건축용 알루미늄의 제조

by GoldenRain 2023. 1. 2. 15:45

알루미늄은 산화알루미늄(Al₂O₃)의 형태로 지표내에 약 16% 존재한다고 합니다. 매장량도 풍부하지만 우리가 쓸 수 있는 형태로 만들기 위해서는 막대한 에너지가 필요하고 다량의 탄소를 배출하기 때문에 지구환경에 미치는 영향이 매우 크다고 합니다. 건축용 알루미늄을 어떻게 제조하는지, 알루미늄은 어떤 특성이 있는지 살펴보겠습니다.

알루미늄 제품의 제조

알루미늄은 지표 상에 넓게 분포되어 있고 많은 암석에는 Al 성분이 포함되어 있습니다. 그러나 AI 성분을 빼낼 수 있는 광석은 한정되어 있고 공업적으로는 산화알미늄(알루미나라고도 합니다.)을 다량(45∼70% 정도) 함유하고 있는 보오크사이트(Al₂O₃·H₂O)를 원료로 사용합니다.

보오크사이트로부터 순수한 알루미나(Al₂O₃)를 빼내는 전기분해과정을 거쳐서 알루미늄 덩어리(Ingot; 지금(地金)이라고도 합니다)를 제조합니다.

알루미늄 1톤을 정련하려면 15,000kWh의 전력량이 필요하기 때문에 제품 단가에서 전기요금이 차지하는 비중이 매우 높다고 합니다. 때문에 현재 국내에서는 정련을 하지 않고 알루미늄 원소재(Al Ingot) 전량를 해외로부터 수입하고 있다고 합니다.

그래서 원자재인 인고트와 모합금을 용해해서 불순물을 제거하고 빌레트를 제조하는 1. 주조(Casting)과정을 거친 후에, 이 빌레트를 고열로 가열하여 압출용 유압프레스로 2. 열간 압출(Extrusion)하는 공정을 거쳐, 부식을 억제하는 3. 피막·도장(Coating·Painting) 공정을 거치게 됩니다.

제조과정 동영상은 다음을 참고하시기 바랍니다.

■ 알루미늄의 제조 공정

알루미늄 합금

순수 알루미늄은 강도가 작습니다. 따라서 일반적으로 순수한 알루미늄보다는 강도를 높이기 위해 다른 원소를 섞어 강화한 알루미늄 합금 형태로 사용합니다. 알루미늄합금은 일반적으로 첨가하는 금속의 종류와 양에 따라 합금번호를 붙이고 있습니다. 주요 알루미늄 합금의 특징은 다음과 같습니다.

알루미늄의 특징

알루미늄의 장점과 단점을 정리하면 다음과 같습니다.

▶ 알루미늄의 장점

- 지각 중에 3번째로 많은 원소

- 비중이 2.77로 철의 약 1/3 수준이며, 비중에 비해 강도가 큼

- 연성과 전성이 풍부
- 열, 전기전도율이 높음
- 내식성이 크다.(공기 중 산화알루미늄 피막)

▶ 알루미늄의 단점

- 강도 및 탄성계수가 낮음(강의 약 1/2∼2/3 정도)
- 알칼리에 침식(콘크리트에 접촉하면 부식)
- 열팽창계수가 큼(철과 콘크리트의 약 2배)
- 용융점 640℃ 정도로 낮음

알루미늄은 공업용 금속 중에서 가장 비중이 가벼운 재료입니다. 무게가 강재의 약 1/3 수준으로 가벼운데도 불구하고 강도가 강재의 1/2∼1/3 수준이기 때문에 건축물의 전체 자중을 줄일 수 있는 잇점이 있습니다.

또한 형재, 봉재, 판, 선 또는 박막을 만들기 용이하기 때문에 철강 다음으로 건축에서 많이 이용되고 있습니다. 주로 새시, 창문, 문 등의 창호 뿐 아니라 커튼월, 지붕재, 가구재, 커튼 레일 등 굉장히 많은 부분에 사용되고 있습니다.

■ 커튼월의 구조

■ 유리 설치 공법 - SSG, DPG, SGS

알루미늄은 공기중에서 산화되어 매우 얇은 막으로 뒤덮이게 됩니다. 이 산화막이 알루미늄을 더 이상 부식하지 않게 막아줍니다. 그래서 알루미늄의 내식성을 높이기 위해 인공적으로 산화막을 생성시키고 칠을 하는 과정을 거치게 됩니다. 이처럼 표면을 화학적 또는 전기화학적 방법으로 인공적인 무공성의 산화피막을 만드는 것을 알루마이트라고 합니다.

알루미늄의 녹막이 초벌칠에는 징크로메이트 도료가 있습니다. 납을 함유하지 않은 도료로서 크롬산 아연을 안료로 하고 알카드 수지를 전색제로 사용한 것으로 녹막이 효과가 좋아 알루미늄의 녹막이 초벌칠에 사용됩니다.

내식성을 높이는 방법으로 도금을 하거나 도장을 할 수도 있습니다. 도금은 표면에 자연적으로 생긴 산화피막을 제거한 후 아연 도금하고 그 위에 구리나 크롬을 도금하는 방식입니다. 도장으로는 합성수지도료가 우수한 성능을 보입니다.

■ 건축용 알루미늄 제품 - 패널 등

■ 건축재료 목차

■ 건축시공 목차