Galvanic reaction(갈바닉 반응)

갈바닉 반응은 전기화학적 반응(electrochemical reaction)의 하나로, 아래의 그림과 같이 서로 다른 금속 두 개 이상이 접촉하는 상태에서 전해액(물 등)이 존재할 때 발생합니다. 일상생활에서 가장 흔히 접할 수 있는 현상은 부식(corrosion)이며, 이는 이탈리아의 과학자 Luigi Galvani의 이름을 따서 명명되었습니다.

Galvanic interaction

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갈바닉 계열: Galvanic series

 

언제나 모든 현상에는 이유가 존재합니다. 앞서 언급되었던 갈바닉 반응의 발생 조건인 "서로 다른 두 개의 금속"은 각각 서로 다른 전위(electrical potential)를 가지기에 각각은 음극(cathode)과 양극(anode)의 역할을 하게 됩니다. 이 때, 특정 금속이 다른 금속과 전해액 속에 함께 존재할 때 어떠한 금속이 부식(혹은 산화, 용해)될지를 갈바닉 계열을 통해 확인할 수 있습니다.

 

사실, 갈바닉 계열은 이온화 경향 혹은 표준환원전위(standard reduction potential)과 동일합니다. 갈바닉 계열은 해당 페이지에서 표로 확인하실 수 있습니다.

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Galvanic reaction in mineral & metallurgical processing

 

갈바닉 반응은 자원처리 혹은 제련에서 사용되고 있는 처리법의 바탕이 됩니다. 아래는 자원처리/제련 공정에서 발생하는 갈바닉 반응 혹은 처리법에 대해 설명해놓은 것입니다.

 

(1) Wet grinding - Steel ball corrosion

 

습식으로 운전되는 볼밀(ball mill)은 대다수의 선광공정에서 볼 수 있는 가장 일반적인 형태입니다. 이곳에서는 볼밀의 밀볼(mill ball)은 마모에 의한 스캣(scat) 뿐만 아니라 많이 녹슨 볼들을 교체하기도 합니다. 녹(rust)은 아래의 모식도와 같이, 밀볼, 광석(ore)*, 산소와 물 사이에 발생하는 전기화학적 반응, 갈바닉 작용의 하나입니다.

*광석은 대표적으로 세미 컨덕터(semi-conductor)인 황화광이 있음

 

아래는 대표적인 반응식을 나타낸 것입니다 (Eq 1: Anodic reaction on ball surface / Eq 2 & 3: Cathodic reaction on ore surface).

 

Steel mill ball corrosion by galvanic interaction

(2) Cementation

 

이전 글에서도 설명드린 세멘테이션(cementation) 또한 갈바닉 계열(이온화 경향)을 따릅니다. 다만, 흔히 생각하는 solid-solid(-electrolyte) 간의 반응이 아닌, liquid(ion)-solid 사이의 반응입니다. 아래의 그림은 세멘테이션의 가장 대표적인 예시인 구리(Cu) 이온과 철(Fe) 사이의 반응입니다.

Cementation