<생활 속 철이야기>철강 생산에 필수적인 망가니즈(Mn)

<생활 속 철이야기>철강 생산에 필수적인 망가니즈(Mn)

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  • 승인 2016.05.13 13:02
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기자명 방정환 jhbang@snmnews.com
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원소 중 12번째로 풍부한 광물...대표적 합금원소로 사용

  망가니즈(Managanese)는 원자번호 25번으로 원소기호는 Mn이다. 원래 망간이라고 불렀으나, 2007년부터 망가니즈로 우리말 표기법이 변경되었다.

  망가니즈는 지각에서 무게로 약 1,000ppm 정도로 존재하는 12번째로 풍부한 원소이다. 광물로는 연망가니즈석(Pyrolusite, MnO2(이산화망간), 갈망가니즈석(Braunite) 등으로 존재한다. 망가니즈는 토양에서는 40ppm, 바닷물에는 10ppm 수준으로 존재하지만 해저에는 약 5,000억톤으로 추정되는 망가니즈 단괴가 있다고 추정된다.

  광물 형태가 아닌 망가니즈를 처음 발견한 사람은 1774년 스웨덴의 화학자 ‘간(Johan Gottlieb Gahn)’이다. 그는 독자적으로 개발한 특수 도가니에서 높은 온도로 연망가니즈석을 가열하여 금속 망가니즈를 제조하였는데, 그의 업적으로 인해 망가니즈는 인류가 활용한 15번째 금속이 되었다.

  금속 망가니즈는 단단하면서도 쉽게 부서지는 은색 금속이지만, 철강제품에 사용하게 되면 전혀 다른 성질을 발현한다.

  금속 망가니즈를 철강제품에 처음 적용한 이는 영국 야금학자인 해드필드(Sir. Robert Hadfield)다. 그는 1882년 망가니즈가 13% 첨가된 Mn강(鋼)을 개발하였다. 소위 해드필드강이라 불리는 이 제품은 매우 높은 내마모 특성을 보이기 때문에 철도 레일의 교차 부분 및 망치의 머리부문 등 높은 압력과 마찰이 심한 부위의 재료로 널리 활용이 되었으며, 이후 망가니즈는 철강제품의 대표적 합금원소로 사용되었다.

  현재까지도 망가니즈는 광산 및 토목 기기, 철도레일, 헬멧 및 총기류 등의 주요 합금 소재로 사용되고 있다. 최근에 개발되는 고Mn강의 경우, 망가니즈 합금 비중이 18~22% 수준까지 확대되고 있으면 활용 범위도 더욱 다양해지고 있다.

  망가니즈는 합금원소뿐만 아니라, 제강원료로도 매우 중요한 역할을 한다. 제강공정에서 황(S)과 결합하여 MnS를 만든 후 슬래그로 제거되어 철강제품에서 황을 제어하는 탈황제 용도로 사용된다.

  일반적으로 철강제품에서 황 성분이 높으면 황화철(FeS)이 생성되어 철강재가 잘 깨지는 취성(Brittleness, 脆性)이 나타나기 때문이다. 또한 망간은 산소와 결합하여 철강제품 내의 기포나 미세 구멍이 생기는 것을 막아 주는 탈산제로도 상용되고 있다.

  망가니즈 함량이 40% 이상인 고품위 광석 기준으로 세계 매장량은 약 6억8천만톤 수준으로 추정되며 전체 생산량의 90%가 철강산업에서 소비된다고 한다.

  다만 철강산업에서는 망가니즈 금속 자체를 사용하기 보다는 주로 FeMn이나 SiMn 등의 합금철로 사용되는데 2014년 기준 두 제품의 연간 총 생산량은 1,945만톤 수준이었다. 두 제품 모두 중국이 최대 생산국으로 전체 생산의 60%~70%가 중국에서 생산된다.

  철강산업 외에 가장 많이 사용되는 용도는 1차 전지(충전이 되지 않는 1회용 전지)의 소재로 사용되는데 최근에는 2차전지(충전이 가능한 전지)의 양극재 소재로도 활용되고 있다.

포스코경영연구원 이종민 수석연구원
 

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