Наше деловое партнерство www.banwar.org

КРИЛАТИЙ МЕТАЛ

Люміній знаходиться всюди. Він лежить у нас під ногами. Цей хімічний елемент настільки поширений в природі, що становить приблизно близько третини всіх металів, що зустрічаються в земній корі. Але не намагайтеся відшукати його в чистому вигляді. Алюміній хімічно дуже активний і тому він «не терпить самотності». Його можна зустріти лише в поєднанні з іншими елементами. І таких з'єднань дуже багато; відомий радянський геолог академік А. Е. Ферсман нарахував близько 250 різних мінералів, що містять в собі алюміній. Серед них - різні сорти глин; дещо схожа на глину алюмінієва руда - боксит; кріоліт, прозваний за своє схожість з льодом «крижаним каменем»; дорогоцінні мінерали - червоний рубін і блакитний сапфір.

Звичайно, ні рубін, ні сапфір не можуть служити сировиною для видобутку алюмінію. Для цієї мети використовують боксити. Така алюмінієва руда була виявлена ​​ще в 1894 році на Північному Уралі видатним російським ученим Е. С. Федоровим.

Збираючи колекцію уральських мінералів, Е. С. Федоров забрів далеко на північ, в околиці глухого поселення Тур'ї. Там, у відрогів Північного Уралу, він знайшов величезні поклади коричневих каменів, схожих на залізну руду. Це були боксити, що містять понад 50% окису алюмінію.

У 1916 році найбільше родовище бокситів було відкрито під містом Тихвіном (поблизу Ленінграда).

Але всі ці алюмінієві руди стали розроблятися тільки після Великої Жовтневої соціалістичної революції. Незважаючи на те, що величезні поклади бокситів були в розпорядженні людини, глини, як називали колись алюміній, витягувався перший час в дуже невеликих кількостях із з'єднань, приготованих штучно. Техніка не мала промисловим способом видобутку, незважаючи на те, що вона вже чудово освоїла отримання заліза, міді, свинцю, цинку, срібла, золота.

Алюмінію можна було добувати більше, ніж заліза, проте довгий час він вважався рідкісним елементом. Ще в середині минулого століття паризькі модниці приколювали до своїх одягам витончені дрібнички з алюмінію, що називався в той час «сріблом з глини», але коштував набагато дорожче срібла.

Першим природним сировиною для отримання глини став «крижаний камінь» - кріоліт. Освоїти виробництво алюмінію з цього мінералу дозволили роботи професора Харківського університету Н. Н. Бекетова. У 1865 році Бекетов запропонував використовувати для отримання алюмінію хімічну реакцію заміщення. Як відомо, так називають хімічну взаємодію, при якому одна частина складного речовини, що бере участь в реакції, заміщається іншою. Впливаючи на хімічну сполуку якимось активним елементом, хімік може витіснити з цього з'єднання інший, потрібний йому. В даному випадку з кріоліту витіснявся алюміній. Його місце займав магній.

Роботи Бекетова дозволили істотно змінити спосіб отримання сріблястого металу. Якщо раніше алюміній вдавалося отримувати тільки з спеціально приготовлених хімічних сполук, то спосіб російського вченого дозволяв використовувати вже природна сировина.

Однак, як це було з багатьма російськими відкриттями, спосіб Бекетова в умовах царського самодержавства НЕ

Відомий російський хімік Микола Миколайович Бекетов.

Знайшов застосування на своїй батьківщині. Царські чиновники не визнали винаходи, невідомого за кордоном. Але закордонні промисловці виявилися більш заповзятливими. Дізнавшись про роботи Бекетова, вони швидко налагодили виробництво алюмінію за методом російського вченого. У німецькому містечку Гмелінгене і у Франції, в Руані, були побудовані спеціальні фабрики. Спосіб Бекетова використовувався в Німеччині і у Франції близько 10 років. За цей час було виплавлено понад 58 тисяч кілограмів срібла з глини - 25% усього світового видобутку алюмінію за ті роки.

Роботи Бекетова були важливим кроком у розвитку алюмінієвої промисловості. Але вони не могли повністю вирішити проблему отримання цього металу. Поширений в Гренландії кріоліт майже не зустрічався в інших країнах і його доводилося везти здалеку або готувати штучно. Треба було знайти спосіб отримання алюмінію з поширених вітчизняних руд. Але зробити це виявилося дуже важко.

Основна складність полягала в тому, щоб навчитися відокремлювати окис алюмінію (з'єднання металу з киснем), що міститься в різних мінералах, від оксидів інших металів.

Як вже говорилося, алюміній знаходиться всюди. Але руда вважається досить багатою і такою, що заслуговує переробки, якщо вона містить не менше 20% глинозему - окису алюмінію. Однією з таких багатих руд є боксити, що складаються з оксидів алюмінію, кремнію, заліза і води. За зовнішнім виглядом ця руда нагадує собою звичайну глину, але відрізняється від неї тим, що, взаємодіючи з водою, не дає пластичної маси. Найбільше в боксити окису алюмінію - глинозему - і окису заліза.

Хімік К. І. Байєр, який працював в кінці XIX століття на заводах Петербурга і Єлабуга (біля річки Ками), зайнявся поділом цих «сусідів». Йому вдалося підшукати речовина, здатне розчинити в собі глинозем, що міститься в боксити, і в той же час не розчиняється окис заліза. Цією речовиною виявилася натрієва луг [18] ), Розведена у воді. Байєр встановив, що якщо вести процес в щільно закритому посуді при підвищеному тиску і з підігрівом, то майже весь глинозем переходить з бокситу в розчин, дозволяючи таким чином звільнитися від окису заліза, а також і від окису кремнію.

Була вирішена і подальша завдання звільнення глинозему від лугу, в якій він розчинявся. Щоб зрозуміти, як це здійснюється, згадаємо простий досвід.

Якщо розводити в гарячій воді кухонну сіль до тих пір, поки вона не перестане розчинятися, відокремити нераст - ворівшійся осад і потім кинути в розчин кілька крупинок (кристалів) солі, то вони почнуть швидко рости. Кристали, що потрапили в насичений розчин, прискорюють виділення з нього твердої речовини.

Таким же шляхом можна виділити з розчину лугу і глинозем.

Однак кристали, що випали з розчину - це ще не чистий глинозем. До нього приєдналися молекули води, тому, щоб позбутися від вологи, кристали прокаливают.

Так просто і дотепно вирішив Байєр завдання виділення чистого глинозему з бокситів. Розтин бокситів, тобто отримання з них чистого глинозему, було однією з найважчих проблем, яку необхідно було вирішити, щоб навчитися виділяти з природної сировини легкий метал.

Роботи Байєра як би підготували фундамент для будівлі молодий алюмінієвої промисловості. Подальший розвиток її пов'язане перш за все з роботами основоположника електрометалургії кольорових металів Павла Павловича Федотьева.

У той час, коли Федотов приступив до своїх досліджень, фізикам були вже добре відомі закони проходження електричного струму через рідини. Вчені знали, що якщо занурити в розчин солі або кислоти електроди - металеві або вугільні пластини, - з'єднані з джерелом струму, то між ними потече струм. Причина цього - ось в чому. Молекула будь-якого речовини складається з атомів, а кожен атом являє собою електричну систему - позитивно заряджене ядро ​​і обертаються навколо нього негативні частинки - електрони. Досить атому втратити один з електронів, щоб його електричне рівновагу порушилося. Він буде мати надлишок позитивного електрики. Така ж картина відбудеться і в тому випадку, коли атом, навпаки, придбає зайвий електрон. Тоді він буде заряджений негативно. Атоми і групи атомів, що несуть на собі електричний заряд (і позитивний і негативний), називаються іонами [19] ). Молекули солі або кислоти в розчині і розпадаються на іони. Коли замикається ланцюг струму, підключеного до електродів, то іони, що містяться в розчині, починають рухатися. Позитивні прагнуть до негативно зарядженої пластини - катода, а негативні - до позитивної пластині - анода. Цей процес називається електролізом, і

Павло Павлович Федотов, основоположник електрометалургії алюмінію.

Якщо розчин складається з солей металу, то при цьому на катоді виділяються частки чистого металу, що входив раніше до складу складного речовини.

Саме електроліз і вирішив П. П. Федотов поставити на службу алюмінієвої промисловості. Було відомо, що глинозем добре розчиняється в розплавленому кріоліті. Такий кріоліту-глиноземний розплав Федотов і піддавав електролізу.

П. П. Федотов глибоко і детально вивчив цей процес: він описав, як проходить електроліз для кріолітоглінозёмного розплаву, встановив розчинність глинозему в кріоліті, створив теорію переносу струму в розплавлених солях.

Розчинений в розплавленому кріоліті глинозем розпадається на іони. Під дією струму негативно заряджені іони кисню йдуть до анода, віддаючи йому зайві електрони і перетворюючись в нейтральні атоми. На катоді позитивні іони алюмінію перетворюються в нейтральні атоми цього металу.

Роботи Федотьева привели до того, що алюміній з рідкісного металу став одним з найбільш вживаних.

Електроліз кріоліту-глиноземного розчину був більш вигідний в порівнянні зі способом Бекетова, так як в кожній молекулі глинозему міститься в 4 рази більше алюмінію, ніж в кріоліті; крім того, глинозем, що виділяє на електродах основну масу металу, більш дешевий, ніж кріоліт (хоча для електролізу доводиться штучно готувати і той і інший).

П. П. Федотов був вченим нового типу. Всі теоретичні висновки він перевіряв на практиці і, збагачений досвідом, сміливо виправляв теорію.

Роботи російського вченого стали справжнім одкровенням для іноземних електрометалургів. Зарубіжні дослідники Теребезі, Андрие і інші вважали, що кріоліт в розплавленому стані являє собою суміш солей, а не хімічна сполука. Федотов спростував цю точку зору, і його висновки, витримавши відповідальне випробування часом, тепер визнані всіма.

Особливо плідно працював учений після Великої Жовтневої соціалістичної революції. У 1929 році він отримав перші 8 кілограмів радянського алюмінію.

Капітальна праця П. П. Федотьева «Електрометалургія», що вийшов в 1921 і 1923 роках, і книга «Електроліз в металургії», опублікована в 1933 і 1934 роках, є до сих пір науковими посібниками для інженерів усіх країн.

Одночасно з П. П. Федотьева вивченням електролізу кріоліту-глиноземного розплавів займалася група російських дослідників на чолі з професором Петербурзького електротехнічного інституту Миколою Антоновичем Путіним. Вони поставили собі за мету - домогтися отримання алюмінію з вітчизняної сировини. Їх спільна праця, що вийшов в 1914 році, так і називався: «Про отримання алюмінію з російських мінералів». Замість бокситу, родовище якого не було відомо цим дослідникам, вони використовували уральський мінерал - Соймонов, що містить в своєму складі глинозем.

Подібно Федотьева, Н. А. Пушиної та його помічники проробили весь важкий шлях, починаючи від вилучення з соймоніта окису алюмінію і закінчуючи процесом електролізу в спеціально сконструйованій ванні.

Далеко не всі сорти бокситів, цих найбільш поширених алюмінієвих руд, однакові за змістом глинозему. Деякі містять його понад 60%, але такі родовища досить рідкісні. Зазвичай кількість глинозему в боксити не перевищує 35-50%. Професор А. Н. Кузнецов і Е. І. Жуковський в 1915 році розробили спосіб, що дозволяє отримувати чистий глинозем не тільки з таких руд, але навіть з простих глин, в яких глинозему є всього лише 20-30%. Запаси простих глин на землі величезні, тому метод Кузнєцова-Жуковського має велике значення. Суть методу надзвичайно проста. Боксит або глина, змішана з окисом кальцію і вугіллям, розплавляється в електричній або доменної печі. Глинозем, що міститься в глині, при цьому з'єднується з окисом кальцію і спливає у вигляді шлаку над дихаючої вогнем масою. Зазвичай при виробництві металу шлак являє собою побічний продукт. Тут же саме він йде в подальшу обробку. Вийшло в шлаку з'єднання глинозему з окисом кальцію легко розчиняється у водному розчині соди, з якого беруть в облогу водний глинозем. Роз'єднання глинозему і води здійснюється тим же шляхом, що і в методі Байєра.

Видатним російським хіміком А. А. Яковкіним в 20-х і 30-х роках нашого століття був розроблений ще один спосіб отримання глинозему з низькосортних бокситів. Цей спосіб зветься сухого лужного способу і полягає в тому, що боксит, змішаний з вапняком і содою, піддається нагріванню (спікання) у великих циліндричних обертових печах. Під впливом високої температури глинозем бокситу взаємодіє з содою, утворюючи в продуктах реакції хімічна сполука - алюмінат натрію, добре розчинний у воді. Інші складові частини спеченого маси у воді не розчиняються. Це дає можливість відокремити алюміній від домішок у вигляді розчину алюмінату. З розчину алюмінату виділяють потім кристали водного глинозему, які після прожарювання (для видалення вологи) і йдуть для отримання металевого алюмінію. Спосіб, розроблений А. А. Яковкіним, мав величезне значення для розвитку радянської алюмінієвої промисловості.

У будівництві та інших сферах сьогодні активно використовується алюмінієвий лист. Його широка поширеність пояснюється переліком привабливих експлуатаційних якостей. Щоб замовити необхідну кількість аркушів відповідних розмірів і характеристик, досить звернутися в ...

Зараз з'являється все більше сучасних і незвичайних матеріалів використовуваних в будівництві або в сільськогосподарської промисловості, але найбільшим попитом користувався і користується алюмінієвий профіль самого різного перетину. При цьому, найбільше ...

Профіль з алюмінію за зовнішнім виглядом являє собою конструкцію з металу заданої форми. Сучасні методи виробництва дозволяють виготовляти продукції різної конфігурації: трикутного, круглого, прямокутного перетину. . Профіль - основа міцного ...