솔더링 101: 첫 번째 구리 제련

여러분,

솔더링은 고대 기술이에요. 솔더링은 BC 4000년 만큼이나 오래 전에 처음 발견된 것으로 추정되고 있어요. 따라서 솔더링은 시저가 오늘날 우리에게 있는 것보다,  줄리어스 시저 (100BC – 44 BC)에 비해서 훨씬 더 오래되었어요. 솔더링을 고려하기 전에, 구리가 보통 솔더된 금속이기 때문에 초기 구리 제련에 대해 논의해 보기로 해요.

 저의 코넬 동료인 스티브 새스는 물질: 문명의 물질이라는 책을 저술했고, 이것은 같은 이름인 저의 강의에 기반한 것이죠. 그의 책에서 새스는 인류가 최초로 물질의 본질을 변화시킨 것이기 때문에 점토를 구운 것의 중요성은 과장될 수 없다는 것을 지적하고 있어요. 일단 점토가 구워지면 건조한 점토보다 훨씬 더 강한 물질인 세라믹이 형성되죠. 장인들은 현재 체코 공화국인 곳에서 약 26,000년 전에 이 위업을 최초로 수행했어요.

저는 새스의 평가에 동의하는 반면에 현대 기술의 시작은 구리의 첫 번째 제련으로 거슬러 올라갈 수 있다고도 주장할 수 있어요. 점토를 굽는 것은 기술 성장에 필요한 더 이상의 실험을 장려하기에는 너무 단순한 공정이에요. 광석에서 유리되는 첫 번째 금속인 구리의 제련 공정은 상당히 복잡하고 이 복잡성으로 인해 철과 강철을 우리에게 가져다 주었던 향후 실험을 이끌었죠. 지속적인 금속 작업은 과학적 방법을 개발할 가능성이 높으므로 모든 오늘날의 큰 발전을 이끌어냈어요.

구리의 첫 번째 제련의 진기함을 생각해 보세요. 구리를 제련하기 위해서 우리 조상들은 구리 광석인 말라카이트 를 갈아서 (그림 1 참조.), 분말로 만들고 탄소와 혼합하여 1085ºC (1985ºF) 이상에서 가열해야만 했죠. 그건 그렇고, 섭씨 온도에 2배를 곱하여 화씨 온도를 추정할 수 있고 이는 단지 100-1700ºC에서 < 10%만 벗어나요.

그림 1. 말라카이트 (구리 광석)은 상당히 매력이 있어요. 아마도 이 매력이 제련을 할 만한 것으로 고대 조상들의 관심을 끌었을 거에요. 저작권 2018, 로널드 C. 라스키, 인듐 코퍼레이션

저는 야외 그릴에서 요리를 한 후에는 기름을 닦아내기 위해서 프로판을 최대로 돌려서 그릴판을 청소해요. 일반적으로 그릴의 온도계는 이 과정에서 약 600ºF를 나타내죠. 그릴이 너무 뜨거워서 그것을 끄려면 접근하기가 힘들어요. 말할 필요도 없이, 600ºF가  어떤 느낌인지 주목하면서 그것은 나무 또는 숯불로는 1985ºF을 달성하는 것이 매우 어렵다는 것을 알았어요.

어쨌든, 나는 위에서 설명한 바와 같이 구리 제련을 시도해 보기 위해서 대학원생 몇 명을 모집했어요. 그들은 많은 양의 목탄을 구입했고, 공기를 공급하기 위해 잎 송풍기를 사용했고, 두 시간 동안 두 번의 시도를 했는데 두 번 모두 실패했어요. 다음 해에 학생 몇몇은 통풍구가 있는 타워를 만들고 바닥에 구리 광석과 탄소가 든 목탄을 놓아 두었어요. 그 타워는 철을 만드는 로마 시대의 제련 용광로와 유사했어요 (그림 2 참조). 그들은 성공적이었고 1 페니 크기의 구리 조각을 생산했어요.

그림 2. A 로마식 용광로. 론 박사의 학생들은 콘크리트 블록으로 유사한 타워를 세웠어요.

이 두 가지 시도는 우리의  먼 조상이 얼마나 놀라웠는지를 보여주죠. 어떻게 그들은 그것을 생각해냈을까요? 확실히 많은 실패한 시도가 있었어요. 어떻게 그들은 인내심을 가지고 계속했을까요? 한 가지는 확실한데요, 약 BC 5000 년경에 그들은 오늘날로 우리를 이끌어 준 발견의 습성을 시작했어요. 우리는 그들에게 많은 빚을 졌어요.

감사합니다,

론 박사