3-2. 금속의 성질과 이용 금속의 제련 과정(p105~109)

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1 3-2. 금속의 성질과 이용 금속의 제련 과정(p105~109)
Lesson 23. I. 주변의 물질 3-2. 금속의 성질과 이용 금속의 제련 과정(p105~109)

2 ■ 이번 시간의 학습 목표 1. 금속의 제련 과정을 이해한다.

3 ▣ 금속의 제련 제련?  광석이나 원료를 용광로에 녹여서 함유된 금속을 뽑아내어 순수하게 만듦

4 ▣ 금속의 제련 1) 금(Au)  반응성이 매우 작아서 자연계에서 원소 상태로 발견됨  제련할 필요성이 없음

5 ▣ 금속의 제련 2) 구리(Cu)  반응성이 작아서 자연계에서는 순수한 구리로 발견되기도 하지만, 대부분 화합물 내에 존재한다.  반응성이 작아 제련법도 간단 구리의 제련법  황동석(CuFeS2)에 코크스(C)나 규사(SiO2)를 넣어 가열한 후, 용광로에 넣고 열풍으로 반응시켜 얻은 황화구리(Cu2S)에 공기(O2)를 불어 넣어 주면 순수한 구리를 얻을 수 있다. Cu2S + O2 → 2Cu + SO2

6 ▣ 금속의 제련 구리의 정제  제련된 구리는 불순물이 섞여 있다.  전기분해를 이용하여 순수한 구리를 만든다.(정제)
(-)극 : Cu2+이 Cu로 석출 Cu2+ + 2e- → Cu (+)극 : 구리와 불순물 금속인 Ni, Fe등이 양이온으로 녹아 나오는 데 반응성이 가장 약한 Cu2+이 전자를 얻게 된다. 반면 Cu보다 반응성이 약한 금속인 Au, Ag, Pt 등이 양극 찌꺼기로 바닥에 떨어진다. Cu → Cu2+ + 2e-

7 ▣ 금속의 제련 3) 철(Fe)  반응성이 커서 원소 상태로 존재하지 못하고 산화물인 적철광(Fe2O3)과 자철광(Fe3O4)과 같은 산화철의 형태로 존재함.  구리보다 반응성이 크기 때문에 제련법도 구리보다 늦게 발견

8 ▣ 금속의 제련 철의 제련법  용광로에 철광석(Fe2O3, Fe3O4)과 코크스(C), 석회석(CaCO3)의 혼합물을 넣는다. [코크스]의 역할  코크스가 불완전 연소되어 생성된 일산화탄소가 철광석을 환원시켜 철로 만든다.[환원제] 2C + O2 → 2CO Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

9 ▣ 금속의 제련 [석회석]의 역할  철광석에 불순물로 들어 있던 이산화규소(SiO2)와 화합하여 슬래그(CaSiO3)를 형성
CaCO3 → CaO + CO2 CaO + SiO2 → CaSiO3(슬래그)  즉, 불순물을 제거하는 과정  용융된 철보다 밀도가 작은 슬래그는 철 위에 뜨게 되어, 생성된 철의 산화를 막으며, 용광로 아래쪽에 있는 출구를 통해 빠져 나감  슬래그는 시멘트나 벽돌에 이용

10 ▣ 금속의 제련 4) 알루미늄(Al)  금속 원소 중 지각에 가장 많이 존재하지만 반응성이 상당히 커서 순수한 알루미늄을 얻기 어려워 구리, 철보다 늦게 이용되었다.  반응성이 상당히 크기 때문에 제련법(1868, 미국, Hall)도 어렵게 발견  1800년대까지만 해도 은보다도 비싼 금속 난 나폴레옹 3세

11 ▣ 금속의 제련 알루미늄의 제련법  보오크사이트를 정제하여 산화알루미늄(Al2O3)를 얻는다.
 빙정석의 사용 이유 : 순수한 산화알루미늄의 녹는점은 2050℃로 높지만 빙정석과 같이 녹이면 녹는점이 950℃ 정도로 낮아짐  용융 전기 분해를 하면 용융된 알루미늄이 얻어진다.

12 ▣ 금속의 재활용 1) 재활용을 해야 하는 이유  지구에 매장된 금속 자원의 양이 한정
 광석으로부터 금속을 얻는 데 많은 에너지가 필요  사용 후 방치된 금속은 환경을 오염시키고 생태계에 피해를 준다.

13 ▣ 금속의 재활용 2) 재활용의 예  철의 경우 → 수거 : 폐기된 철 제품을 수거한다.
→ 분리 : 알루미늄 캔 및 이물질을 분리한다. → 이송 : 일정부피로 압착하여 철강 공장으로 옮긴다. → 제품 출하 : 수거된 원료를 사용하여 만든 제품을 출하한다.  알루미늄의 경우 → 수거 : 폐기된 알루미늄 제품을 수거한다. → 압축 : 오물, 기타 금속 등을 제거한 후 압축기에 넣어 일정한 크기로 압축 → 융해 : 융해로에서 500~600℃의 고열로 용융시킨다. → 제품 출하 : 일정한 크기의 알루미늄 괴를 만들어 재활용 업체에 공급

14 ▣ 금속의 재활용 3) 재활용의 경제성  알루미늄은 다른 금속보다 에너지 의존도가 높은 금속이다. 따라서 재활용하면 알루미늄 광석으로부터 알루미늄을 얻는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적은 양의 에너지만 있으면 되므로 에너지 측면에서 상당한 효과가 있다.  철을 재활용하면 철광석에서 제련하는 것보다 적은 비용이 든다.