В наши дни производство алюминия делится на две самостоятельные части: первая часть - химическая переработка алюминиевой руды, например, боксита, на окись алюминия, глинозем; вторая часть производства - электролиз глинозема в электролитных ваннах Эру и Холла.
Длинный путь предстоит бокситу, пока он превратится в серебристый и легкий металл.
Сотни железнодорожных вагонов везут с Тихвина и Урала боксит на алюминиевые заводы. На заводах, в огромных железобетонных складах, горы боксита ожидают своей очереди быть проглоченными мощными дробилками. Когда маленький Гулливер попадает в страну великанов, его мозг подавляют гигантские размеры всего, что его окружает. В глиноземном цехе все люди превращаются в маленьких Гулливеров, настолько необычно и огромно оборудование для производства глинозема.
Раскрывается двухметровая пасть грейферного крана. Стальные зубья схватывают красные глыбы боксита. Каждый зуб имеет полметра длины. Стальная челюсть крана медленно, но неумолимо смыкается, и очередная порция в 4 тонны боксита поднимается в воздух, крепко зажатая пастью крана, и, плавно передвигаясь вдоль склада, приближается к приемному бункеру дробилки «Титан».
Далеко внизу игрушечные люди размахивают руками. Они что- то сигнализируют крановщику. Дробилка с грохотом и шумом вдребезги разбивает все, что попадает между вращающимися стальными молотами. Боксит и известняк превращаются здесь в мелкие куски. Крепкие окаменелые красные глыбы боксита и плиты известняка дробятся и направляются в специальном подъемнике в отделение сушки.
Представьте себе металлическую трубу длиной 40 метров и диаметром 2 метра. Эта огромная труба в середине выложена огнеупорным кирпичом. Трубу называют вращающейся печью. Медленно и лениво поворачиваются стальные бока чудовища, поток раскаленных газов освещает его чрево. В печи царит температура свыше 800 градусов. Огонь просушивает боксит и известняк, влага окончательно уходит вместе с дымом через дымовую трубу.
Боксит и известняк размалываются в шаровых мельницах в красную и белую муку. Стальные шары с грохотом дробят алюминиевую руду. Порошок красного боксита смешивается с содой и белым порошком известняка. «Шоколадная» смесь направляется в шестидесятиметровую вращающуюся печь спекания. В печи при громадной температуре, в 1 200 градусов, обжигается смесь боксита, известняка и соды. Навстречу раскаленным газам движется, по мере вращения гиганта, шихта. Идет не видимая для глаза работа. Огонь изменяет химическую природу вещества.
Боксит содержит в себе глинозем и вредные примеси других веществ. Высокая температура соединяет глинозем и часть соды, образуя новое химическое вещество, которое потом можно будет растворить в воде. Та же высокая температура в печи переводит в нерастворимые осадки вредные примеси боксита. Все находит свое место. Сода помогла растворить нерастворимый глинозем, а известняк, наоборот, поможет сделать нерастворимыми вредные примеси боксита.
В огромных баках образовавшееся в печах спекания новое вещество - алюминат натрия - растворяется в щелочных растворах, а вредные примеси выпадают в осадок. Они не должны раствориться и загрязнить растворы, содержащие в виде алюмината натрия алюминий. Отделение от глинозема вредных примесей песка, окиси железа и других - вот весь смысл существования гигантских цехов по производству окиси алюминия. Осадки вредных веществ, красную жижу, выводят из цехов на прилегающие к заводу пустыри. В искусственных озерах промываются шламы, содержащие окись алюминия в виде алюмината натрия.
Автоклавы - «самовары великанов» - представляют собой огромные резервуары, где благодаря огромному давлению пара согреваются наши растворы. Молоко, приготовленное из обожженного мела, загружается вместе с растворами алюмината натрия в автоклавы. Через три-четыре часа пар сделает свое дело, и последние проценты вредных примесей песка выпадут в осадок, а чистые растворы уйдут в карбонизаторы.
В баках высотой с двухэтажный дом очищенные дымовые газы пробулькивают через растворы алюмината натрия. Эти газы пробивают толщу растворов, и в итоге мы получаем белые кристаллы водного соединения глинозема - гидрат окиси алюминия. Остается полученный гидрат «намертво» прокалить, и будет готова белая «крупчатка», или, если хотите, свежевыпавший, нежный белый снежок. Это и будет долгожданный чистый глинозем.
Глинозем - окись алюминия (соединение алюминия и кислорода) - получается в результате очень громоздких химических процессов.
Теперь глинозем пойдет в электролитные ванны Эру и Холла. Электрический ток будет командовать битвой, в жестокой схватке алюминий разорвет тысячелетние оковы кислорода. Освобожденный алюминий пойдет на службу человечеству. Гений Эру и Холла послал электричество в эту битву и освободил алюминий от упорных и навязчивых друзей - кислорода и кремния.
Всякая химическая реакция либо поглощает тепло, либо выделяет его. Если на образование какого-либо вещества пошло определенное количество тепла, то такое же количество тепла должно будет выделиться, если вновь полученное вещество опять разложить на исходные продукты. В природе ничто не пропадает: энергия - затраченное тепло - появится снова, как только пойдет обратная реакция.
В то незапамятное время, когда раскаленный земной шар начал остывать, но еще представлял собой сверкающую звезду, металлы, соединяясь с кислородом, подогревали его огромную массу. Всякий процесс соединения металла с кислородом выделяет огромное количество тепла, и чем больше тепла когда-то выделилось при окислении какого-либо металла, тем сильнее он себя закабалил, соединившись с кислородом, и тем больше тепла потребуется тому, кто захочет вновь получить из окислов чистые металлы. При своем окислении алюминий отдал земле много больше тепла, чем другие металлы, и поэтому так тяжело теперь превратить окись алюминия - глинозем - в металл. Когда-то голубой металл превратился в белоснежный порошок глинозема, теперь нужно уплатить ему то же количество тепла, и только тогда глинозем приобретет потерянный вид и превратится в чудесный легкий металл - серебро из глины.
После минуло полвека, но существенных поправок последующие поколения ученых в открытие Холла и Эру не внесли.
На рисунке на следующей странице изображен разрез электролитной ванны. Дно и бока ванны выложены слоем угля. Из угля же сделаны аноды, которые соединены с положительным полюсом динамомашины. Отрицательный полюс соединен с дном ванны. В светлом цехе выстроились десятки и сотни электролитных ванн, в каждой из них медленно, но верно могучий электрический ток выделяет из глинозема алюминий.
Попытаемся проникнуть в ванну и посмотреть, что же в ней происходит. Миллионы солдат, имя которым электроны, ринулись плотной стеной на штурм позиций неприятеля. В ванну был загружен криолит. И вот мощный электрический ток, проявляя свое тепловое действие, плавит твердые частицы криолита. Температура на поле брани дошла до тысячи градусов. Электроны с боем наступают на оранжево-красную расплавленную массу криолита. Но вот в жидкий расплавленный криолит стали засыпать глинозем. Глинозем растворился в расплавленном криолите. Наконец-то появился главный враг!
Положительно заряженные атомы алюминия и отрицательно заряженные атомы кислорода называются ионами. Отрицательные ионы кислорода разряжаются на угольных анодах и постепенно сжигают их. Положительные ионы алюминия притягиваются отрицательно заряженным дном ванны и, разряжаясь там, отдают свой электрический заряд. На дне ванны откладывается освобожденный алюминий.
В ванны загружают глинозем, а электрический ток разлагает его на алюминий и кислород. Кислород постепенно сжигает аноды, а со дна ванны вычерпывают алюминий и отливают из него серебристые слитки чудесного легкого металла. Так электрический ток, рожденный энергией большевиков на берегах Днепра и Волхова, выделяет в электролитных цехах десятки тысяч тонн голубого металла.
Много труда и средств нужно затратить государству, чтобы получить алюминий. Глинозем, криолит, угольные аноды - все это требует для своего производства специальных заводов, и, наконец, чтобы получить алюминий, нужен белый уголь - большие количества дешевого электричества. Тонна алюминия стоит свыше тысячи рублей золотом - такова твердая цена на мировом рынке; она, как в зеркале, отражает сложность выплавки алюминия. Железо в семнадцать раз дешевле голубого металла.
Если новые ученые, подобно Эру и Холлу, не найдут более дешевых способов производства алюминия, по-прежнему останется незаполненной бездонная пропасть между количеством алюминия в земной коре и его потреблением для нужд человечества. Молодая советская наука должна вписать в историю алюминиевой промышленности новую блестящую страницу. Век алюминия начнется в нашей стране, в единственной стране, где сняты вековые оковы рабства, мешавшие человечеству покорять и изменять окружающий мир для мощного расцвета высшей культуры - социализма.
Три главных преимущества имеет алюминий по сравнению с черными металлами. Алюминий легок. Он почти в три раза легче железа. Алюминий не ржавеет. Тонкая, не видимая для глаза пленка окиси алюминия, покрывающая все алюминиевые предметы, гарантирует их от разрушения. И, наконец, алюминий прекрасно проводит электрический ток, и только серебро и медь могут по электропроводности конкурировать с голубым металлом. Сплавы алюминия почти не уступают по крепости лучшим сортам стали и сохраняют свои главные преимущества: легкость, химическую стойкость, способность хорошо проводить электричество и тепло.
Сколько алюминия потребляют отдельные отрасли мирового хозяйства?
Начнем наш краткий обзор с транспорта, где преимущества алюминия очевидны.
Транспортная техника может быть — разграничена на три обособленные области: транспорт сухопутный, водный и воздушный.
Суша и вода - бесчисленные автомобили, железнодорожные вагоны, речные и морские суда - потребляют 20 процентов мировой выплавки алюминия. Авиация в мирное время использует почти такое же количество алюминия. Сорок процентов мирового производства голубого металла потребляет транспортная техника.
Электротехническая промышленность потребляет 15 процентов мировой выплавки алюминия. Алюминий успешно вытесняет медь, бывшую монополистку в мире электричества.
Строительная промышленность и домашнее хозяйство являются также крупными потребителями алюминия. Десять процентов - такова доля потребления легкого металла для повседневных нужд человека.
Химическая и пищевая промышленность быстро учли ценность химической стойкости алюминия. Эти отрасли используют 10 процентов годовой выплавки металла.
Чистый алюминий прекрасно прокатывается в тончайшие листики. Алюминиевая фольга успешно вытесняет другие упаковочные материалы. Десять процентов мировой выплавки алюминия раскатывается в фольгу.
Остается еще 15 процентов годовой выплавки металла.
Но мы слишком отвлеклись бы от главной линии нашего рассказа, если бы попытались перечислить все области применения алюминия. Прочтем лучше, что написано на ветвях и листьях алюминиевого дерева.
Алюминий под давлением валков прокатных станов прокатывается в листы и любые другие профили. Алюминий вытягивается в проволоку и под ударами молота проковывается в самые замысловатые изделия. Алюминий отливается в формы и дает точные отливки.
Листы, проволока, алюминиевая пудра, фольга, литье, штампованные и прессованные алюминиевые изделия широкой рекой вливаются в мир техники, в чудесный мир, где торжествует человеческий разум.
В 1915 году насчитывалось до 200 случаев применения алюминия в технике и в быту, а сейчас это число выросло в сотни раз. И с каждым годом замечательные свойства голубого металла, несмотря на его высокую стоимость, все больше расширяют области его внедрения в народное хозяйство.
Еще во времена Девиля научились из чистого металла производить алюминиевую посуду. Потомки Сен-Клер Девиля до сих пор пользуются посудой, подаренной семье их знаменитым предком. С тех пор тысячи тонн алюминия идут на производство посуды.
Фабриканты эмалированной посуды пытались пустить по миру «утку» о том, что алюминиевая посуда способствует распространению раковых заболеваний! Это утверждение имело своей единственной целью уменьшить все растущее распространение алюминиевой посуды.
Но фабрикантам эмалированной посуды не повезло, не помогла даже «утка». Алюминиевая посуда - все эти многочисленные кастрюли, котлы, сковороды, стаканы, подстаканники, столовые приборы - поглощает до 10 процентов мирового производства голубого металла.
Алюминий проникает во все уголки техники и быта. Парикмахер направляет струю горячего воздуха из алюминиевой электромашинки для сушки волос; влажные волосы быстро высыхают. Закончился суетливый рабочий день; уборщица приводит в порядок помещение; тихо жужжит алюминиевый пылесос, втягивая пыль. Алюминиевые газо- и электросчетчики невозмутимо отсчитывают обороты; поток газа и электричества измеряется безошибочно.
Можно далеко продолжить перечень небольших, но необходимых изделий из алюминия, которые повышают культуру нашего быта. Опрятная серебристая внешность этих предметов кладет свой особый отпечаток на все окружающее. В доме, где вся мебель, прочная, гигиеничная и легкая, сделана из алюминия, а алюминиевые, тисненные под гобелен обои придают комнате единообразный тон, невольно возникает мысль, что мечты Чернышевского близки к осуществлению.
Уже сейчас в ростках нового быта мы угадываем неуклонно приближающееся и на наших глазах создающееся будущее.
Пластмассы, качественные стали и легкие металлы несут с собой новую, высшую материальную культуру человечества. Много удивительных свойств несет в себе голубой металл, эти свойства еще далеко не разгаданы.
Культура железа насчитывает тысячелетия, а культура легких металлов всего лишь десятки лет!
Автомобиль, трамвай, железнодорожный вагон, паровоз, пароход и, наконец, аэроплан - все виды транспортной техники на земле, на воде и в воздухе требуют легких и прочных материалов. Алюминий прекрасно отвечает этим повышенным требованиям современной жизни.
Изредка по улицам города стремительно проносится красивый серебристый автомобиль. Зеркальная, отполированная поверхность голубого металла кажется огромным сверкающим самоцветом.
Автомобилестроение одно из первых использовало новые, небывалые свойства голубого металла. Но трудно было сразу оценить его значение. Сначала его применяли как украшение: для дверных ручек, рычагов, для внутренней отделки. Затем появились автомобили с кузовом из красивого и выносливого голубого металла. Появление твердых алюминиевых сплавов позволило перейти к изготовлению из них шасси и частей мотора. Алюминий и его сплавы завоевали автомобильную промышленность. В мировом соревновании на скорость выиграют те страны, которые сумеют возможно шире использовать легкие металлы. Социализм, соревнуясь с капитализмом, победит, - таков неумолимый ход истории. В ближайшем будущем все наиболее совершенные и красивые конструкции автомобилей будут принадлежать нашей родине, которая уже имеет замечательный ЗИС-101.
Алюминий и его прекрасные свойства нужны советскому автомобилестроению.
Каждые 20 килограммов алюминия, заменившие в автомобиле соответствующее количество тяжелых металлов, дают 3 процента экономии горючего. В четыре раза будут перекрыты дополнительные расходы на алюминий одной лишь экономией на бензине, не говоря уже о других преимуществах алюминия.
Колеса, корпус, шасси и мотор, почти все важнейшие детали автомобиля могут с успехом изготовляться из алюминия.
Если изготовить из алюминиевых сплавов паровозные шатуны, поршни и валы, то скорость паровоза можно увеличить на много процентов. Таким же образом можно облегчить вес вагонов. Такой локомотив, построенный с расчетом наилучшей обтекаемости воздухом, и алюминиевые обтекаемые вагоны сверхскоростных поездов революционизируют железнодорожный транспорт.
Лучшие современные скоростные паровозы развивают скорость до 150 километров в час. Будущие алюминиевые локомотивы будут мчаться по необозримым просторам нашей родины со скоростью свыше 200 километров в час! Легкие сплавы снижают мертвый вес подвижного состава на целую треть. Сначала алюминий проникал в вагоностроение медленно и постепенно: заменили медные дверные ручки алюминиевыми, затем стали употреблять алюминий для внутренней отделки вагона. Затем пришла очередь обшивки кузова и крыши.
Наконец из твердых алюминиевых сплавов начали строить вагонные тележки. Так алюминий оказался универсальным материалом и завоевал весь вагон.
Результаты применения алюминия в железнодорожном транспорте не замедлят проявиться.
Большие денежные средства и огромное количество труда уходят на устройство железнодорожного полотна. Насыпи, мосты, мостики должны быть тем прочнее, а, следовательно, и дороже, чем больше разрушающая сила тяжелых поездов будет давить на железнодорожные рельсы. Алюминий удешевляет наземные железнодорожные сооружения и увеличивает скорость движения поездов.
Цистерны для перевозки кислот, вагоны-холодильники строятся исключительно из алюминия; в этих случаях ни один металл не в состоянии соперничать с превосходными свойствами алюминия.
Алюминий не боится органических кислот, алюминий не отравляет, как медь, пищевые продукты.
Трамвайные вагоны, построенные с применением алюминия, дают возможность сэкономить электроэнергию на 20 процентов.
Торговый флот мира, так же как и военный, широко использует легкие сплавы. Для обороны морских границ СССР, для строительства мощного советского торгового флота алюминий приобретает исключительную важность. В последние годы появились новые сплавы алюминия, специально для морского транспорта. Новые сплавы обладают высокой устойчивостью против действия морской воды. Алюминиевая грудь парохода может смело разрезать океанские волны. Когда суда с железной обшивкой надводной и подводной частей из-за тяжелого поражения металла пойдут на слом, пароходы из голубого металла все еще будут бороздить великие морские пути. Голубую ленту, приз за наибольшую скорость перехода из Европы в Америку, получат легкие и быстроходные корабли, построенные из голубого металла.
Человек каменного века укрывался от непогоды в каменных пещерах, камень не только помогал ему отыскать пищу, но и согревал его. Каменные пещеры сменились постройками из обожженного кирпича. Таким образом, алюминиевые породы - камень, глина - сотни веков служили людям. Но в двадцатом веке металл - железо и сталь - проникли в строительство, растущие размеры домов диктовали необходимость в новом, более крепком и надежном материале. Железобетон открыл для человечества возможность строить грандиозные и замечательные сооружения.
Но это еще не последнее слово новой техники. Дюралюминий врывается в строительство! Высоко в небо растут гигантские дома. Легкие и прочные алюминиевые колонны, балки и перекрытия составляют их монолитные остовы. Все чаще инженер-строитель прибегает к помощи алюминия. Каркасы зданий, облицовка фасадов, лестницы, балюстрады, рамы и украшения - везде в строительстве и архитектуре легкие металлы занимают почетное место.
Крыши домов из тонких алюминиевых листов лучше любых других противостоят разъедающему действию насыщенной газами атмосферы городов.
Первая крыша из алюминия появилась в Риме на церкви Джиаккино. Это было в 1895 году. Прошли десятки лет, в решето превратились крыши домов верующей паствы, а «чудо» церкви Джиаккино, ее неизменившаяся крыша, из года в год вызывает удивление благочестивых прихожан.
Другая алюминиевая крыша, в Диссеигофене, у Боденского озера, служила с 1898 до 1931 года. Дом был предназначен к перестройке, и крыша была снята в таком состоянии, что ее немедленно использовали для другого дома.
Пройдет еще несколько десятилетий, но время не разрушит голубой металл, завоевывающий будущее. Надежная алюминиевая крыша закроет громады солнечных зданий. Алюминиевые крыша и остов сохранят гигантские сооружения на многие века.
В трюмах пароходов, в вагонах железных дорог, в кабинах самолетов по миру путешествуют миллионы тонн всевозможных грузов. Но если нет у них специальной доброкачественной упаковки, то гибнут пищевые продукты, приходят в негодность ткани, ржавеют металлические изделия - огромные количества ценностей превращаются в ничто. Алюминий и здесь оказывает человечеству неоценимую услугу.
Чистый алюминий прокатывается в тончайшие листики, толщиной в одну двухсотую миллиметра. Безвредная алюминиевая фольга идет для обертки всевозможных продуктов: конфеты, шоколадные плитки, головки сыра и тысячи других пищевых продуктов сохраняются в гигиенической алюминиевой «бумаге». Текстильные товары, металлические изделия, обернутые в алюминиевую фольгу, никогда не изменят своих нормальных свойств.
Алюминий удлиняет жизнь тысяч предметов и миллионов тонн необходимейших продуктов.
Хорошая электропроводность дала возможность алюминию нарушить монополию меди в электротехнике. Рожденный электричеством голубой металл помогает производить все большее количество электрической энергии.
В 1887 году администрация вокзала в городе Чикаго была обеспокоена быстрым износом медных электрических проводов. Воздух, насыщенный дымом и газами, разъедал медь. Специалисты, заинтересованные в прибылях производителей меди, категорически отрицали возможность замены меди алюминиевыми проводами. Но у начальника вокзала выхода не было, и он решил рискнуть. Несколько сот метров медного кабеля были заменены алюминиевым проводом: вокзальный воздух никакого действия на голубой металл не оказал.
От нескольких сот метров до 500 тысяч километров алюминиевых проводов в 1930 году - вот лучший показатель глубокого проникновения алюминия в электротехнику. Подсчеты показали, что там, где нужен 1 килограмм меди, алюминия достаточно всего лишь 1/2 килограмма.
Алюминиевые провода со стальной сердцевиной служат для передачи токов высокого напряжения.
Бесчисленные линии электропередач протянулись над нашей страной. Развитие электропромышленности, создание единой высоковольтной сети СССР будет базироваться на советском алюминии.
Часто, проходя по улицам нашего города, мы замечаем на стыках устанавливаемых трамвайных рельсов горшки странной формы. В этих горшках алюминиевый порошок восстанавливает окись железа, и жидкая сталь намертво схватывает концы рельсов. Способность тонко измельченного алюминия - так называемой «алюминиевой шерсти» - выделять огромные количества тепла при соединении с кислородом широко используется в технике. Этим способом можно расплавить самые тугоплавкие металлы и сверхтвердые сплавы, твердость которых приближается к твердости алмаза. Хром, молибден, вольфрам и другие редкие металлы, без которых нельзя производить нержавеющие и специальные стали, выплавляются при помощи измельченного алюминия.
Возможность сваривать стальные предметы алюминиевой пудрой открывает перед техникой совершенно неожиданные перспективы.
В труднейших арктических условиях совершают свои плавания советские ледоколы, возможность аварии, крупной поломки грозит каждую минуту. Легко себе представить, какое значение в таких условиях приобретает поломка вала корабля, лишающая его способности самостоятельного передвижения. И вот, вместо грозной зимовки во льдах, корабль возвращается к жизни: алюминиевая пудра позволяет сварить полуметровый цилиндр гребного вала, и судно может беспрепятственно продолжать свой путь. То, что мы наблюдали при сварке рельсов, только в большем масштабе, может быть проделано на ледоколе. Мужественные полярники могут не бояться новых испытаний: место сварки стало еще прочнее, чем до аварии!
Алюминий - металл, необходимый и в металлургии. Для того чтобы сталь была прочной, нужно очистить ее от вредных примесей. И вот в огромные ковши с расплавленным металлом забрасывают небольшое количество алюминия. Голубой металл, жадно соединяясь с кислородом, разлагает вредную закись железа. Закись превращается в сталь, а кислород, соединившись с алюминием, образует шлаки, всплывающие на поверхность металла и легко удаляемые из ковша. Этот процесс в металлургии называют раскислением стали, ее очисткой от закиси железа и вредных газовых включений.
Алюминий, таким образом, дает возможность получить чистую, прочную, высококачественную сталь. Значение его в этой области техники едва ли можно переоценить.
В непрерывных поисках легких и прочных материалов современная техника все больше обращается не только к алюминиевым, но и к сверхлегким сплавам на магниевой основе. Магний, имея удельный вес 1,7, примерно в полтора раза легче алюминия (2,7).
Запасы магния в земной коре огромны (вспомните рисунок в начале книги). Магниевые сплавы типа «электрон» имеют в своем составе около 5-6 процентов алюминия и более 90 процентов магния.
Эти сплавы получили последнее время большое значение в строительстве скоростных спортивных самолетов, но их особая важность не в этом. В первую очередь сверхлегкие сплавы нужны военной авиации.
На Урале с давних пор существуют изумрудные копи. Изумруды, добытые в копях, после огранки поступали на рынок и принесли Уралу славу. Зеленоватые самоцветы приобрели мировую известность.
В наше время изумрудные копи известны и другим: там добывают минерал берилл, из которого получают в дальнейшем легчайший металл - бериллий. В сплаве с магнием бериллий дает много твердых и легких сплавов, применяющихся в авиамоторостроении.
Можно далеко продолжить список легких сплавов. Алюминий, магний, бериллий и другие легкие металлы дружной семьей становятся на помощь человеку в борьбе за скорость и легкость, за новую, социалистическую технику.
Алюминий создал авиацию. Это смелое утверждение не покажется преувеличением, если вспомнить ту роль, какую играют легкие сплавы в современной технике. Разве могут все эти неуклюжие «фарманы» и «ньюпоры», построенные из дерева и холста, идти в какое-либо сравнение с могучими многомоторными воздушными кораблями наших дней - самолетами и дирижаблями?
Достижение легкости и прочности самолетов, уменьшение веса авиамоторов на единицу мощности находится в прямой связи с использованием сплавов алюминия. Эти сплавы - дюралюминий, советский кольчугалюминий, силумины - прочно заняли свое место в самолето- и моторостроении. Больше прекрасных алюминиевых сплавов, больше добротных алюминиевых птиц - крепче социалистическая родина!
Высотные полеты требуют максимальной легкости. Полеты в стратосфере сулят человеку сказочные скорости. Алюминий, по признанию конструкторов, - лучший материал для постройки стратопланов.
Стратостат Пикара, совершивший свой знаменитый полет на высоту 16 километров, имел алюминиевую гондолу. Американский стратостат «Эксплорер II», в 1935 году поднявшийся на рекордную высоту в 22 километра, тоже имел гондолу из легких сплавов. Славные герои нашей страны Прокофьев, Бирнбаум и Годунов взвились в стратосферу в гондоле из советского алюминия.
Может быть, очень скоро алюминиевая гондола стратостатов уступит место алюминиевым ракетам, которые унесут смелых и отважных людей в межпланетные пространства!
Растут молодые и сильные люди, которые пойдут дальше по дороге, проложенной великими учеными прошлого. Работы Деви, Велера, Сен-Клер Девиля, Холла и Эру будут продолжены. На новых гигантских заводах нашей страны будет производиться голубой металл дешевле и проще, чем во всем мире.
Алюминий позже других металлов стал на службу людям, алюминий поможет дальнейшему неуклонному движению человечества к великим победам техники завтрашнего дня.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Алюминий — серебристо-белый блестящий металл, который примерно в три раза легче, чем железо. Из него можно вытягивать проволоку более тонкую, чем самые тонкие волосы, и изготавливать пластины толщиной с чертежный лист. Возможно, вас несколько удивит тот факт, что он является самым широко распространенным металлом на Земле. Он составляет примерно 8 процентов от всей массы земной коры.
Однако в природе алюминий никогда не встречается в чистом виде. Легко взаимодействуя с другими элементами и веществами, он образует соединения, входящие в состав почвы и горных пород. Многие прекрасные драгоценные камни — сапфиры, рубины, гранаты и другие — являются соединениями алюминия.
Долгое время проблема отделения алюминия от других веществ была весьма трудно разрешаемой, и поэтому он стоил очень дорого. В 1886 году ученый-химик Чарльз Мартин Холл нашел дешевый способ получения этого металла в больших количествах. В расплаве криолита, являющимся соединением алюминия и натрия со фтором, он растворил небольшое количество окиси алюминия. Потом он поместил смесь в сосуд из гранита и пропустил через нее постоянный электрический ток. Через пару часов он обнаружил на дне сосуда маленькие блестящие «пуговицы», состоявшие из чистого алюминия. Этот способ до сих пор лежит в основе получения практически всего металлического алюминия, производимого в мире. Криолит был найден только в Гренландии, однако он может быть получен искусственным путем. Основным сырьем для производства алюминия служит его окись, входящая в состав бокситов. Их залежи имеются во многих регионах мира.
Алюминий — почти идеальный материал для изготовления кухонной утвари, поскольку он хорошо проводит тепло и легко очищается. Однако особенно широко он используется в самолетостроении и при производстве двигателей машин.
Из чего делают алюминиевую фольгу?
Алюминий — это металл, который чаще всего встречается в земной коре: он составляет 7—8 процентов земной коры. Но алюминий не существует в природе в чистом виде. Он находится в соединении с другими химическими элементами, состав которых очень трудно разложить. Наиболее важная алюминиевая руда — это боксит, разновидность глины. Он содержит от 40 до 60 процентов окиси алюминия.
Алюминий имеет ряд качеств, которые делают его полезным для многих изделий. Алюминий — легкий, весит втрое меньше таких металлов, как железо, медь, никель, цинк. Алюминий хорошо проводит электричество, а также хороший тепловой проводник, поэтому в технике его часто используют в радиаторах систем охлаждения. Алюминий сопротивляется коррозии: когда он находится на воздухе, то сразу же вступает в реакцию с кислородом, образуя тонкую, прочную бесцветную пленку, которая защищает металл от дальнейшего химического воздействия, предотвращая коррозию.
По этим и другим причинам алюминий используется при изготовлении фольги. Фольга — это слой любого металла, толщиной около 0,127 мм или меньше. И чтобы раскатать металл до такой толщины, необходимы механизмы с огромной точностью. Даже самые небольшие изменения толщины выделяются на фольге. Различные виды прокатных станов изобретены для раскатки алюминия и других металлов, где нужна точная толщина.
Алюминий так податлив, что может быть раскатан в листы фольги толщиной 0,005—0,008 мм. Для этого используется чистый алюминий. Но в основном и для большей крепости фольги используются алюминиевые сплавы. В данном случае другие металлы соединяются с алюминием. Алюминиевая фольга, которая используется дома, устойчива к влаге и газу, предохраняет от жира, она не имеет запаха и вкуса, устойчива к коррозии, отражает тепло и не пропускает свет.
Дюралюминий - сплав алюминия с медью и магнием, относится к основному конструкционному материалу в авиации. Применение этого материала способствует уменьшению собственной массы воздушного судна и улучшению его характеристик. В самолетостроении из высокопрочных алюминиевых сплавов изготавливают обшивку, киль, фюзеляж, крыло и др.
Алюминиевые сплавы, благодаря высоким показателям удельной прочности и жесткости, используют для изготовления объектов космической техники. Это носовая часть, баки и межбаковые части ракеты. Замечательное свойство алюминия и его сплавов - увеличивать прочность и пластичность при понижении температуры. А это свойство очень важно при контакте алюминия с жидким кислородом, гелием и водородом.
В электротехнической промышленности без алюминия и его сплавов не обойтись при производстве кабелей, конденсаторов, шинопроводов, выпрямителей переменного тока.
Алюминий используется не только как проводниковый материал для передачи электроэнергии на значительные расстояния. Не так давно, благодаря коррозионной стойкости и легкости, стали применять алюминиевые сплавы для опор линий электропередач.
Применение в нефтяной, газовой и химической промышленности
Здесь из сплавов алюминия изготавливают трубопроводы, емкости для хранения нефтепродуктов, работающие под давлением сосуды, узлы и детали нефтегазопромысловых изделий и другое специальное оборудование. Применение алюминиевых сплавов позволяет значительно уменьшить вес бурильного оборудования, упростить его транспортабельность и т.п.
Коррозионная стойкость сплавов на основе алюминия повышает эксплуатационную надежность бурильных, нефтегазопроводных и насосно-компрессорных труб. Основным конструкционным материалом для изготовления бурильных труб является дюралюминий Д16.
Воплотить интересные архитекторские задумки в жизнь помогают алюминиевые профили и листовой алюминий. Возведенные алюминиевые конструкции характеризуют легкость, коррозионная стойкость и прочность. В гражданском и промышленном строительстве используют алюминиевые перекрытия, легкие балки, фермы, колонны, ограждения. А также оконные рамы, лестницы, перила, детали вентиляционных систем и т.п.
Применение в судостроении
Алюминий и его сплавы нашли свое применение и в судостроении. Из дюралюминия и других сплавов на основе алюминия выстроены корпуса быстроходных «Метеоров» и «Ракет», палубные надстройки, спасательные лодки, трапы, радарные мачты и другое судовое оборудование. В результате этого происходит значительное снижение массы судна, а, следовательно, повышается его грузоподъемность, скорость и маневренность.
Применение в автомобильном и ж/д транспорте
В автомобильной промышленности и ж/д транспорте алюминий и его сплавы также находят свое применение. Это тяжелые рамы грузовых авто, обшивочный материал кузова, автоцистерны. Кузова и рамы ж/д вагонов , цистерны для перевозки продуктов нефтехимической промышленности.
Хорошие коррозионные качества материала позволяют перевозить продукцию с агрессивной концентрацией, продлевают срок эксплуатации транспортных средств.
Применение в быту
Здесь можно найти все, что стоит знать об алюминии: его основные характеристики, отрасли использования, историю открытия и наглядное описание того, как его производят сейчас.
Познавательно и полезно и для детей, и для взрослых!
Что такое алюминий?
Алюминий - это легкий и пластичный белый металл, матово-серебристый благодаря тонкой оксидной пленке, которая сразу же покрывает его на воздухе. Он относится к III группе периодической системы, обозначается символом Al, имеет атомный номер 13 и атомную массу 26,98154. Температура его плавления составляет 660°. Алюминий чрезвычайно распространен в природе: по этому параметру он занимает четвертое место среди всех элементов и первое - среди металлов (8,8% от массы земной коры), но не встречается в чистом виде. Его в основном добывают из бокситов, хотя известно несколько сот минералов алюминия (алюмосиликаты, алуниты и т. п.), абсолютное большинство которых не подходит для получения металла.
Алюминий обладает замечательными свойствами, которые объясняют широчайший спектр его применения. По объемам использования в самых разных отраслях промышленности он уступает только железу. Ковкий и пластичный, алюминий легко принимает любые формы. Оксидная пленка делает его устойчивым к коррозии, а значит, срок службы изделий из алюминия может быть очень долгим. Кроме того, к списку достоинств необходимо добавить высокую электропроводимость, нетоксичность и легкость в переработке.
Всем этим объясняется огромное значение легкого металла в мировой экономике. Без него аэрокосмическая индустрия никогда не получила бы развития. Алюминий необходим для производства автомобилей, вагонов скоростных поездов, морских судов. Самые разные виды продуктов из алюминия используются в современном строительстве. Алюминий практически вытеснил медь в качестве материала для высоковольтных линий электропередачи. Примерно половина посуды для приготовления пищи, продаваемой каждый год во всем мире, сделана именно из этого металла. Мы уже не можем представить магазин без алюминиевых банок для напитков и аптеку без лекарств, упакованных в алюминиевую фольгу.
Где используется?
Транспорт
Чтобы создать современное транспортное средство, будь то автомобиль, поезд, океанский лайнер или космический корабль, необходим алюминий. Поэтому транспортная индустрия - его главный мировой потребитель. На западе производители транспорта обеспечивают 26% спроса на первичный алюминий и 38% спроса на вторичный алюминий. И неудивительно: детали из этого легкого, прочного, устойчивого к коррозии металла могут служить десятки лет.
Кроме того, производители транспортных средств в наши дни стараются по максимуму заменить алюминием традиционные железо и сталь. Дело в том, что использование более легких материалов позволяет снизить вес автомобиля или вагона поезда - а значит, существенно сэкономить топливо.
Электрика и машиностроение
Любое словарное или энциклопедическое определение алюминия, в первую очередь, указывает на его способность прекрасно проводить электричество. Это качество в сочетании с легкостью и устойчивостью к коррозии делает его одним из важнейших материалов для производства электротехники. Более 25% алюминия, производимого в России, используется в этой области.
Из алюминия производят провода для высоковольтных линий электропередач и кабели самого разного назначения. Подстанции, на которых понижают напряжение и распределяют электричество по разным каналам, часто целиком построены из алюминия. Энергетические системы и электрические приборы невозможно представить себе без алюминиевой проволоки: из нее делают обмотку моторов и трансформаторов.
Кстати, чтобы своими глазами увидеть, насколько алюминий важен для электротехнической индустрии, даже не надо выходить из дома - достаточно посмотреть на обычную электрическую лампочку. Ее цоколь сделан именно из этого универсального металла - роль, которую алюминий отвоевал у латуни еще в 50-х годах прошлого века.
Еще одна отрасль, где применяется алюминий, это промышленное машиностроение. Из крылатого металла делают ирригационные системы, элементы двигательных установок производственного оборудования, конвейерные ленты и системы автоматизированного управления, лестницы, строительные леса, крепления.
Фармацевтика
В 1926 году было открыто, что осажденный квасцами дифтерийный токсоид (обезвреженный бактериальный токсин) гораздо лучше стимулирует выработку антител, чем он же в чистом виде. С тех пор для усиления действия вакцин чаще всего используют алюминиевые соли, поскольку они считаются безвредными для человека.
Именно на основе алюминия производят наиболее эффективные антациды. Гидроокись алюминия, хорошо нейтрализующая кислоту, нужна для лечения язвенных болезней, диспепсии, раздражения желудка. Для этих же целей подходит фосфат алюминия.
Но даже тем, у кого прекрасное здоровье, пригодится содержащее алюминий средство, которое продается в любое аптеке, да и не только. Речь идет о дезодоранте-антиперспиранте. Еще древние греки и римляне использовали квасцы для подавления секреции. Обычными квасцами пользовались и наши бабушки. В первые фабричные средства от запаха пота добавляли хлорид алюминия, а основным агентом современных средств является хлоргидрат алюминия. Кстати, на чем основан эффект их действия, до сих пор точно не известно.
Тара и упаковка
Идеальная упаковка должна быть легкой, прочной, не бьющейся, не токсичной и, конечно, подходящей для переработки. Можно ли достичь такого идеала? Да, если использовать тару или упаковку из алюминия! Она защищает от света, влаги, бактерий и неприятных запахов, отлично сохраняет вкус и аромат и удобна в транспортировке. Не говоря уже о прочих приятных качествах - например, способности долго сохранять нужную температуру. Поэтому две самые распространенные формы алюминиевой упаковки - банки для напитков и фольга - буквально завоевали мир.
Первая алюминиевая банка для напитков появилась не так давно - в 1972 году. Она весила в два раза меньше стальной банки и в девять раз меньше стеклянной бутылки. Современные варианты еще легче: сегодня на производство каждой банки уходит на 40% меньше металла, чем тридцать пять лет назад.
Изнутри банки имеют защитное полимерное покрытие, позволяющее увеличить срок хранения продукта. Оно гарантирует, что содержимое никогда не войдет в соприкосновение с металлом
Фольга - второй по популярности вариант алюминиевой упаковки. Ее удивительные изолирующие качества обеспечивают превосходство над большинством других твердых и гибких материалов. Тончайший слой алюминиевой фольги, иногда всего в 6,35 микрон толщиной (это в восемь раз тоньше банкноты), обеспечивает полную защиту от света и жидкости. Фольгу легко стерилизовать. Неудивительно, что ее широко используют производители лекарств, косметики и средств гигиены. Обычный блистер с таблетками или порционная упаковка дорогой косметической маски - все это делается из фольги.
Строительство
Из общемирового объема производимого алюминия 20% идет на строительство. Редкое здание сегодня возводится без использования этого металла, ведь физические свойства алюминия делают его прекрасным строительным материалом. Легкий вес означает, что несущие конструкции получают меньшую нагрузку, а прочность позволяет использовать его для решения самых разных задач. Особые преимущества дает устойчивость к коррозии: алюминий прекрасно подходит для районов с тяжелыми погодными условиями. И, конечно, его легкоплавкость дает простор для фантазии архитекторов и дизайнеров.
Алюминиевые конструкции или, говоря иначе, строительные материалы из алюминия помогают поддерживать в домах прохладу летом, тепло зимой, а уют и сухость - круглый год. Так, алюминиевый сайдинг, снабженный изоляцией и отражающим покрытием из фольги, защищает в четыре раза лучше, чем кирпичная облицовка толщиной в 10 см или каменная кладка толщиной более 20 см.
Ежегодно в новых и старых зданиях устанавливают миллионы алюминиевых рам и дверей. Высокопрочные, хорошо удерживающие внутреннюю температуру, обладающие низким коэффициентом расширения и сжатия, они отвечают всем современным требованиям. Новейшие технологии позволяют монтировать в алюминиевые рамы солнечные батареи - вероятно, в будущем этот способ энергосбережения станет весьма популярным.
Дизайн
До того, как алюминий научились добывать промышленным способом, он был настолько редким и ценным, что какое-то время стоил дороже золота. Неудивительно, что первым его применением стали ювелирные украшения, медали и прочие драгоценные предметы.
Одним из первых «ювелиров-алюминщиков» был Оноре Северин Бурдонкль (Honoré-Séverin Bourdoncle). В 1855-1860-х годах он работал для двора Наполеона III и создал, в частности, алюминиевую погремушку для наследного принца и несколько кубков и браслетов в форме замысловатых скульптурных композиций. А датчанин Йорген Балтазар Далхофф (Jørgen Balthasar Dalhoff) сделал из нового материала парадные шлемы для короля Фредерика VIII и принца Фердинанда.
На рубеже веков новый материал покинул придворные покои и стал появляться на улицах. Не подверженный коррозии, он отлично подошел для городской и садово-парковой скульптуры. Именно из алюминия сэр Альфред Гилберт (Sir Alfred Gilbert), самый выдающийся британский скульптор конца 19 века, в 1893 году создал знаменитую статую Эроса, которая была установлена на Пикадилли и стала одним из символов Лондона.
20-е - 30-е годы прошлого века принесли популярность металлической мебели. Правда, в Старом Свете ее не оценили, зато американцы сочли удобной и привлекательной. Одним из первых трубчатую алюминиевую мебель стал разрабатывать Уоррен Макартур (Warren McArthur). Изначально она предназначалась для офисов, но впоследствии заняла место в домах ценителей нового дизайна - в том числе, у Марлен Дитрих и других голливудских звезд.
С началом 50-х годов, на заре эры массового потребления, предметы из алюминия стали ассоциироваться с новым оптимистичным стилем жизни. Во дворах и садах появились складные стулья из алюминиевых трубок и нейлона - наглядные примеры использования военных технологий в мирных целях, а на столах - наборы для прохладительных напитков из яркого анодированного алюминия.
Алюминий был продемонстрирован и на подиуме: в конце 60-х Пако Рабанн (Paco Rabanne) представил коллекцию металлических мини-платьев, которые стали его фирменным знаком. А его показ 1999 года блистал платьями с алюминиевыми дисками. Сальваторе Феррагамо (Salvatore Ferragamo) создал изящные сумочки из легкого металла, Оскар де ла Рента (Oscar de la Renta) делал алюминиевые купальники. У Иссей Мияке (Yssey Miyake) фольга использовалась для создания «одежды будущего» в коллекции Starbust зимы 1998 года. Но легкий металл используется не только в высокой моде: у многих женщин есть одежда с люрексом, который делают из алюминиевой фольги и пластика.
Когда его открыли?
Первое упоминание о металле, который по описанию был похож на алюминий, встречается в первом веке нашей эры у Плиния Старшего. Согласно изложенной им легенде, некий мастер преподнес императору Тиберию необычайно легкий и красивый кубок из серебристого металла. Даритель сообщил, что получил новый металл из обычной глины. Очевидно, он ожидал благодарности и покровительства, но вместо этого лишился жизни. Недальновидный правитель приказал обезглавить мастера и разрушить его мастерскую, чтобы предотвратить обесценивание золота и серебра.
Первый задокументированный шаг к получению алюминия сделал прославленный Парацельс в 16 веке. Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержавшую окись неведомого тогда металла. А в середине 18 века эксперимент повторил немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf). Он назвал окись алюминия словом «alumina» (от латинского «alumen» - вяжущий). С этого момента о существовании алюминия стало известно науке, однако, не будучи найденным в чистом виде, металл не получил настоящего признания.
В 1808 году англичанин Хэмфри Дэви (Humphry Davy) пытался выделить алюминий методом электролиза. Это ему не удалось, но ученый все же дал металлу его современное название. Успехом увенчались эксперименты датчанина Ханса-Кристиана Эрстеда (Hans Christian Ørsted) в 1825 году. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он получил хлористый алюминий. Нагрев его с амальгамой калия, Эрстед выделил металл, по своим свойствам похожий на олово. Ученый сообщил об этом в малоизвестном журнале и прекратил эксперименты. Эстафету принял немец Фридрих Велер (Friedrich Wöhler), который в итоге потратил 18 лет работы на то, чтобы получить алюминий в виде слитка.
Как его получают сейчас?
Алюминий - самый распространенный металл в природе: его доля в земной коре составляет до 8,8%. Благодаря своей химической активности он практически не встречается в свободном виде: несмотря на бытующее мнение, алюминиевых рудников в природе не существует - для промышленного производства подходят лишь немногие из содержащих его минералов и горных пород.
Алюминий - легко плавящийся металл. Без него довольно сложно представить современную жизнь. Из алюминия делают провода, покрывают корпус самолетов, он хорошо проводит ток. Добыть металл можно не только на производстве, но и в домашних условиях.
Вам понадобится
- Глина, порошок графита, сварочный аппарат, железная бочка,любое нежилое помещение.
Инструкция
Найдите нежилое помещение, гараж или сарай. В нем обязательно должен находиться источник тока для дальнейшей работы.
Алюминий добывают из бокситов. Накопайте в лесу, поле или на любом карьере глины. В 100 кг глины находится от 30 до 70 кг алюминия. Высушите ее на солнце или с помощью любого сушильного аппарата. Это требуется для последующих действий.
Глину нужно измельчить. Для этого ее закладывают в бетономешалку. Можно разложить глину на какой-либо поверхности и измельчить любым тяжелым предметом. Если ее немного, используйте обычную бытовую терку. Важно, чтобы глина была полностью сухая. Измельчайте до тех пор, пока не получится порошок. Из него гораздо легче и быстрее получится добыть металл.
Смешайте порошок глины с порошком графита. Его можно приобрести в любом строительном магазине или на рынке. Графит требуется для улучшения структуры алюминия. Он сам по себе очень хорошо проводит ток. Количество порошка графита зависит от того, насколько проводимым вы хотите сделать алюминий. Если этот металл нужен вам для каких либо работ с энергией, добавьте графит в расчете 20 кг на 100 кг глины. Если же для чего-то другого, берите 10 кг.
Засыпьте получившуюся смесь порошка в большую железную бочку. Залейте водой. Влажности должно быть не меньше 75%. Вода - хороший проводник тока, и поэтому процесс изготовления пойдет быстрее. С помощью сварочного аппарата или любого другого мощного прибора подайте напряжение к бочке. Будьте крайне осторожны. Не трогайте бочку, тем более влажными руками. Благодаря мощному току и порошку графита через 5-8 секунд произойдет отщепление кислорода от глины и образуется сплав алюминия. Источник подачи электричества нужно отключить.
