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주기율표 13족에 속하는 금속원소. 알루미늄이라는
이름은 백반(白礬)에서 유래한다. 즉, 백반 속에 금속원소의
산화물이 존재한다는 것은 이미 1754년 독일의 A.S.마르크그라프에
의해 확인되었으나, 영국의 H.데이비는 이것에서 금속을
얻을 수 있다고 하여, 그 금속을 백반의 라틴어인 almen을
따서 알뮴(almium)이라 명명하였다. 그 후 금속원소로
확인되어 알루미늄이라고 부르게 되었다. 1827년 독일의
F.뵐러가 처음 금속으로 분리하였다. 알루미늄의 공업화는
55년 전기분해에 의해 금속을 얻는 방법을 발견한 프랑스의
H.E.생트 클레르 드빌에 의해서 시작되었으며, 66년에
프랑스의 P.L.T.에루 및 미국의 C.M.홀에 의해서 독립적으로
대량생산이 가능한 전기분해 제조법(에루-홀법)이 발명됨으로써
오늘날의 경합금시대의 기초가 마련되었다.
1 ) 존재: 지구상에 다량으로 널리 존재하는데,
각종 금속의 알루미노규산염으로서 암석·토양의
주성분이 되어 있다. 광석으로는 장석(長石)·운모·빙정석(氷晶石)·반토(礬土)·도토(陶土)
등이 있으며, 이들이 풍화한 점토(粘土) 외에, 산화물로는
홍옥(루비)·청옥(사파이어)·강옥(鋼玉:코런덤)
등 보석도 많다. 현재 알루미늄의 원료로는 수반토(水礬土)
등을 주성분으로 하는 보크사이트를 사용하며 이것으로
알루미나를 만들고, 이것을 융제(融劑) 속에서 전기분해하여
알루미늄을 만드는 방법이 흔히 행해진다. 존재량은
산소·규소에 이어 제3위이며, 금속원소로는
제1위이다.
2 ) 성질: 은백색의 부드러운 금속으로 전성(展性)·연성(延性)이
풍부하여, 박(箔)이나 철사로 만들 수 있다. 시중에서
판매되는 알루미늄은 98.0∼99.85 %의 순도이며, 주요
불순물은 규소와 철이다. 성질은 순도에 따라 다른데,
전기의 양도체로, 비저항은 구리의 약 1.6배이다. 또,
비중으로 보아 전형적인 경금속이다. 공기 중에 방치하면
산화물의 박막(薄膜)을 생성하여 광택을 잃지만, 내부까지
침식되지는 않는다. (부동태:스스로 산화피막을 형성하여
부식을 막는다.) 공기 중에서 녹는점 가까이 가열하면
흰 빛을 내며 연소하여 산화알루미늄이 된다. 이 때
높은 온도가 되므로, 분말을 써서 금속의 야금(冶金)이나
용접을 한다. 질소·황·탄소 등과 직접
화합하여 질소화물·황화물·탄화물이
되며, 할로겐과도 작용하여 염화물·브롬화물
등을 만든다. 산에 녹아 염을 만들지만, 진한 질산에는
잘 침식되지 않는다. 알칼리에 녹아 수소를 발생하여
알루민산염이 된다.
3 ) 제조법: 공업적 제조법으로는 대부분 에루-홀법이
사용되고 있는데, 알루미나를 주원료로 하여, 이것을
융해한 빙정석 속에서 만든다. 알루미나는 바이어법으로
만들며, 빙정석은 천연의 것 또는 수산화알루미늄을
플루오르화수소산에 녹여서 수산화나트륨으로 중화시켜서
만든 것을 사용한다. 전해로(電解爐)는 강철제의 운두가
얕은 직사각형 내화벽돌과 두꺼운 탄소로 안붙임(lining)되어
있고, 이것이 음극(陰極)으로 되어 있다. 노의 상부에는
소성전극(燒成電極)이나 제데르베르크식 전극을 사용한다.
소성전극은 피치-코크스를 주제로 하고, 점결제(粘結劑)로서
피치-타르 등을 가해서 소성한 것이며, 단면이 작기
때문에 다극식(多極式) 양극이 되지만, 제데르베르크식은
1~2개의 전극으로 큰 용량의 조업이 용이하기 때문에
현재는 대부분 이 방식을 채용하고 있다. 이 방식의
전류용량은 1만∼6만 A이며, 최근에는 10만 A나 되고,
노의 효율이나 열손실 등을 고려하여 대형로가 되는
경향이 있다. 알루미나가 전기분해되면 음극에는 알루미늄,
양극에는 산소가 생기는데, 산소는 양극의 탄소와 반응하여
이산화탄소 및 일산화탄소를 발생시킨다. 전기분해
온도는 약 970 ℃, 전압은 4.5∼6.5 V이다. 알루미나가
7 % 정도일 때가 효율이 좋으며, 감소하면 이른바 양극효과
때문에 좋지 못하므로 휘젓는다. 원료인 알루미나는
하루에 몇 번 첨가해 주고, 노바닥에 괸 알루미늄은
종종 사이펀 등으로 떠낸다. 이 때의 제품의 순도는
99.7∼99.9 %이다. 전류효율은 80∼90 %이고, t당 소비전력은
1만 8000 kWh이다. 이보다 더 정밀하게 할 때는 3층식
알루미늄정제법을 사용한다. 이것은 1922년 후프스가
공업화한 방법인데, 전기로의 하층에 조(粗)알루미늄합금(약
30 %의 구리가 함유되어 있다)을 녹이고, 중층에 전해욕(電解浴),
상층에 정제된 알루미늄이 뜨는 전기분해법이며, 순도
99.92∼99.999 %의 것을 얻을 수 있다.
4 ) 용도: 전성(展性)·연성(延性)이 풍부하고
비중이 작으며, 열·전기의 전도성이 크고 대기
중에서의 내식성이 강하기 때문에, 판재·박재(箔材)·봉재·선재·관재·형재(型材)
등 모든 형태로 가공되어 이용된다. 가벼운 점을 이용하여
항공기·자동차·선박·철도에 사용되고,
전기의 양도체인 점을 이용하여 송전선 등에 사용된다.
또, 식품공업·식기류 등에서의 알루미늄 이용은
내식성(耐蝕性)과 인체에 해가 없는 점 때문이다. 이
밖에 페인트, 알루미늄박에 의한 포장이나 건축재료
및 원자로재 등 현재까지 극히 많은 용도가 알려져
있다.
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