두위봉층 - 일반적인 희귀 금속 티타늄

두위봉층

 

 

타이탄은 그리스 신화에 나오는 티타늄으로 이름을 붙인 것이다. 티타늄을 철에 첨가하면 가볍고 튼튼해집니다. 여러가지 색으로 어노다이징할 수 있을 만큼 중요한 희소 금속이다. 타이탄의 용도는 철 이외에 대량화하고 부식을 방지하고 내구성을 강화하는 합금으로 사용된다. 그 다양성일수록 추출이 어려운 금속이 티타늄이다. 향후 티타늄은 철강 기술에 가장 널리 사용되는 금속일 것임에 틀림없다. 타이탄이란? 타이탄, (← 영어: Titanium 타이테니엄) 또는 티타늄 (← 독일어: Titan 티타늄)은 화학 원소이고 기호는 Ti (← 라틴어: Titanium 티타늄)이며 원자 번호는 22입니다. 가볍고 단단하며 거의 부식되지 않습니다. 전이 금속 원소로서 은백색의 금속 광택이 있고, 순수한 타이탄은 낮은 물성치에 의해 강한 내식성이 요구되는 것을 제외하고 거의 합금에서 많이 사용된다. 또 이산화티탄은 백색 안료의 재료로, 도료 등에 사용된다.

 

원자번호22 족 4족 사이클 4 사이클 존 d존 화학 계열 전이 금속 전자 어레이 [Ar] 3d2 4s2 준위별 전자수 2, 8, 10, 2

 

티타늄은 많은 광물에 널리 분포되어 있지만 주로 티타늄 철석과 금홍석에서 얻습니다. 2개의 동소체와 5개의 자연 동위원소로 발견되며, 가장 흔한 것은 48Ti이다. 타이탄의 가장 중요한 성질은 뛰어난 내식성과 비중이 낮고 강철에 비해 중량은 60%밖에 없다는 것이다. 티타늄의 물리적, 화학적 특성은 지르코늄과 유사합니다. 발견 1791년 영국의 아마추어 지질학자이자 목사인 William Gregor는 강 하천에서 타이탄을 발견하여 Manaccanite라고 명명했다. 1795년 독일의 Martin H. Klaproth가 Rutile(금홍석)에서 타이탄을 따로 추출하여 Titan이라고 명명했다. 1797년 두 사람이 발견한 원소가 같다는 것이 밝혀져 영국에서는 Titanium, 독일에서는 Titan이라고 표기한다. 상품화 타이탄은 지각을 구성하는 금속 원소 중 4번째를 차지할 정도로 매장량이 풍부한 것에 비해 사용량이 적은 주된 원인은 TiO2가 주성분인 타이탄 광물을 제련하는 것이 어렵기 때문이다. 즉, TiO2는 열역학적으로 매우 안정하고 환원이 어렵고, 또한 티타늄은 산소, 탄소, 질소, 수소 등과 친화성이 매우 크기 때문에 순수한 금속을 얻는 것도 어렵다. TiO2를 직접 환원시켜 순수한 티타늄 비금속을 얻는 것은 불가능했기 때문에 발견 된 후 잠시 후 타이탄의 제련이 가능해졌다. 1910년 미국 M.A. 헌터는 철제 용기에서 TiCl 4 를 나트륨(Na)으로 환원시켜 타이탄을 정제하는데 성공했다. 이를 헌터 프로세스라고합니다. 1932년 룩셈부르크의 W.J. Kroll은 TiCl4와 칼슘(Ca)을 반응시켜 상당한 양의 티타늄을 얻었다. 1937년에는 TiCl 4 를 아르곤(Ar) 가스 중에서 마그네슘(Mg)으로 환원하여 스폰지 모양의 타이탄을 얻는 데 성공했으며, 이것이 오늘날 Kroll법의 시작이다. 그 후, 미국 광산국의 추진에 의해 Kroll법의 상용화가 이뤄지고, 드디어 1948년에 듀폰사에서 처음으로 타이탄을 상업적으로 생산하게 되었다. 현재도 상업용 티타늄은 거의 독점적으로 Kroll법에 의해 생산되고 있으며, 지난 60년간 생산성과 품질면에서 많은 개선을 해왔다.

 

합금의 종류 티타늄 합금은 실온의 결정 구조에 따라 4종류로 나뉘어 시내에서는 ASTM 기준 등급으로 구분된다. 결정 구조에 따른 종류 순수한 티타늄: 낮은 강도 때문에 강한 내식성이 요구되는 곳에서만 사용됩니다. α합금：상이 합금보다 상온 강도가 낮지만 저온 안정상이므로, 수백도의 고온이 되어도 취약한 상을 석출할 염려가 없고, 내열 티탄 합금의 기본이 된다. 알루미늄(Al), 주석(Sn), 지르코늄(Zr) 등을 첨가하여 α상을 고용 강화한 단상이며, β 합금에 비해 가공성이 저하된다. αβ 합금: 가장 널리 사용되는 합금으로 Ti6Al4V 합금이 대표적인 합금입니다. 강도는 12297kgf/mm2 정도로 높은 인성을 갖고, 소성 가공성, 용접성, 주조성도 좋고, 사용하기 쉽고 신뢰성이 높은 합금이다. β합금：β형 합금은 V, Mo 등의 β안정화 원소가 다량으로 첨가되는 합금으로, 용체화 처리와 시효에 의해 130kgf/mm2를 넘는 고강도를 얻을 수 있는 특징이 있지만, 가공은 곤란해진다. 나노타이탄은 의학적 목적으로 사용된다. 한국 이 부분의 본문은 조선루층군 면산층과 티타늄이다. 한국지질자원연구원은 년 강원도 태백시삼천시경상북도봉화군 경계에 위치한 면산 m 일대를 탐사한 결과 대규모 타이탄과 철이 있을 것으로 예상했다. 타이탄의 예상자원량은 8500만t 이상으로 추정된다. 여기의 지질은 면산을 중심으로 그 주변에 고생대 초기의 퇴적층 조선루층군 태백층군이 하부에서 캄브리아기의 면산층, 묘봉층, 대기층, 세마츠층, 꽃절층과 올드비스기의 동점층으로, 두골층, 적층된 면산층에 티탄광상이 분포한다. 면산층은 태백시 동점역 부근에 있는 동점단층의 동쪽에 분포하는 지층으로, 7m 두께의 역암으로 이루어진 하부와 그 상위에 약 100m 두께의 암회색 사암 및 실트암으로 이루어진 상부의 지층을 가리키며, 이 지층은 조류가 우세한 조간대 환경에서 퇴적되었다. 면산층의 타이탄 함유량을 조사한 결과, 면산층의 평균 타이탄 함유량은 %로, 조선 누층군의 다른 지층에 비해 적어도 10배 이상의 함유량을 나타낸다. 그러나, 면산층의 티탄 함유량은 최소 함유량 %로부터 최대 함유량 %로 변화가 격렬하게 나타나고, 이것은 면층 중의 타이탄이 함유되는 사질암과 이질암석이 교대로 반복되지만, 사질 부분은 이질 부분보다 크다.

 

아래 표는 강원도군과 태백시 지역에 분포하는 조선 누층군 최하부 지층인 삼방산층과 면산층의 화학성분표이다. 삼방산층에 비해, 면산층에 이산화티탄의 함유량이 보다 높은 것을 봉입할 수 있다. 주요 원소 분석 결과, 철 및 티탄 산화광물(Fe2O3, TiO2)의 함량은 면산층 샘플로부터 삼방산층 샘플보다 높게 나타났다. 이것은, 박편 관찰시에 마그네타이트(magnetite)나 티탄 철석(ilmenite) 등이 면산층에서 보다 많이 관찰되었기 때문으로 보인다.