아연[zinc] Zn, 원자번호 30

금속원소 아연

아연[zinc] 

청백색의 금속원소. 원소기호 Zn, 원자번호 30, 원자량 65.39, 밀도 7.13g/cm3(25℃)로 결정구조는 조밀육방정이다. 주요 원료는 섬아연석. 
아연은 이온화하기 쉬운 금속이므로 철이나 구리에 도금하거나 접촉시키면 이들 금속을 부식으로부터 보호하는 작용을 가지고 있다. 흔히 알고 있는 함석판은 강판에 아연을 도금한 것이다.

또한 아연은 강관이나 철선 등에도 도금이 된다. 또 선체(船體)나 보일러, 땅 속의 철제구조물 등의 방식용으로도 쓰인다. 이 화학적 작용을 이용하여 아연판은 건전지에도 쓰이고 있다.

아연은 푸른빛을 띤 백색의 금속이지만, 건조한 공기 속에서는 얇은 산화막이 생겨서 광택을 잃는다. 그러나 이것이 보호피막이 되므로 산화는 진행되지 않는다. 한편 습기와 탄산가스가 있으면 염기성탄산아연을 만들고 부식한다. 산에는 약하고 얇은 산에도 녹아 수소를 발생한다. 알칼리에도 서서히 녹는다.

 

아연합금의 방식에는 알칼리 구리도금, 니켈도금, 크롬도금의 3중도금이 실시된다. 또 크로메이트처리로 표면에 크롬산아연의 피막을 만들고, 그 위에 도료를 칠하는 방법이 있다. 

 

아연은 주조성은 좋으나 주조한 그대로의 것은 결정입자가 조대(粗大)하고 인장강도나 신장 모두 작고 상온에서의 가공은 불가능하다. 약200℃에서 열간소성 가공하여 주조조직을 파괴하면 실온에서도 가공할 수 있게 된다. 냉간가공후에 풀림하면 50～100℃에서 재결정을 시작하고100～200℃에서 연화한다. 또 가공도가 크면 실온에서도 재결정이 일어난다. 

아연의 녹는점은 419.5℃로 알루미늄을 5% 첨가하면 382℃에서 공정(共晶)을 만든다. 이와 같이 4% 정도의 알루미늄과 1% 정도의 구리를 첨가한 아연합금은 녹는점이 낮고 용탕(溶湯)의 유동성도 좋으며 기계적 성질이 우수하므로 다이캐스트제품으로서 자동차부품이나 전기기기, 사무용품, 광학기기, 일반기계부품 등에도 가장 많이 쓰이고 있다. 이 합금은 서서히 체적이 적어 수축하고 기계적 성질이 저하하므로 소량의 마그네슘을 첨가하여 저지시킨다. 이것을 안정화처리라고 한다.

 

또 납이나 카드뮴, 주석 등의 불순물이 있으면 결정립계가 부식되므로 이들 불순물은 엄격하게 제한되고 있다. 알루미늄 4%와 구리 3%를 함유한 아연합금은 주조후 연마나 기계다듬질이 용이하고 기계적성질도 우수하므로, 상온에서 150℃ 정도까지의 세기는 크고 내압력도 높다.

 

여기서 금속박판의 프레스용형이나 플라스틱 성형용형의 형재(型材)에 쓰이고 있다. 이 밖에 베어링용합금으로서 아연-구리계, 아연-구리-납-주석계합금 및 판이나 봉, 관에 쓰이는 전신용합금이 있다. 

놋쇠(황동)는 구리와 아연의 합금으로 금과 같은 빛을 띠므로, 구리와 주석의 합금인 청동에 이어서 옛날부터 사용되어 왔던 합금이다. 로마인은 기원 200년경 구리광석과 아연광석을 함께 정련하여 놋쇠의 화폐를 사용하여 왔다.

 

13세기에는 인도의 라자스탄주 자와르광산에서 소량의 금속아연이 의료용으로 제조되었다. 이 기술은 중국에 전해져 공업적으로 생산되고, 16세기에는 대량으로 유럽에 수출되어 왔다. 18세기가 되자 유럽에서도 생산하게 되었다. 19세기 초에는 수평레토르트 증류법이 시작되고 1930년경에는 종형레토르트 증류법 및 전기증류법이 개발되어 연속조업이 가능해졌다.

 

현재는 용광로법(ISP법) 및 전기분해에 의한 방법이 이루어지고 있다. 원료광석은 섬아연석이나 철섬아연석 등의 황화물로 품위는 5～10% 정도이다. 이것을 부유선광(浮遊選鑛)에서 45～60% 정도의 정광(精鑛)으로 한 것을 배소(焙燒)하여 산화아연의 소결광으로 하고, 용광로에서 코크스와 함께 열풍을 송풍구에서 불어넣어 환원한다.

 

아연의 끓는점은 906℃이므로 증기가 되어 일산화탄소와 함께 용광로 상부에서 콘덴서로 들어가 액체아연으로 취출된다. 동시에 거친 납이 노바닥에서 취출된다. 전기분해에서는 산화아연을 묽은황산에 용해하고, 철 등의 불순물을 제거한 후 전기분해를 하여 음극에 아연을 석출시킨다. 이 전착아연을 전기로*에서 용해하여 아연괴(亞鉛塊)를 얻는다.