록 국소배기장치와 함께 작업해야 합니다. 작업 전에는 SDS(물질안전보건자료)를 숙지하고, 작업자 교육이 선행되어야 합니다.
3.3. 누출 및 화재 시 대응 절차
리튬이 누출되었을 경우 수분과의 접촉을 차단하고, 건조 상태에서 비불활성 물질(건조 모래 등)로 덮어 격리합니다. 화재 발생 시에는 일반 소화기 사용은 금지</b되며, Class D 금속 화재용 소화제(건식 분말 소화기)를 사용해야 합니다. 물 또는 CO₂ 소화기는 리튬과 반응하여 상황을 악화시킬 수 있으므로 주의가 필요합니다.
결론
리튬은 친환경 에너지 산업의 핵심 원소로 부상하고 있지만, 그 반응성과 인화성은 산업안전 측면에서 상당한 위험요소로 작용합니다. 따라서 물리화학적 특성을 정확히 이해하고, 저장·취급·폐기 전 과정에서 철저한 안전수칙을 준수하는 것이 필수적입니다. 특히 작업자 교육과 사전위험성평가, 적절한 설비와 보호장비의 구비는 리튬 관련 사고를 예방하는 핵심 전략입니다. 향후 리튬 사용이 더욱 확대될 것을 고려할 때, 리튬 위험성에 대한 체계적인 안전관리와 규제 강화가 병행되어야 합니다.