알루미늄공업

요약 광석에서 알루미늄을 분리하여 제조하는 공업.

알루미늄은 전성(展性)·(延性)이 풍부하고 비중이 작다. 열·전기의 전도성이 크고 대기 중에서의 내식성이 강하기 때문에, 판재·박재(箔材)·봉재·선재·관재·형재(型材) 등 모든 형태로 가공이 가능하다. 가벼운 점을 이용하여 항공기·자동차·선박·철도에 사용되고, 전기의 양도체인 점을 이용하여 송전선 등에 사용된다. 또 식품공업·식기류 등에서 알루미늄을 이용하는 것은 내식성(耐蝕性)과 인체에 해가 없는 점 때문이다. 이 밖에 페인트, 알루미늄박(箔)에 의한 포장이나 건축재료 및 원자로재 등 현재까지 극히 많은 용도가 알려져 있다. 이렇게 많은 용도를 가지고 있기 때문에 알루미늄공업의 중요성은 크다고 할 수 있으며, 오늘날 경금속공업에서 대표적인 위치를 차지하고 있다.

알루미늄의 공업화는 1855년 에 의하여 금속을 얻는 방법을 발견한 프랑스의 H. E. 생트 클레르 드빌에 의해서 시작되었다. 1866년에 프랑스의 P. L. T. 에루와 미국의 C. M. 홀이 독립적으로 대량생산이 가능한 전기분해 제조법인 에루-홀법을 발명하였다. 에루-홀법은 알루미늄의 공업적 제조법 중에서 가장 일반적으로 사용되고 있는데, 알루미나를 주원료로 하여, 이것을 융해한 속에서 만든다. 알루미나는 보크사이트를 원료로 하는 바이어법으로 만든다. 빙정석은 천연의 것을 그대로 사용하거나 을 플루오린화수소산에 녹여서 수산화나트륨으로 중화시켜서 만든 것을 사용한다. 전해로(電解爐)는 강철제의 운두가 얕은 직사각형 내화벽돌과 두꺼운 탄소로 되어 있고, 이것이 음극으로 되어 있다.

노의 상부에는 소성전극(燒成電極)이나 제데르베르크식 전극을 사용한다. 소성전극은 피치-코크스를 주제로, 점결제(粘結劑)로서 피치-타르 등을 가해서 소성한 것이다. 소성전극은 단면이 작아 다극식 양극이 되지만, 제데르베르크식은 1∼2개의 전극으로도 용량이 큰 조업을 하기가 쉬우므로 오늘날은 대부분 이 방식을 채택하고 있다. 제데르베르크식의 전류용량은 1만∼6만 Å이며, 근래에는 10만 Å에 이른다. 노의 효율이나 열손실 등을 고려하여 대형로가 되는 경향이 있다.

알루미나가 전기분해되면 양극에는 산소, 음극에는 알루미늄이 발생하는데, 산소는 양극의 탄소와 반응하여 이산화탄소와 일산화탄소를 발생시킨다. 전기분해 온도는 약 970℃, 전압은 4.5∼6.5V이다. 알루미나가 7％ 정도일 때가 효율이 좋으며, 감소하면 이른바 양극효과 때문에 좋지 못하므로 휘젓는다. 알루미나 원료를 하루에 몇 번 첨가해 주고, 노의 바닥에 고인 알루미늄은 종종 사이펀 등에 의하여 떠낸다. 이때 알루미늄의 순도는 99.7∼99.9％이고, 전류효율은 80∼90％, t당 소비전력은 1만 8000kWh이다. 이보다 더 순도가 높은 알루미늄을 얻고자 할 때에는 1922년 후프스가 공업화한 3층식 알루미늄정제법을 사용한다. 전기로의 아래층에 약 30％의 구리가 들어 있는 알루미늄합금을 녹이고, 중간층에 전해욕(電解浴)을 넣으면, 위층에 알루미늄이 정제되어 뜨는 전기분해법이다. 순도 99.92∼99.999％의 알루미늄을 얻을 수 있다.