물과 용융 알루미늄의 위험한 조합

Hackaday 작가가 특정 기사의 댓글 섹션을 탐색하여 통찰력을 찾거나 새로운 것을 배우는 것은 드문 일이 아닙니다. 다양한 분야의 경험을 가진 사람들이 특정 주제에 대해 지식의 핵심을 공유하거나 질문을 제기하는 경우가 많습니다. 최근에 나는 현장 경험을 바탕으로 우연히 알루미늄 주조에 관한 기사를 흥미를 갖고 살펴보게 되었습니다. 특히 한 댓글이 눈길을 끌었습니다.

그리고 아니요, 물은 증기 폭발을 일으키지 않습니다. YouTube에는 쇳물에 철을 붓고, 쇳물 한 국자에 물을 붓는 등의 이야기로 그 신화를 반증하는 사람이 있습니다. 원한다면 알루미늄을 사용하여 이를 시연하는 비디오를 제작해 드리겠습니다.

한동안 알루미늄 다이캐스팅 공장에서 일해 본 경험이 있는 저는 [John]이 이런 일을 시도하지 않았기를 진심으로 바랍니다. 재난 없이 이를 수행할 수 있음을 보여주는 YouTube 동영상이 많이 있지만 정반대의 동영상도 많이 있습니다. 용융된 알루미늄과 물을 혼합하면 결과가 매우 좋지 않아 작업장에서 심각한 부상을 입거나 심지어 사망에 이를 수도 있습니다. 그 이유를 좀 더 자세히 알아보겠습니다.

알루미늄이 재료로서 그토록 귀중한 이유 중 하나는 부식에 대한 저항성 때문입니다. 원료 알루미늄은 공기에 노출되면 쉽게 견고한 산화물 층을 형성하여 추가 부식이나 많은 화학 물질과의 반응으로부터 금속을 보호합니다. 이 산화물 층은 놀라울 정도로 빠르게 형성될 수 있으며, 이는 많은 YouTube 사용자가 부상 없이 녹은 알루미늄을 물에 부을 수 있었던 이유 중 하나입니다. 적절한 조건이 주어지면 알루미늄은 공기를 통해 국자에서 물통을 향해 이동할 때 산화물 층을 형성할 수 있습니다. 많은 사람들은 이 위험하고 위험한 시연을 알루미늄과 물의 대규모 폭발이 "신화"라는 "증거"로 사용합니다.

물론, 주조 공장에 취직해 보면 문제가 얼마나 심각한지 금방 깨닫게 될 것입니다. 버려진 용기가 쓰레기통에 들어가 수분을 용광로로 옮길 수 있다는 우려 때문에 시설에서 일회용 물 용기와 청량 음료를 완전히 금지하는 것은 드문 일이 아닙니다. 주조 엔지니어로 일하면서 현장에 물병이나 청량음료 캔을 가져오는 것은 첫 번째 위반에 대해 경고를 주고 두 번째 위반에 대해서는 즉시 해고를 의미했습니다. 안전에 관한 부분만 조치를 취하기에는 위험이 너무 높습니다. 주조 작업에서는 일반적으로 모든 직원이 주조 현장에서 작업하기 전에 위험을 명확하게 설명하는 안전 비디오를 시청하도록 요구합니다.

위험의 예는 쉽게 이용 가능합니다. 수분이 함유된 금형에 용융된 알루미늄을 부으면 사고가 발생할 수 있는 경우가 많습니다. 또 다른 위험 영역은 고철 재료를 용광로에 적재할 때입니다. 알루미늄 스크랩 자체가 젖을 수도 있고, 액체가 담긴 병이 실수로 재료와 섞일 수도 있습니다. 용광로의 용탕에 스크랩이 추가되면 엄청난 폭발이 발생할 수 있습니다.

다양한 요인으로 인해 적절한 조건에서 용융된 알루미늄과 물이 혼합되면 강렬한 폭발이 발생할 수 있습니다. 첫 번째가 가장 명백합니다. 660°C 이상에서 용융 금속과 접촉하는 물은 거의 순간적으로 증기로 증발하는 경향이 있습니다. 증기의 부피가 급격히 증가하여 용융된 금속이 먼 거리로 날아가며 이것만으로도 심각한 부상과 손상을 초래할 수 있습니다. 이는 또한 조각화라고 알려진 용융된 알루미늄을 분해합니다. 이는 용탕과 물, 증기 사이의 혼합을 더 많이 일으키는 효과가 있습니다. 이는 유체로의 열 전달 속도를 더욱 증가시키고 증기와 알루미늄 사이의 접촉 표면적이 더 넓어지기 때문에 증기와 알루미늄 사이의 반응 속도를 증가시킵니다.

게다가 물과 알루미늄 사이의 화학 반응은 폭발의 강도를 더할 뿐입니다. 이 경우 알루미늄 원자는 물 분자와 반응하여 산화알루미늄과 수소 가스를 형성합니다. 이는 비슷한 양의 니트로글리세린에서 생성되는 양의 2.5배가 넘는 많은 양의 열을 방출하는 발열 반응입니다. 당연히 생성된 수소 가스는 주변 대기의 산소와 자유롭게 연소됩니다. 더욱이, 폭발로 원자화된 용융 알루미늄은 공기 중에서 빠르게 산화되어 그 과정에서 더 많은 열을 방출할 수 있습니다.