마그네슘[magnesium]

은백색의 금속. 원소기호 Mg, 원자번호 12, 원자량 24.31. 알루미늄과 비교하면 밀도는 1.74g/cm3으로 약 1/3이고, 경금속 중에서는 가장 가볍고 강도도 높다.

이 때문에 항공기용재료로서 주목을 받아왔다. 그러나 내식성에 문제가 있으므로 아직 실용화되고 있지 않다.

마그네슘의 결정구조는 치밀육방정으로 알루미늄과 구리에 비해 가공성은 나쁘고 단단하다. 녹는점은 651℃이다.

마그네슘에 대한 내식성의 양부(良否)는 불순물에 따라 특히 철, 구리니켈 등은 해(害)가 크다. 전해법으로 제조한 지금(地金)은 순도 99.85%로 해수나 식염수 속에 담가두면 단시간에 붕괴되는데, 증류환원법으로 만들어진 합금은 거의 부식을 일으키지 않고 그 내식성은 내식성알루미늄합금에 필적한다. 그 때문에 자기디스크의 구동부품, 자동차부품, 스포츠용품 등에 용도가 확대되고 있다.

마그네슘을 발견한 것은 영국의 화학자 H. 데이비로 1808년의 일이다. 1829년에 A. A. A. 뷔시는 염화마그네슘을 칼륨의 증기로 환원하여 마그네슘을 얻었다. 1863년에는 프랑스의 도우비르와 칼론이 금속나트륨으로 염화마그네슘을 환원하여 다량의 마그네슘을 얻고, 수소기류 속에서 증류하여 순수한 마그네슘의 덩어리를 제조하였다. 한편 1852년에는 분젠이 무수염화마그네슘을 용융염전해하고 금속마그네슘을 제조하였다. 일본에 수입된 것은 1905년에 사진용 플래시에 사용되었다.

 

마그네슘의 원광석은 주로 돌로마이트(탄산마그네슘과 탄산칼슘의 혼합물)와 마그네사이트(탄산마그네슘)이다. 이들은 대기 중에서 구우면 분해하고 산화물로 된다. 그 밖에 독일에서 산출하는 카널라이트나 해수에서 식염을 정출분리시킨 후의 모액(고즙)을 정제한 염화마그네슘도 원료가 된다. 마그네슘의 전해정련에는 원료로서 염화마그네슘을 이용하고 염화칼슘과 염화나트륨의 혼합용융염욕을 사용한다. 전해온도는 700～800℃이다.

캐소드에 석출한 마그네슘은 밀도가 작기 때문에 전해욕 상에 부상(浮上)하므로 공기 중의 산소로 산화되거나, 애노드에서 발생하는 염소가스와 반응하여 염화마그네슘으로 돌아오는 것을 막기 위해 애노드와 캐소드는 격벽으로 분리되고 있다. 애노드에는 흑연을 사용하지만, 원료의 염화마그네슘은 결정수를 포함하므로 전기분해에 의해 염소가스와 염화수소가스를 발생하므로 전극의 소모가 심하다. 마그네슘 1kg당의 전력소비량은 8～10kW․h이다.

 

마그네슘을 열환원법으로 제조하는 방법, 피존법에서는 바닷물에서 얻은 산화마그네슘이나 소성돌로마이트를 규소철로 환원한다. 미리 탈탄산한 바닷물에 석회유를 첨가하여 수산화마그네슘을 얻는다. 좋게 세정한 로터리킬른으로 소성하여 산화마그네슘을 제조한다. 이것을 산화칼슘 밑 규소철로 혼합하고 감압하의 레토르토로 환원증류하여 마금네슘지금을 얻는다(경금속제련).

마그네슘은 내식성이나 가공성에 문제가 있으므로, 이들을 개선하기 위해 다양한 합금이 개발되고 있다. 알루미늄을 3～4% 첨가한 합금은 강도는 증가하나 내식성이 나쁘므로 여기에 아연을 소량 첨가한다. 아연을 2～6%, 지르코늄을 소량 첨가한 합금은 고내력, 고인성의 주물이나 압출용으로 열처리에 사용되고, 인장강도 325 MPa, 내력 210MPa, 신장 10% 이상이 얻어진다.

희토류금속의 셀륨을 첨가하고 다시 지르코늄이나 아연, 망간을 첨가한 합금은 고온강도가 높아지고, 또 내식성도 다른 마그네슘합금보다 좋아진다.

 

셀륨 대신에 토륨을 첨가하고 다시 결정립 미세화 때문에 지르코늄을 첨가하면 고온크리프성이 개선되어 350℃의 사용에 견딜 수 있다. 그러나 토륨은 방사성이므로 이트륨에 치환되고 있다.