알루미늄의 제조

알루미늄은 금속 중 가장 다양한 용도에 활용될 수 있고, 가볍고, 어떤 합금의 경우 구조용 강보다 강한 강도를 갖게 할 수도 있다. 전기 및 열전도도가 우수하고, 열 및 빛에 대한 반사성이 높다. 어떤 사용조건 하에서도 내식성이 높고, 독성이 없다. 주조가 가능하고, 어떠한 형태로도 가공이 가능하다. 

 

알루미늄의 제조

알루미늄은 언제나 Fe, Si, O와 같은 다른 원소와 결합한 상태로 존재한다. 주로 hydrated 알루미늄산화물인 bauxite가 알루미늄 생산에 사용되는 주 광물이다. 순수한 알루미늄 산화물은 Bayer법에 의해 bauxite로 부터 추출한다. Bayer법은 미세하게 하소(calcination)에 의해 bauxite를 수산화나트륨으로 처리하여 광석 중에 알루미늄을 알루미늄산나트륨으로 반응시킨다.

주로 산화철과 규석으로 된 불용성 물질을 분리한 다음 알루미늄산용액을 상온으로 서냉시켜 다음 반응에 의해 수산화알루미늄으로 침전시킨다.

그런 다음 수산화알루미늄을 모아서 1100도의 고온에서 하소를 통해 산화알루미늄(Al2O3)을 만든다. 

산화알루미늄을 용융빙정석(cryolite, Na3AlF6)에 용융시킨 상태에서 Hall법에 의해 전해조에서 전해하면, 용융알루미늄이 탄소음극 lining위에 액체상태로 침전된다. 비중이 높기 때문에 전해액 바닥에 가라앉게 된다. 전해가 진행되는 동안 양극에서는 산소가 방출되어 탄소와 화합하여 CO 및 CO2를 형성한다. 용융된 알루미늄은 주기적으로 전해로에서 꺼내고 용융상태에서 여분의 산화물 및 가스를 제거처리한다. 전해로에서 꺼낸 알루미늄은 불순물로서 철과 규소가 함유되며 보통 99.5-99.9%의 순도를 가지게 된다. 

 

1차 가공

재용해 및 주조: 알루미늄 가공의 첫단계는 재용해작업이다. 

스캘핑 (Scalping): 판상의 주괴의 경우 열간압연 roller와 접촉될 표면을 깎아낸다. 

예열 및 균질화: 대부분의 압연용 합금 주괴는 원자가 확산되어 균질화 되도록 10-24시간 예열한다. 

열간압연: 예열된 주괴는 열간압연 온도로 재가열하고 열간압연기로 압연한다. 

냉간압연: 중간 어닐링한 후 금속을 냉간압연기에 의해 최종치수로 냉간압연한다. 이와 같이 냉간압연에서는 중간 어닐링이 필요하다. 표면산화를 최소화시킬 필요가 있을 때는 불활성 분위기에서 진행한다.

 

참고문헌

[1] Smith, Structure and properties of engineering alloys, 2nd edition