겉보기에 단순해 보이는 초박형 구리판인 동박은 매우 섬세하고 복잡한 제조 공정을 거칩니다. 이 공정은 주로 구리 추출 및 정제, 동박 제조, 그리고 후가공 단계로 구성됩니다.
첫 번째 단계는 구리 추출 및 정련입니다. 미국 지질조사국(USGS)의 자료에 따르면, 2021년 전 세계 구리 광석 생산량은 2천만 톤에 달했습니다(USGS, 2021). 구리 광석을 추출한 후, 파쇄, 분쇄, 부유 선별 등의 단계를 거쳐 구리 함량이 약 30%인 구리 정광을 얻을 수 있습니다. 이 구리 정광은 제련, 전로 정련, 전기분해 등의 정련 과정을 거쳐 최종적으로 순도 99.99%의 전기분해 구리를 생산합니다.
다음은 구리박의 제조 공정입니다. 구리박은 제조 방법에 따라 전해 구리박과 압연 구리박으로 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
전해 구리박은 전해 공정을 통해 제조됩니다. 전해조에서 구리 양극은 전해질의 작용으로 서서히 용해되고, 전류에 의해 구동되는 구리 이온은 음극 쪽으로 이동하여 음극 표면에 구리 증착물을 형성합니다. 전해 구리박의 두께는 일반적으로 5~200마이크로미터이며, 인쇄 회로 기판(PCB) 기술의 요구에 따라 정밀하게 조절될 수 있습니다(Yu, 1988).
반면, 압연 구리박은 기계적으로 제조됩니다. 수 밀리미터 두께의 구리판에서 시작하여 압연을 통해 점차 얇게 만들어지며, 결국 마이크로미터 수준의 두께를 가진 구리박이 생산됩니다(Coombs Jr., 2007). 이러한 유형의 구리박은 전해 구리박보다 표면이 매끄럽지만, 제조 과정에서 더 많은 에너지를 소비합니다.
동박 제조 후에는 일반적으로 성능 향상을 위해 어닐링, 표면 처리 등의 후가공을 거쳐야 합니다. 예를 들어, 어닐링은 동박의 연성과 인성을 향상시키고, 표면 처리(산화 또는 코팅)는 동박의 내식성과 접착력을 강화합니다.
요약하자면, 구리박의 생산 및 제조 과정은 복잡하지만, 그 결과물은 현대 사회에 지대한 영향을 미칩니다. 이는 정밀한 제조 기술을 통해 천연자원을 첨단 제품으로 전환하는 기술 발전의 결과입니다.
그러나 구리박 제조 공정은 에너지 소비, 환경 영향 등 몇 가지 과제를 안고 있습니다. 한 보고서에 따르면 구리 1톤을 생산하는 데 약 220GJ의 에너지가 필요하고 2.2톤의 이산화탄소가 배출됩니다(Northey et al., 2014). 따라서 구리박을 생산하는 더욱 효율적이고 환경 친화적인 방법을 찾아야 합니다.
한 가지 가능한 해결책은 재활용 구리를 사용하여 구리박을 생산하는 것입니다. 재활용 구리 생산에 필요한 에너지 소비량은 1차 구리 생산에 필요한 에너지 소비량의 20%에 불과하며, 이는 구리 광석 자원의 채굴을 줄이는 데 도움이 된다고 보고되었습니다(UNEP, 2011). 또한, 기술 발전으로 더욱 효율적이고 에너지 절약적인 구리박 제조 기술을 개발하여 환경에 미치는 영향을 더욱 줄일 수 있을 것입니다.
결론적으로, 구리박 생산 및 제조 공정은 도전과 기회로 가득한 기술 분야입니다. 상당한 진전을 이루었지만, 구리박이 우리의 일상생활을 충족하는 동시에 환경을 보호할 수 있도록 하기 위해서는 아직 많은 노력이 필요합니다.
게시 시간: 2023년 7월 8일