알루미늄의 탄생 역사와 대량생산 방법

알루미늄의 탄생 역사와 대량생산 방법

알루미늄의 탄생 역사와 대량생산 방법알루미늄의 탄생 역사와 대량생산 방법

옷이란 것은 추위를 막기 위해서 혹은 신체 일부를 가리기 위해서 입습니다. 이러한 목적으로 사용하면 옷이 다양할 필요가 없습니다. 하지만 사람들은 옷을 조금 더 예쁘고, 화려하고, 멋지게 만들며 변화시켜가고 있습니다. 옷의 발전도 이렇게 진행되고 있습니다. 공학도 이와 마찬가지입니다. 처음에는 기능적인 측면을 향상하는 쪽이었다면 궁극적으로는 기능성과 심미성(예술적인 면) 등이 가미될 때 공학이 더 멋지게 완성된다고 생각합니다. 이러한 관점에서 보면, 금속을 가공하는 방법으로 기계적 성질 만을 지금까지 이야기하였는데 이제는 다른 측면의 금속을 가공하는 방법을 살펴보도록 하겠습니다. 알루미늄은 주변 곳곳에 많이 있고 쉽게 찾을 수 있습니다. 예를 들면, 깡통 등이 있습니다. 하지만, 처음에 알루미늄이 나올 때는 금보다도 더 비싼 금속이었습니다. 그 이유가 무엇인지 앞에서 배웠던 관점에서 살펴보겠습니다.

알루미늄의 특징

알루미늄은 보통 보크사이트(Bauxite) 광물에 존재하는데 이 광물에서 알루미늄을 추출해내려면 보크사이트(Bauxite)를 녹여야 합니다. 이 보크사이트(Bauxite)를 녹이려면 3000도 정도 됩니다. 반면에 철은 적철석(Hematite) 형태로 존재하는데 이 적철석의 경우는 주철(Cast Iron)을 뽑아낼 수 있는 1130도 정도에서 녹습니다. 이것이 철이 보편적으로 사용될 수 있었던 이유 중의 하나입니다. 다른 이유로 자연계에 많이 존재하는 것도 있습니다. 그런데 알루미늄은 철보다 자연계에 더 많이 존재합니다. 규소, 알루미늄, 철은 지구상에 다량 보유되어 있는 3대 원소입니다. 하지만 알루미늄은 3000도라는 고온에서 녹여야 하기 때문에 알루미늄이 보편적으로 사용되기는 쉽지 않았습니다.

알루미늄의 역사

이제 알루미늄의 역사를 살펴보겠습니다. 알루미늄이라는 금속이 있다는 것은 옛날부터 사람들이 알고 있었습니다. 심지어는 로마시대에도 알루미늄이라는 금속이 존재한다는 것을 사람들이 알았습니다. 명반(Alum)이라는 음식 할 때도 쓰이는 결정 안에도 알루미늄이 들어있습니다. 영국의 화학자인 Humphry Davy라는 사람이 알루미늄과 철 2개의 합금을 1800년도 초반에 만들어낼 수 있었습니다. 순수한 알루미늄을 못 만들었을 뿐, 합금으로는 만들 수 있었습니다. 이후 1825년부터 시작하여 20년 간의 노력의 결과로 Denmark의 화학자인 Hans C. Oersted가 동그란 공 모양의 알루미늄을 만들기 시작하였습니다. 알루미늄을 만들 수 있기 시작했을 때, 생산량은 적었지만 사람들의 수요량이 매우 많았습니다. 그 이유는 알루미늄이 은처럼 빛나고 오히려 은보 다도 광택이 더 좋고 가벼웠기 때문입니다. 그래서 사람들은 알루미늄을 금이나 은보 다도 귀한 금속으로 여기기 시작하였습니다. 값 비싸다는 것은 전체 매장량보다는 실제로 우리가 얼마나 얻을 수 있는가도 굉장히 중요합니다. 즉, 희귀하면 가격이 올라갑니다. 기록에 따르면, Oersted에 의해서 처음 알루미늄이 정제된 이후 36년간 생산량은 겨우 200톤이었다고 합니다. 이는 굉장히 적은 양이었습니다. 그래서 알루미늄은 굉장히 비싼 금속으로 인식되어 있었습니다. 나폴레옹 3세의 일화를 보면, 그는 일반적인 파티에서는 금으로 된 식기로 대접하였다고 합니다. 그런데 정말 귀한 손님이 오면 알루미늄으로 된 식기로 대접하였다고 합니다. 알루미늄은 그만큼 굉장히 귀한 금속이었고 사람들이 갖고 싶어 하는 금속이었습니다. 그렇다면 알루미늄이 금보다 비싼 이유가 무엇이었을지 살펴보겠습니다. 많은 분들이 고등학교 때 배웠을 것입니다. 알칼리 금속 계열은 반응성이 굉장히 좋아서 물에 넣으면 격렬하게 반응하여 폭발한다는 내용도 있었습니다. 알루미늄도 반응성이 굉장히 좋은 금속에 들어갑니다. 탄소보다도 반응성이 좋은 금속이며, 철하고 비교해 봤을 때도 알루미늄은 훨씬 반응성이 좋습니다. 다른 것과 굉장히 반응을 잘한다면 떼어놓기 힘들 것입니다. 저를 매일 쫓아다니는 강아지가 있습니다. 출근하려고 할 때도 따라오는데 떼어놓기가 굉장히 힘듭니다. 이와 같이 반응성이 좋은 금속은 금속 그 자체를 얻는 것이 굉장히 힘듭니다. 산소와의 반응성과 연결하여 살펴보면, 위쪽의 금속들은 반응성이 매우 좋기 때문에 보통 전기화학적인 방법으로 정제를 하게 됩니다. 이런 경우에는 가격이 비싸집니다. 철 같은 경우는 철광석과 코크스(탄소를 함유한 물질)를 집어넣고 이산화탄소와 반응을 시켜 쉽게 얻습니다. 이렇게 얻게 되면 가격이 싸지게 됩니다. 알루미늄은 아주 오랜 세월 동안 가격이 비싼 금속이었습니다. 우연인지 필연인지 모르겠지만, 미국의 Hall이라는 사람과 프랑스의 Heroult라는 사람이 동시에 알루미늄을 쉽게 얻을 수 있는 방법을 개발했습니다. 제목을 ‘Aluminum became ubiquitous’라고 하였는데 이는 어디서나 쓰일 수 있는 것을 의미합니다. 예를 들면, 포일이 있습니다. 음식을 싸거나 할 때 쉽게 사용하고 버립니다. 결국 알루미늄은 값싼 재료가 되었습니다. 알루미늄이 이렇게 값싼 재료가 되는데 큰 공헌은 한 사람은 Hall과 Heroult입니다. 이 사람들은 화학자이면서도 재료 공학자라고 할 수 있습니다.

알루미늄 대량 생산 방법

어떤 방법을 사용하여 알루미늄을 대량생산을 하였는지 살펴보겠습니다. 보크사이트(Bauxite)를 그 자체로 녹이는 것은 굉장히 어렵습니다. 3000도 이상 올리는 것은 수지에도 안 맞습니다. 그들은 보크사이트(Bauxite)를 녹여야만 알루미늄을 얻을 수 있다고 생각하지 않았습니다. 보크사이트(Bauxite)를 녹일 수 있는 물질을 찾으면 되지 않을까 생각하였습니다. 그들은 우연히도 보크사이트(Bauxite)를 1000도 근처에서 녹일 수 있는 빙정석을 발견하였습니다. 보크사이트(Bauxite)가 다 녹게 되면 알루미늄만 남게 되었고, 그 결과 알루미늄의 대량생산이 가능해졌습니다. 기록에 따르면, 1890년에 하루 알루미늄 생산량이 240kg 정도였다고 합니다. 36년간 200톤이 생산된 것에 비하면 엄청난 발전입니다. 이 대량생산 방법이 개발되면서 알루미늄이라는 귀한 금속을 조형물을 만드는데도 사용할 수 있게 되었습니다. 이를 자랑하기 위해서 영국에서는 Piccadily Circus라는 곳 앞에 Angel of Christian Charity라는 주제의 알루미늄 조각상이 있습니다. 시기를 보시면 1892년에 만들어졌습니다. 1890년대부터 알루미늄 대량생산이 가능해졌고 이 비싼 금속으로 조각상도 만들 수 있다는 것을 자랑하기 위해 영국에서는 이 조각상을 만들었습니다. 오늘날 쉽게 알루미늄 캔을 쓰고 포일을 쓰지만, 이러한 모든 것 뒤에는 기존에 있는 금속과 금속을 가공하는 기술에 만족하지 않고 더 나아가려 했던 재료 공학자들과 화학자들의 열정이 있었습니다.