아연의 성질 및 이용 201312473 안드레 담당교수 정 해 용목차 ▶ 아연 성질 ▶ 아연의 제련공정 ▶ 아연 합금 ▶ 아연의 이용 ▶ 아연의 가격아연의 성질 물리적 - 융점이 낮아 (420 도 ) 주조에 용이 - 다이캐스팅용 합금으로 사용 (Al 660 도 , Cu 1083 도 , Ni 1455 도 , Mg 649 도 등 ) - 아연은 육방밀집구조 ( hcp ) 를 하고 있으며 , 밀도 (7.14g/cm 3 ) 가 철 (7.87g/cm 3 ) 이나 구리 (8.94g/cm 3 ) 보다 상당히 작음 상온에서는 취약하지만 100~150 o C 에서는 전성과 연성이 증가 , 210 o C 이상에서는 다시 부서지기 쉬움 - 반자기성으로 자석에 끌리지 않음 화학적 - 습한 공기 중에는 표면 산화되 어 염기성 탄산아연 (Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 ) 막 → 내부 보호 - 고순도의 아연은 내식성이 비교적 양호 - 산과 알칼리에 모두 녹음 → 수소기체 기계적 - 재결정온도가 5 ～ 25° 로서 낮기 때문에 상온가공이 가능아연의 제련공정 습식야금법 ( 전해채취법 ) 전처리 한 불순물이 섞인 광석을 용매에 녹여 정제한 다음 , 그 용액을 전해하여 음극에서 금속을 얻는 방법 ZnO 를 묽은 황산에 녹인 후 , 이 용액을 전기분해하여 알루미늄 전극 (-) 위에 아연을 석출 아연광석 ( ZnS ) 산화아연 (ZnO) 황산아연 ( ZnSO ₄) 순수아연 (Zn) 배소 침출 전해 SO₂ 전기분해 시 반응 : 2ZnSO 4 + 2H 2 O → 2Zn + 2H 2 SO 4 + O 2 2ZnO + C → 2Zn + CO 2 또는 2ZnO + 2CO → 2Zn + 2CO 2 고온건식야금법 - ZnO 를 코크스 또는 일산화탄소 (CO) 로 환원시킨 후 , 생성된 Zn 증기를 응축시켜 금속으로 회수 아연 생산에 쓰이는 광석의 90% 이상을 황화물 광석인 섬아연석 ( ZnS ) 이 차지한다 .아연 합금 다이캐스팅용 아연합금 - 자막 ( Zamak ) - 아연에 소량의 Al, Cu, Mg 등을 첨가한 합금으로 조성에 따라 여러 종류로 구분 Zn-Al 계 평형상태도 천천히 냉각시켰을경우 → Zn-4%Al 합금의 경우 390 ℃ 부근에서 응고시작 → 소량의 알루미늄을 고용한 고용체가 형성 → 382 ℃ 에서 응고하여 α + β 상의 공석반응 - 다이캐스팅 합금의 경우 급냉 → 응고 이후의 모든 변화가 저지 - 합금은 상온방치 중 내부조직변화가 천천히 발생 → 시간의 경과에 따라 합금의 성질이 변함 ( 시효현상 )아연 합금 다이캐스팅용 아연합금의 장점 치수가 정확하고 표면이 미려하다 . 복잡하고 얇은 주물이 가능하며 대량생산에 적합하다 . 결정립계 미세화로 강도가 크다 . Zn-Al 합금의 길이변화에 미치는 Mg 첨가의 영향 강도를 증가시키기 위하여 Al, Cu 를 첨가하되 , 상온방치 중의 변화를 소량의 Mg 첨가로써 저지 불순물 Pb 과 Sn 이 발생시키는 계면부식 억제가공용 아연합금 Zn-Cu- Ti 계 (Hydro-T-Metal) 의 합금으로 판재 , 봉재 , 형재 등으로 가공 건축용 , 자동차부품용 , 전기부품 등에 사용 3) 금형용 합금 KM, ZAS, Kirbsite 등이 있다 . Zn 에 합금원소를 첨가하면 내식성 , 가공성이 저하하고 강도가 증가한다 .아연의 이용 1) 철의 부식방지 위한 도금 - 아연은 표면이 부식되면 염기성 탄산아연 (Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 ) 보호피막을 형성 ( 우리나라 자급 금속이고 , 크로메이트 처리를 실시하기때문 ) 크로메이트처리 : 아연 또는 카드뮴을 도금한 것에 크롬산을 함유하는 액으로 처리함으로써 , 이들 도금 표면상에 크롬산염 피막을 형성시켜 내식성을 개선하고 , 표면에 광택을 주는 처리법 2) 건전지 - 양극물질로 이산화 망가니즈 (MnO 2 ) 를 사용 , 음극물질로 아연을 사용 - 탄소 - 아연 전지 : NH 4 Cl 를 전해액으로 사용 3) 합금제조 - 황동 (brass, 놋쇠 ) - 아연과 구리의 합금 금관 악기 , 파이프 오르간 , 장식품 , 선박 ∙ 기계부품 , 통신기기 , 물 제어 밸브 등 - 다이캐스팅합금 ∙ 베어링합금 ∙ 양은 등의 합금재료로 사용 4) 우리몸의 생물학적 요인 - 아연은 모든 생물체의 필수적인 미량 원소로 , 인체에는 전이 금속 중에서는 철 (2.5~3g) 다음으로 많이들어있음 (2 g 의 아연이 뇌 , 간 , 근육 , 뼈 , 신장 , 간 , 전립선 ) - 아연 결핍은 영양 흡수 불량 , 만성 간 , 신장질환 , 면역 기능 저하 , 성장 지연 등의 증상을 초래함 Zn + 2NH 4 Cl + 2MnO 2 → [ZnCl 2 (NH 3 ) 2 ] + 2MnOOH ( 육류 , 생굴 등의 동물성 식품과 도정하지 않은 곡류 , 콩 등의 식물성 식품에 많이 함유 , 남자는 8~10mg 이고 여자는 7-8mg 이다 .)아연의 가격 구리의가격 알루미늄의가격 납의가격* 비철금속재료 ( 이지환 , 이정중 , 김병일 , 배차헌 편저 , 원창 출판사 ) - 아연 * 금속재료총정리 ( 박일부 , 최병강 편저 , 남양문화 ) - 아연합금 * 금속재료 ( 한봉희 역 , 인터비젼 ) -Zn * 아연시세 - 한국자원정보서비스 ( 가격정보 ){nameOfApplication=Show}
3.3. Al합금의 분류(1000계, Al-Cu계 합금(2000계열)1000계열 합금은 알루미늄의 순도가 99.0%이상으로 연성, 기계 가공성 및 용접성이 아주 뛰어나다. 또한 순도가 높아 전기전도성 및 내식성이 뛰어나 전자, 전기재료나 식료품 용기 등에 사용되지만 강도가 낮아 구조용 재료로는 적합하지 않다. 구리(Cu)가 주 합금 원소로 첨가되는 2000계열 합금은 열처리형 합금으로 시효방법으로는 자연시효가 주로 사용된다. 다른 알루미늄 합금에 비해 강도와 기계가공성이 우수하나 내식성, 용접성 및 압출성이 좋지 않아 아크나 가스용접등은 많이 사용되지 않는다.주로 항공기 소재나 구조용 재료로 사용된다. 3.3 Al-Mn계 합금(3000계열)망간(Mn)이 주 합금 첨가원소이며 작은 망간 입자가 합금 내부에 골고루 분산되어 재료를 강화시키며 강도는 높지 않은 편이다. 1000계와 유사한 특징을 갖고 있지만 강도가 높고 성형성, 용접 특성이 뛰어나 인발관이나 열교환기등에 주로 사용된다.
고분자 5대 범용수지 201312473 안드레*범용수지란?일반 성형품, 포장재료, 잡화, 가정용품 등 광범위한 용도로 이용할 수 있는 합성수지를 말 한다. 통상 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 고밀도 프로필렌, 폴리스티렌, 염화비닐 수지 등 열가소성을 지닌 5가지 수지를 가리키는 경우가 많다.*Poly ethylene(PE)란?-[-CH2CH2-]－n 본래는 에틸렌의 중합체 모두를 의미하나 현재는 합성 수지 등으로 사용 하는 고중합체만을 말한다.폴리에틸렌의 공업적 제조법은 적용되는 압력의 고저에 따라 편 의적으로 고압법, 중압법, 저압법 같은 3가지 방법과 이상의 방법 외에 γ선 조사 등에 의한 중합에 의해서도 합성된다. 합성 조건에 따라 몇 개의 분기 구조나 이중 결합을 포함하지만 대부분 선상 구조이다. 분자량 6000 정도 이상인 폴리에틸렌은 반투명 내지 투명, 가연성 왁스상 고체로 매우 좋은 열가소성을 갖는다. 물, 산, 알칼리, 용제 등에 잘 견디지만 고온의 탄화수소 및 염소 화합물에 녹는다. 전기 절연성, 내수성, 방습성, 내한성이 좋다. 합성 수지로서 비중이 비교적 작으며 기계적 강도가 크고, 가공성도 좋아 가열 용봉할 수 있다. 그러나 가연성으로 열팽창 계수가 크고, 습기를 통하지 않지만 가스는 통하기 쉽다.이러한 성질에 의해서 절연 재료, 각종 용기, 관, 패킹, 공업용 장치의 내장, 피복용 및 포장용 필름, 공업용 섬유(폴리에틸렌)등에 이용된다.1. 저밀도 폴리에틸렌 (Low density polyethylene : LDPE)*특징분지가 많고 결정성이 낮은 (60%) 밀도 0.91~0.93의 폴리에틸렌. LDPE가 약어이다. 고압하 소량의 산소와 과산화물에 의해 에틸렌을 중합하는 고압법으로 얻어진다. 기 계적 강도는 떨어지지만 가공성이 우수하다. 고밀도 폴리에틸렌의 대응어이다. 전기 절연성, 내수성, 내약품성 방습성, 내한성이 양호하다.*사용분야필름류 : 산업용, 농업용, 중포장용일용품류 : 밀봉용기, 캡, 양동이, 싱크대용품테이너류 : 등유통, 드럼통끈류 : 테이프, 크로스, 로프전기기기 부품, 기타, 완구, 문구, 탱크, 부표, 파이프2. 고밀도폴리에틸렌 (High Density Polyethylene : HDPE)*특징비중은 0.94~0.96으로 반투명 결정성으로 결정성이 높다.(90%). HDPE가 약어이다. 강성이 있는 성형재료이며 충격에 강하고 내한성, 전기특성이 뛰어나다. 기계적 강도, 내열성 등이 우수하나 가공성 등은 약간 열악하다. 공업적 제법에는 알킬알루미늄-할 로겐화 티탄을 촉매로 하는 저압법(치글러 법)과 실리카-알루미나-크로미아 촉매에 의 한 중압법(필립스 법)이 있다. 저밀도 폴리에틸렌의 대응어이다.*사용분야파이프용 수지: 수도관, 가스관, 전선관 일반용도 및 산업용도 관, 하수관가교계를 이용한 온수, 온돌용 파이프가교 파이프용 수지: 온수 온돌용 파이프사출 성형용수지: 운반용기, 일반용도의 마개, 가정용기, 장난감, PET병필름용수지: 쇼핑백, 일반용도의 산업포장재, 농업용 필름, 고속가공용 필름중공성형용 수지: 연료탱크, 소/중/대형 용기, 화장품용기, 의약용기연신용수지 : 어망, 로프, 테이프, 방수시트, 단섬유무공해 필름 및 광분해 수지3. 폴리프로필렌(Polypropylene : PP)*특징프로필렌의 중합체이며, 비중은 0.9 이하로 낮으며 투명하고 결정성은 높다.(95%) 강 성이 있는 성형재료로서 많이 이용되며 상온에서는 내충격성이 있지만 ?5℃이하의 저온 에서는 약하므로 내충격성이 큰 그레이드를 필요로 한다. 연소시에 석유냄새가 나며 접착성과 인쇄성이 떨어지는 면이 있다. 일광과 열에서 서서히 노화 한다. 내약 품성, 내마모성, 전기특성, 내수성, 기계적 성질, 열적 성질도 우수하다. 천연가스로부 터 풍부하게 얻어지는, 에틸렌과 비슷하고 탄소 원자가 하나 많은 프로필렌을 중합시 키면 폴리에틸렌보다 투명하고 굴절에 강한 폴리프로필렌이 만들어진다. 이탈리아의 몬테카치니사가 최초로 상업화하였다. 아울러 촉매법에 의해 중합하고, 입체 규칙성 의 것이 만들어지고 있다.*사용분야끈류 : 연신모노필라멘트, 밴드, 잡화끈, 로프일용품류 : 가정용 싱크대용품, 욕조, 필름?포장용투명필름전기관계류 : TV, 라디오케이스, 테이블톱(TOP), 가전케이스자동차부품류 : 범퍼, 기계부품, 문구, 파이프 시트4. PVC수지 (Polyvinyl Chloride : PVC)*특징열가소성 플라스틱이며, PVC가 약어이다. 투명하며 플라스틱의 대표적인 PVC는 원 래 딱딱한 물질로 프탈산계(phthalates, DEHP, DINP, DBP 등) 가소제나 아디핀산 계(adipates,DHEA 등) 가소제를 사용해 유연성과 탄력성을 높인 뒤 제품화된다. 경 질은 분자량이 작고 열안정성이 나쁘고 연질은 분자량이 높은 것을 이용한다. 170℃ 이상에서 융해하며 190℃ 이상이 되면 염산을 방출하면서 분해하여 황색 또는 갈 색 으로 변한다. 케톤계 용제등에 녹고 산, 알칼리에 견딘다. 내노화성, 내산화성, 내유 성, 내수성 등이 우수하다. 바일슈타인 반응을 하여 동과 열을 가하면 녹색의 불꽃으 로 반응한다.
금의 특성 및 이용 201312473 안드레 담당교수 정 해 용목차 ▶ 금의 특징 ▶ 금의 역사 ▶ 금의 생산 ▶ 금의 합금 및 이용 ▶ 금의 가격금의 특징 ＊대표적인 황금빛 광택이 나는 귀금속 ＊ 지각에서 약 0.004ppm(=0.0000004%) 차지한다 . ( 지각에서 금속이 차지하는 비율 26% 중 알루미늄 8%, 철 5% 등 , 약 4 만톤 ) ＊ 공기나 물에 의해 부식되지 않고 원래의 상태를 유지한다 . ＊ 귀금속이라 불리는 금속중에서 원자량이 가장 크며 , 금속 원소들 중에서 전성과 연성이 가장 커 얇은 박이나 선으로도 가공이 쉽다 . ( 금 은 알루미늄 구리 주석 ) ＊ 전기전도도 또한 은 다음으로 높다 . ( 은 금 알루미늄 텅스텐 아연 니켈 ) ＊ 순도는 24 캐럿을 100% 로 하여 24K 로 나타낸다 . 표 1. 귀금속의 성질금의 역사 원소기호 Au 는 라틴어 aurum( 빛나는 새벽 ) 으로부터 유래한 것이며 , 이것은 헤브라이어의 빛을 뜻하는 or , 적색을 뜻하는 aus 로부터 연유되었다고한다 . 금은 구리와 함께 인류가 맨 처음 발견하고 사용한 원소이다 . 금에 관해서는 이미 구약성서의 창세기에도 기재되어 있으며 , BC 3000 년경 메소포타미아인은 금으로 만든 투구를 사용하였고 3600 년경에 금 광석에서 금을 분리하여 제련하는 방법을 개발하였다 . 그리스인이 처음으로 금을 화폐로 사용했는데 , 이 제도를 로마인도 이어받았다 . 금에 대한 인간의 욕망은 중세에 와서 연금술 ( 鍊金術 ) 을 발달시켰고 당시의 사상에도 큰 영향을 주었다 . 마르코 폴로의 모험이나 콜럼버스의 항해도 동양의 금을 구하려는 것이 첫째 목적이었으며 , 근세 유럽의 발전도 금 · 은의 무역에서 비롯되었다고 할 수 있다 .금의 생산 금은 덩어리 상태의 괴금 ( 塊金 ) 금 광상에 자연금 또는 은과의 합금 ( 일렉트럼 ) 형태의 미립자로 있는 산금 ( 山金 ) 금 광상의 풍화 잔해물인 강 모래 등에 미립자로 들어있는 사금 ( 沙金 ) 등 여러 형태로존재 사금으로 재취 : 사금에서 모래 ( 비중 , 약 2.5g/cm 3 ) 와 금 ( 비중 19.3g/cm 3 ) 의 비중 차이를 이용하여 금을 채취 ( 이제 거의 고갈 ) 2. 금이 들어있는 암석(보통 5~15 ppm의 금 함유)을 채광하여, 고운 가루로 부순 후 금을 추출 금의 추출에는 사이안화 법과 수은 아말감 법 사용 2.1 사이안화 법 : 공기를 불어 넣으면서 묽은 사이안화소듐 ( 청산나트륨 , NaCN )이나 사이안화포타슘 (청산가리, KCN) 용액으로 금을 녹여 낸 다음 아연( Zn )을 넣어 금을 침전시키는법 4 Au + 8 NaCN + O 2 + 2 H 2 O → 4 Na [ Au (CN) 2 ] + 4 NaOH 4 Na [ Au (CN) 2 ] + 2 Zn → 2 Na 2 [ Zn (CN) 4 ] + 4 Au 2.2 아말감 법 : 금이 수은과 쉽게 합금을 만드는 것을 이용하는 것으로 , 금 아말감에서 수은을 증류하면 금이 얻어진다 . 그러나 금의 회수율이 40~70% 로 낮은 단점이 있다 . 3. 습식 공정 ( Wohlwill process) 인 전기분해 과정 : 왕수로 금을 녹여 수용액을 만든후 , 전극을 넣어 전기를 가하면 (+) 전극에 산화 , (-) 전극에 환원이 발 생하는데 수용액에 있는 물질보다 금이 환원전위가 높아 (–) 극에 금이 환원된다 . 4. 건식 공정 (Miller process) 인 용융 상태에서 염소가스를 사용하는 방법금의 합금 및 이용 . Au-Ag 합금 금과 은은 어떠한 비율이라도 서로 고용한다 . Ag5% 정도에서는 녹색을 띠어 녹금이라고도 부른다 . Ag 20% 정도에서는 청색을 띠어 청금 혹은 페루 골드라고 부른다 . Ag 50% 가 되면 백색이 된다 . 용도 : 치과용 : Au-Ag(5%)-Cu(3%) 합금 금침용 : Au-Ag(15%)-Cu(13%) 합금 금선 : Au-Ag(15%)-Cu(13%) 그림 1. Au-Ag 합금Au-Cu 합금계 Au-Cu 계 합금 81.5% Au, 884 ℃ 에서 최솟값을 가지는 전율 고용체로 되어있고 10% 로 되면 적색을 띈다 . 용도 : 9~18K 에서 반지 , 장신구에 사용된다 . 그림 2. Au-Cu 합금3)Au-Ni-Cu-Zn 계 합금 화이트 골드라는 은백색 합금으로 18K,14K,12K 로 만들어진다 . Ni(13~27%), Cu(1.6~4.5%) Zn(1.3~1.7%) 및 Ag( 나머지 ) 로 구성된다 . 용도 : 치과용 , 장식용 사용 4)Au-Pt 계 합금 Pt(20~30%) 합금 또는 Pt(20%) 에 Ag+Ni 1.0% 의 것이 있다 . 용도 : 화학공업용으로 20~30% Pt 의 것이 방사용 노즐재료로 사용 5)Au-Cr 계 합금 2.5% Cr 을 함유한 Au 합금 용도 : 전기저항 온도계수가 낮아서 망가닌 선과 같은 용도로 사용금의 가격* 주기율표 - 네이버 주기율표검색 * 비철금속재료 ( 이지환 , 이정중 , 김병일 , 배차헌 편저 , 원창 출판사 ) - 표 1 귀금속의 성질 , 금합금 * 금속재료총정리 ( 박일부 , 최병강 편저 , 남양문화 ) - 그림 1,2 Au 합금 * 금속재료 ( 한봉희 역 , 인터비젼 ) - 귀금속 * 금시세 - 네이버 신한은행기준 출처감사합니다 .{nameOfApplication=Show}
아연의 특성과 합금
고분자 5대 범용수지
평가B괜찮아요
