13Al유해성[편집]
GHS 보건재해 표지
WHO IARC 지정 발암물
알루미늄
Aluminum(미) / Aluminium(영)
https://namu.wiki/w/%EC%95%8C%EB%A3%A8%EB%AF%B8%EB%8A%84
원소기호 Al, 원자번호 13번. 격자 구조는 면심입방결정, 공간군은 Fm3m.
은백색으로 가벼운 금속이다. 지각 구성 원소 가운데 철보다도 많기 때문에 금속 원소 중에서는 가장 흔한 원소이며[1], 규소와 함께 많은 광물의 골격을 이루고 있다. 알루미늄 자체는 금속 중에서도 상당히 무른 편이며, 재료공학에서 알루미늄의 가장 큰 가치는 가벼움이고, 소비자 가전 등의 분야에서는 가벼움만큼 외관도 높게 평가된다.
이름은 백반(白礬)을 뜻하는 라틴어 alumen에서 유래하였다. Aluminium은 영국식, Aluminum은 미국식 표기로 특이하게 두 이름이 모두 통용된다. 험프리 데이비가 맨 처음 작명할 땐 Aluminum이었으나 후에 -ium(원소를 뜻하는 라틴어미)로 통일[2]되었기 때문에 벌어진 일이라고 한다.
한국에서는 과거 일본어식 번역의 잔재로 '알미늄'으로 표기되는 일이 많다.[3] 대표적으로 법정 표기에 해당하는 분리배출표시에도 알미늄으로 알루미늄을 표기한다.
분명 알루미늄 원소는 철보다 흔하고 주변에 흔해빠진 장석, 백운모, 점토 광물[4] 등에 많이 들어있으나, 알루미늄을 광석에서 분리하는 비용이 비싸서 가격은 철보다 몇 배나 더 비싸다. 즉, 훨씬 희귀한 구리와 가격이 비슷할 정도다.[5] 보통 알루미늄은 수산화알루미늄이 풍부하게 들어있는 보크사이트라는 암석[6]에서 산화된 알루미늄을 제련해서 만드는데, 이때 산화된 알루미늄은 녹이기도 어렵다.(빙정 섭씨 2050도 이상의 고온이 필요하다.) 불에 녹이는 정도로는 산소가 떨어지지 않고, 산화서열이 높아 알루미늄을 환원시킬 만한 물질도 거의 없거나 있어도 알루미늄보다 비싸기 때문에[7] 원석에서 순수한 알루미늄을 얻기가 쉽지 않았다.
했다. 같은 해, 7월 9일에 특허를 내고 엄청난 투자를 받아낸 홀은 1888년에 알코아(Alcoa)라는 알루미늄 제조 업체를 세웠는데 130여년이 지난 지금까지도 이 업체는 미국 1위를 굳세게 지켜내고 있고 세계 5위 알루미늄 제조 회사다.
그런데 홀(Halcomb사 기술 고문)이 기뻐하며 세계로 알릴 때, 유럽에서 똑같은 방법으로 이미 성공한 사람이 있다는 걸 뒤늦게 알게 된다. 게다가 에루는 홀보다 먼저 1월에 이걸 발견하여 주변에 알렸고 당연히 프랑스에서도 난리가 나서 이걸 공개한 다음이었다.미국은 홀이 주장한 대로 형에게 보낸 우편에 쓰인 날짜를 증거로 더 빠르다고 그에게 특허를 내줬지만 프랑스에서 반발하여 유럽 각지에서 소송을 제기했다. 하지만, 결국 법적 분쟁을 중재한 끝에 서로가 발견했으며 서로 베낀 것도 어떠한 정보도 없이 서로가 독자적으로 성공시킨 걸 인정받아 홀은 미국에서 특허를 인정받고, 에루는 유럽에서 특허를 인정받았다. 헌데, 이번에는 그러면 아프리카, 아시아나 중남미, 오세아니아에서 특허권은? 논쟁이 벌어졌다. 당연히 홀과 에루 측이 으르렁거렸으나 결국 이것도 중재받아 중남미는 홀이, 나머지는 에루가 특허권을 가지기로 합의한다.[11]
알루미늄은 녹이 슬지 않는다는 통념을 가진 사람이 많으나, 이는 정확하지 않은 것이다. 알루미늄 자체는 산과 염기 모두에 쉽게 반응하며 철보다 산화가 쉽게 일어난다.[13] 그러나 철의 산화물인 산화철[14]이 검붉은 분말로 들고 일어나는 것과 달리 산화알루미늄은 표면에 안정된 피막을 만들어 속의 알루미늄을 뒤덮기 때문에 더 이상 산화가 진전되지 않도록 할 수 있다. 스테인리스 스틸이 표면에 크롬의 산화막을 형성해서 녹이 슬지 않는 것과 같은 원리이다.
알루미늄으로 탈산한 강은 Al-Killed 라고 부른다. 2차정련중 진공탈가스 공정에서도 강한 반응열로 냉각되는 용강의 온도를 다시 높이고 산소 용해량을 조절하기 위해 알루미늄을 투입하기도 한다. 그러나 용강에 남아있는 용존 알루미늄은 외부 공기와 접촉하면 급격히 산화하여 알루미나를 형성하며, 이는 슬래그에 흡착되지 않을 경우 고체상태로 용강 속을 떠돌다가 주조 노즐을 막아버리거나 그대로 주괴 속에 남아 강괴의 품질을 해치는 비금속 개재물이 되기도 한다.
녹는점이 낮기 때문에 가정에서도 발생시킬 수 있는 화력으로도 가공이 쉽다. 알루미늄 캔을 모아서 아마추어 제작자들이나 취미로 알루미늄 캐스팅으로 제작하거나 개미 생태를 연구하기 위해 가열해서 액체로 만든 알루미늄을 개미집에 부어 개미집 모형을 만들기도 한다. 반대로 녹는점이 너무 낮아서 원형톱으로 절단하는 경우, 일반적인 날로는 마찰열에 녹은 알루미늄이 날에 달라붙게되어 절단면의 품질을 떨어트리는 경우가 발생하기도 한다. 이런 경우를 대비해 알루미늄용으로 발매하는 톱날도 존재한다.
인체의 건강.
알루미늄은 체내에 거의 흡수되지 않고 배출되며, 그나마 흡수된 양도 신장(콩팥)에서 대부분 걸러져 소변으로 배출된다. 그 결과, 다른 중금속에 비하면 상대적으로 인체에 미치는 영향은 적은 편이다. 그래서 섭취 허용량도 많고[25] 수많은 음식물과 약품들에 첨가제로 사용된다. 알루미늄이 든 백반은 밀가루의 반죽을 쫄깃하게 하기에 국수 등 면류에 들어가고 반죽을 부풀리는 베이킹 파우더 등 식품첨가물로 널리 쓰이고 등산용 코펠 이나 양은 냄비 같은 식기에도 널리 쓰이고 있다. 위산과다를 완화시키는 제산제에도 황산알루미늄 등 알루미늄염이 쓰이기도 한다.[26]
알루미늄의 유해성이 문제가 되는 경우는 다음과 같다.
건강한 일반인이 아니라 신장이 망가져서 투석을 받는 환자의 경우. 투석 기계는 콩팥과는 달리 혈액 속의 알루미늄을 잘 걸러내질 못하기 때문에, 체내에 알루미늄이 점점 축적되게 된다. 알루미늄이 신경세포(뉴런)에 축적될 경우 다른 중금속들처럼 독으로 작용하여 신경의 기능을 손상시킬 가능성이 있다.
직업적으로 알루미늄 제조 공정에 종사하는 경우. 알루미늄의 생산 과정에서는 특히 많은 양의 알루미늄에 노출될 수 있다. 세계보건기구는 2012년 알루미늄 공정(Aluminum production)을 1군 발암물질로 지정했다.[27] 알루미늄이 아니라 알루미늄 공정이 발암물질임에 유의할 것.
알루미늄 조리기구는 표면 코팅이 있는 종류(테플론 코팅된 알루미늄 후라이팬, 양은냄비 등)와 코팅이 없는 종류(모카포트, 길리케틀, 순수 알루미늄 팬, 알루미늄 호일 등)가 있다. 일반 가정의 한식에서는 순수 알루미늄 팬을 쓰는 일이 없지만[30], 일본이나 이탈리아에서는 자주 볼 수 있다. 일식당에서 옆면에 함마톤 엠보싱이 들어간 나무손잡이 냄비가 보이면 십중팔구 순수 알루미늄 팬이다. 이탈리아에서는 파스타를 소스와 섞을 때 코팅 없는 알루미늄 팬을 쓰면 유화(emulsion)가 잘 일어나 맛이 좋기 때문에 식당이나 애호가의 주방에서 사용된다.
또한 음료수 팩으로 사용되는 종이팩인 테트라팩도 알루미늄 코팅이 들어가 있는데, 팩에 빨대를 꽂아 넣을 시 입구 부분에서 알루미늄이 음료수 속으로 떨어질 수 있다.
한때 오리할콘이 알루미늄일 것이라는 설이 제시된 바 있다.
(오리할콘https://namu.wiki/w/%EC%98%A4%EB%A6%AC%ED%95%A0%EC%BD%98)
알루미늄의 원석 보크사이트(Bauxite)는 한반도에서는 북한에 주로 매장되어 있다.
알루미늄 기반의 세라믹으로 AlON (Aluminium oxynitride) 이라는 투명한 물질이 존재한다. # 화학적으로는 질화알루미늄(AlN)과 산화알루미늄(Al2O3)이 약 3:7의 비율로 섞여 있다. 가격은 인조 사파이어(Al2O3)에 맞먹지만 사파이어 강도의 85% 수준이며 매우 가벼워서 방탄유리나 고온방화벽 등에 쓰이고 있다. 심지어 자동차용 휠에 쓰여서 휠 스포크가 전혀 안보이는 투명한 휠을 구현하기도 했다. 실제로 보면 살짝 뿌연 느낌의 유리벽이다.
1973년 루마니아 채석장에서 3억 년 전에 만들어진 것으로 추정되는 알루미늄 금속 물체가 발견되어 전 세계에 이목을 끌었다
리튬 자원의 부족 문제를 해소하기 위하여, 알루미늄 이온 전지가 연구개발되고 있다. 알루미늄은 리튬보다 무겁지만 이온 반경은 오히려 더 작고, 한 번에 전자를 3개씩 옮길 수 있어 완전히 구현될 경우 리튬 이온 전지보다 높은 에너지 밀도를 구현 가능하다고 한다.
스테인레스
오리할콘 과 연관한 미래적 위치
지각의 원소 함유량 순서는 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti.
] 지각의 원소 함유량 순서는 O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti. 산규알철칼나칼마티혹은 오시알페카나크마티 로 외운다 카더라.
[2] 사실 i없이 -um인 원소들은 꽤 된다. 몰리브데넘(molybdenum), 탄탈럼(Tantalum), 란타넘(Lanthanum), 플래티넘(Platinum).
[3] アルミニウム이라고 표기한 것을 한국어로 옮기면 알루미늄인지 알미늄인지 아루미늄인지 아르미늄인지 분분해진다.
[4] 고령석(kaolinite), 일라이트(illite), 스멕타이트(smectite), 특히 그중에서도 고령석이 주로 알루미늄을 많이 갖고 있다.
[5] 이건 티타늄도 마찬가지다.
[6] 깁사이트(gibbsite), 뵈마이트(boehmite), 다이아스포어(diaspore) 광물이 많이 들어있는 암석이며, 이들은 모두 수산화알루미늄 광물의 일종이다.
[7] 알루미늄보다 산화 서열이 높은 물질은 일명 '칼카나마'로 불리는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 뿐이다.
[8] 게다가 은은 매우 강력한 소독 효과를 가지고 있지만 알루미늄은 그렇지 않다.
[9] 일단 알루미늄과 빙정석을 섞어서 가열한다. 그러면 빙정석이 먼저 녹아 알루미늄을 녹이는데, 이렇게 만들어진 알루미늄 용액에 전기를 흘린다. 철의 제련은 철광석과 석회석, 코크스를 섞어서 가열만 해주면 알아서 되는 걸 생각해보자. 이런 과정을 거쳐서 만들어지는 게 알루미늄이기 때문에 제련 비용이 높다.
[10] 참고로 중앙아시아의 타지키스탄은 알루미늄 원석은 전혀 안 나지만 소련 시절 세워진 크고 아름다운 알루미늄 공장이 있는데, 이 때문에 알루미늄 생산량에서는 세계 20위권에 들어간다. 문제는 타지키스탄이 세계 최빈국 중 하나라는 것. 이 공장이 타지키스탄 전력 생산의 40% 이상을 잡아먹기 때문에 타지키스탄은 전기를 수입해서 쓰고 있다.
[11] 놀랍게도 이들은 서로 모르는 사이었지만 기묘하게도 똑같은 점이 여럿 있었다. 둘 다 같은 해(1863년)에 태어났고 같은 해인 1886년에 같은 방법의 제련법을 발견했고 같은 해(1914년)에 죽었다. 하지만 둘은 일생 동안 한 번도 만난 적이 없었다고 한다.
[12] 이건 21세기에도 유효하다. 기본적으로 대한민국이 전기 에너지를 싸게 얻을 수 있는 환경이 아니다.
[13] 고등학교 화학에서 외우는 이온화 경향 순서가 칼카나마알아철니 인 것을 기억한다면 이해하기 쉽다. 칼륨(포타슘), 칼슘, 나트륨(소듐), 마그네슘 다음이 알루미늄, 그 다음이 아연, 철, 니켈 순이다.
[14] 정확히는 삼산화이철. 검은 녹으로 알려진 사산화삼철의 경우, 오히려 표면에 안정된 피막을 형성한다.
[15] iPhone 6 Plus의 휨 이슈 문제로 새 알루미늄 합금을 썼는데 거기에 문제가 있었던 것이다.
[16] 압출기술의 미비로 강철인 KTX-1보다 객차 무게가 량당 2톤 늘어 경량화는 달성하지 못했다.
[17] 다원시스에서 제작한 3차분 한정. 1/2차분의 경우에는 스테인레스다. 참, 2호선과 7호선 둘다 해당되는 사항이다.
[18] 물론 이론적으로는 리튬, 베릴륨, 나트륨, 마그네슘이 알루미늄보다 무게당 전도성이 더 높지만, 반응성이 크므로 전선으로 쓰기에는 무리가 있다.
[19] 장갑차도 장갑차 나름이고, K-21 등 상당한 방호력을 요하는 IFV는 알루미늄을 쓰지 않는다.
[20] 상부 구조물이 완전히 불타 무너져내리는 꼴을 당한 것은 유명하다.
[21] 자동차의 제동은 회전체를 회전체의 수직방항으로 누를 때 나오는 마찰의 원리인데, 이때 엄청난 마찰열이 발생한다.
[22] 1톤 트럭의 경우에는 전륜만 알루미늄 휠을 사제로 달고다니는 경우가 있으며 후륜은 스틸휠이다.
[23] 알루미늄 호일 등에 익숙해져 안정성이 높다고 착각하는 사람들이 상당하지만 그건 얇은 막에 코팅을 입힌거라 논외다.
[24] 초기에 이 폭발물이 어뢰(torpedo)의 탄두 재료로 쓰여서 붙은 이름이다.
[25] 한국의 경우, 식품안전기준은 아예 알루미늄의 허용량을 따로 규정하지도 않는다.
[26] 겔포스M 20g 한 포에 인산알루미늄이 2.5g 들어있다. 한 번 섭취에 무려 알루미늄 500mg 이상을 먹는 것이다.
[27] Agents classified by the IARC Monographs, Volumes 1–124
[28] 2000년대 들어 유럽연합(EU)등 선진국들은 특정 식품 내 알루미늄 함량 조사 등을 토대로 알루미늄 관련 법규 및 기준을 제·개정하는 등 안전 관리를 강화한 바 있다.
[29] 이에 대해 한국식품연구원에서 내놓은 연구결과가 있다.
[30] 그러나 식당에서는 가열이 빨라 알루미늄 팬이 자주 쓰인다.
[31] 규소성분이 추가되면 주조과정에서 정밀한 부분까지 구현 가능하다. 예시로 BMW와 Audi는 자사의 엔진블럭 제조공정에서 Si성분이 추가된 알루미늄-규소합금을 사용한다.
[32] iPhone 6의 알루미늄은 A6061로 내식성이 좋아 가장 보편적으로 쓰이지만 밴드게이트에서 드러났듯 강도가 약하다. iPhone 6s에 쓰인 알루미늄은 A7075로 속칭 '두랄루민'이라 불리는 알루미늄 합금인데, A6061보다는 확실히 강하지만 부식에 취약하다는 치명적인 단점이 있다. 그래서 A7075 사용시에는 클린룸 등 온습도가 부식이 일어나지 않는 수준내에서 관리되는 곳이 아닌 이상 부식 방지를 위한 별도의 처리를 거쳐야 한다. 특히나 스마트폰이라면 무의식 중에 더운 곳, 물기 많은 곳에 노출되기 쉬운데 긁힘으로 아노다이징 피막이 벗겨지면 부식에 무방비로 노출되어 버린다.
[33] 대당판매단가.
[34] 사실 MacBook만 알루미늄로 만드는 것은 아니다. Apple III는 냉각펜 없이 본체가 방열판 역할을 하도록 설계했고 케이스는 비싼 알루미늄 합금 주조로 만들었다. 물론 그럼에도 열을 제대로 잡지 않아서 망했다.
[35] 가사 중 "빛나는 크리스탈이 되지 못한 나의 차가운 알루미늄만이" 라는 구절이 있는데, 이를 인용하여 반을 추모할 때 "차가운 알루미늄이 빛나는 크리스탈이 되었기를" 이라는 표현을 쓰기도 한다
아노다이징 :양극 산화
분류 화학 반응기술
영어 : Anodizing[미국식] / Anodising[영국식]
일본어 : アルマイト(← Alumite)
한국어 : 양극산화, 직류 유산법, 아노다이징
https://namu.wiki/w/%EC%96%91%EA%B7%B9%EC%82%B0%ED%99%94?from=%EC%96%91%EA%B7%B9%20%EC%82%B0%ED%99%94
아노다이징은 양극(anode)에 산화(oxidizing)을 합성한 단어이다. 일본에선 알루마이트라고 하는데 직교류를 이용한 수산법으로 행해져서 그렇게 부른다. 국내에선 양극산화, 아노다이징, 직류 유산법 다 쓰인다.
실생활에서 아노다이징 알루미늄을 가장 쉽게 보는 것은 스마트폰 같은 휴대용 전자기기일 것이다.
모스경도 9짜리 강옥 맞다. 사파이어 글라스로 코팅한다고 생각하면 편하다.
[4] 다만 경질양극산화의 경우 갈색으로 색상이 고정된다.
[5] 꽤나 이질적인 산화법인데, 고전압 전류를 흘려서 아크를 발생시키는 특성이 있다.
http://m.fossilworld.co.kr/product/%EB%B6%89%EC%9D%80%EC%83%89%EC%9D%98-%EC%95%8C%EB%A3%A8%EB%AF%B8%EB%8A%84%EC%9B%90%EC%84%9D-%EB%B3%B4%ED%81%AC%EC%82%AC%EC%9D%B4%ED%8A%B8ore-of-aluminum-bauxite-170125-1/14140/
보크사이트는 알루미늄의 만드는데 사용되는 원석으로 인도네시아는 세계에 6위의 매장량을 보유한 국가로 19억9000톤 규모의 보크사이트 매장량을 보유하고 있다. 또한 인도네시아는 기니와 호주에 이어 세번째로 큰 보크사이트 공급 국가다.
테르밋
https://namu.wiki/w/%ED%85%8C%EB%A5%B4%EB%B0%8B