ИСТОРИЯ АЛЮМИНИЯ
Алюминий – один из самых молодых металлов, открытых человеком. В чистом виде в природе он не встречается, поэтому получить его удалось лишь в XIX веке, благодаря развитию химии и появлению электричества. За полтора века алюминий прошел невероятно интересный путь от драгоценного металла до материала, использующегося абсолютно в каждой
сфере деятельности людей.
Немногие элементы в природе могут составлять такое большое количество сплавов, как алюминий. Для улучшения механических свойств в алюминий добавляются определенные количества аллигативных элементов. В сочетании с другими элементами характеристики этого металла, которые Просто простой пример: оксид алюминия или корунд, это самое сложное природное вещество после алмаза, с относительной твердостью 9 по шкале Мооса.
§ Наивысшая электрическая и теплопроводность. § Содержание алюминия более 95%. Большая часть металлических элементов растворяется в алюминии, однако медь, кремний, магний, цинк, марганец - это сплавы, используемые для алюминия с образованием родительских сплавов; помимо них могут быть использованы элементы, которые улучшают некоторые аспекты производительности сплавов, известные как исправления. Для специальных целей добавляются небольшие проценты никеля, титана, циркония, хрома, висмута, свинца, кадмия и даже олова и железа, причем последние всегда присутствуют в качестве примесей.
«
Вы думаете, всё так просто? Да, всё просто.
Но совсем не так».
Альберт Эйнштейн
Физик-теоретик
Открытие алюминия
В элементах орнамента гробниц китайских императоров III века н.э. использован алюминиевый сплав, содержащий алюминий, медь и марганец
Когда упомянутые выше элементы добавляются только к основному алюминию, у них есть бинарные сплавы, когда два-три или три-три добавляют соответственно тройные сплавы или четвертичные сплавы. Каждый элемент имеет свой особый эффект, например. § Магний: повышает коррозионную стойкость в щелочной и морской среде.
§ Марганец: увеличивает механическую прочность и коррозию. § Медь: увеличивает механическую прочность, особенно горячую. Цинк: Особенно, если он связан с магнием, он дает высокую механическую прочность. Международная классификация обеспечивает четырехзначную систему, первая из которых указывает на основной элемент аллигатора, согласно этому индексу.
Человечество сталкивалось с алюминием задолго до того, как этот металл был получен. В «Естественной истории» римского ученого Плиния Старшего говорится о легенде I века, в которой мастер дарит императору Тиберию чашу из неизвестного металла – похожую на серебряную, но при этом очень легкую
.
Достаточно широко в древности применялись квасцы – соль на основе алюминия. Полководец Архелай обнаружил, что дерево практически не горит, если его выдержать в растворе квасцов – этим пользовались для защиты деревянных укреплений от поджогов. В античные времена квасцы применялись в медицине, при выделке кож, в качестве протравы при крашении тканей. В Европе, начиная с XVI века квасцы использовались повсеместно: в кожевенной промышленности в качестве дубильного средства, в целлюлозно-бумажной – для проклеивания бумаги, в медицине – в дерматологии, косметологии, стоматологии и офтальмологии.
Число, которое следует за этими письмами, указывает на состояние лечения. Механические характеристики могут быть увеличены в определенных пределах за счет увеличения прочности. Основные области применения включают химические заводы, отражающие тела, теплообменники, электрические проводники и конденсаторы, архитектурные и декоративные применения.
Это сплавы термообработки; после термической обработки они развивают механические характеристики, сравнимые с характеристиками углеродистых сталей. Их коррозионная стойкость меньше, чем у других алюминиевых сплавов; по этой причине в критических приложениях им нужны системы защиты; по той же причине тонкие листы также доступны в варианте с покрытием с другими алюминиевыми сплавами с лучшей коррозионной стойкостью. Они отличаются отличной обрабатываемостью для станков и ограниченной свариваемостью сварки.
Именно квасцам (по-латински – alumen) алюминий обязан своим именем. Его металлу дал английский химик Гемфри Дэви, который в 1808 году установил, что получить алюминий можно методом электролиза из глинозема (оксид алюминия), но подтвердить теорию практикой он не смог.
Ханс Кристиан Эрстед
1777 - 1851
Это сделал датчанин Ханс Кристиан Эрстед в 1825 году. Правда, судя по всему, ему удалось получить не чистый металл, а некий сплав алюминия с элементами, участвовавшими в опытах. Ученый сообщил об открытии и прекратил эксперименты.
Затвердевание этих сплавов происходит путем осаждения. Твердость частиц кремния также дает хорошую износостойкость. К этой системе добавляются другие элементы сплава, такие как медь и магний. Он обычно не требует старения термообработки и имеет хорошую прочность плавления. Магний также обеспечивает отличную коррозионную стойкость и хорошую свариваемость: эти функции используются при строительстве алюминиевых кузовов. Коррозионная стойкость высока, даже в морской среде.
Это сплавы термообработки; после термообработки развивают промежуточные механические характеристики, как правило, ниже, чем у сплавов серий. Они имеют хорошую формуемость, обрабатываемость, проницаемость и свариваемость. Они используются для архитектурных приложений, мотоциклов и велосипедов, а также в целом сварных конструкций. Эта система является основным классом сплавов для горячих заготовок и отливок. Они могут сочетать некоторые благоприятные характеристики: хорошая механическая прочность, относительно низкая температурная чувствительность, хорошая коррозионная стойкость.
Его работу продолжил немецкий химик Фридрих Вёлер, который 22 октября 1827 года получил около 30 граммов алюминия в виде порошка. Ему понадобилось еще 18 лет непрерывных опытов, чтобы в 1845 году получить небольшие шарики застывшего расплавленного алюминия (корольки).
Открытие алюминиевой руды. В 1821 году геолог Пьер Бертье обнаружил во Франции залежи глинистой красноватой по
роды. Свое название «боксит» (bauxite) порода получила по наименованию местности, где была найдена – Les Baux.
Это сплавы термообработки; эти сплавы развивают самые высокие механические характеристики среди алюминиевых сплавов; Цинк увеличивает прочность и ударную вязкость, а также повышает устойчивость сплава. Сплавы с наивысшими механическими характеристиками могут иметь тензорную чувствительность к коррозии; по этой причине были разработаны конкретные «стабилизирующие» методы лечения.
Они обладают хорошей обрабатываемостью для станков и, в большинстве случаев, плохой свариваемостью. Они используются для авиационных сооружений и транспортных средств, а также для сильно нагруженных деталей. Различия между различными сплавами чрезвычайно различны. Связь между массовыми и механическими характеристиками означает, что материалом, наиболее используемым в аэрокосмической и аэрокосмической промышленности, сегодня является алюминиевый сплав. Коррозионная стойкость одинаково варьируется сплавом сплава.
Открытый учеными химический метод получения алюминия довел до промышленного применения выдающийся французский химик и технолог Анри-Этьенн Сент-Клер Девиль. Он усовершенствовал метод Вёлера и в 1856 году совместно со своими партнерами организовал первое промышленное производство алюминия на заводе братьев Шарля и Александра Тиссье в Руане (Франция).
Поэтому алюминиевые сплавы для использования в особо агрессивных средах должны принадлежать первой группе. При наличии других элементов, таких как кремний и марганец, и особенно при термической обработке и упрочнении, технологические функции оптимизированы для достижения максимальных результатов в конкретном приложении.
Алюминий, благодаря своим внутренним характеристикам, является идеальным материалом для упаковки, потому что он позволяет потреблять товары и товары во времени и пространстве, а также предлагает соотношение высокой производительности и веса, что гарантирует максимальный путем добавления минимального веса к такому упакованному продукту. Результатом является также разграничение транспортных расходов. Кроме того, алюминиевая упаковка гарантирует отличный барьерный эффект, который защищает содержимое от света, воздуха, влаги.
200 тонн
алюминия было получено химическим способом Сент-Клер Девиля в период с 1855 по 1890 годы
Получаемый металл был похож на серебро, был легким и при этом дорогим, поэтому в то время алюминий считался элитным материалом, предназначенным для изготовления украшений и предметов роскоши. Первыми продуктами из алюминия считаются медали с барельефами Наполеона III, который всячески поддерживал развитие производства алюминия, и Фридриха Вёлера, а также погремушка наследного принца Луи-Наполеона, выполненная из алюминия и золота.
Эти свойства обеспечивают длительный срок хранения без потери качества. Алюминиевые изделия также оказывают большое эстетическое воздействие. Они поддаются любой персонализации и информации. Их можно перерабатывать много раз, что обеспечивает значительную экономию энергии.
Станок прокатки состоит из, по меньшей мере, двух вращающихся цилиндров с горизонтальной осью, вращающихся в противоположном направлении. Расстояние между цилиндрическими поверхностями, обращенными к поверхности, меньше, чем исходная толщина массы, поэтому она вынуждена проходить между двумя цилиндрами, раздавливается и расширяется.
Однако уже тогда Сент-Клер Девиль понимал, что будущее алюминия связано отнюдь не с ювелирным делом.
«Нет ничего труднее, чем заставить людей использовать новый металл. Предметы роскоши и украшения не могут служить единственной областью его применения. Я надеюсь, что настанет время, когда алюминий будет служить удовлетворению повседневных нужд».
В дополнение к растяжению и дроблению мельница также вызывает увеличение сечения массы, которая идет от одного размера к другому. Ламинирование твердого вещества может быть выполнено путем холодной или горячей обработки. Наличие горячекатаного листа не означает наличия материала, который может использоваться непосредственно во многих применениях, которые требуются в промышленности: ограничения горячей прокатной станы в дополнение к чрезмерной толщине, прежде всего, присутствия поверхностного заподлицо, но имеют ограниченную герметичность и допуски недостаточной толщины и формы.
Сент-Клер Девиль
Французский химик
Метод Холла-Эру
Ситуация изменилась с открытием более дешевого электролитического способа производства алюминия в 1886 году. Его одновременно и независимо друг от друга разработали французский инженер Поль Эру и американский студент Чарльз Холл. Предложенный ими метод подразумевал электролиз расплавленной в криолите окиси алюминия и давал прекрасные результаты, но требовал большого количества электроэнергии.
Удаляя поверхностную отбросу с процессом кислого травления, лист становится более полезным в некоторых отношениях, но другие ограничения остаются. Следовательно, потребность в холоднокатаных горячекатаных листовых катушках после обработки кислотным травлением, когда катушки выполняются и пропускаются в емкости, содержащие растворы соляной кислоты или серной кислоты, растворяющие колбу от горячей прокатки. Развитие во время холодной прокатки, очевидно, следовало за эволюцией горячей прокатки. Они перешли от прерывистых холоднокатаных мельниц или перекрывающихся листов начала века, к обратимым поездам, которые ламинируют катушки в разных проходах, чтобы добраться до поездов 1930-х годов, до холодных поездов недавней постройки.
Чарльз Холл
Поэтому свое первое производство Эру организовал на металлургическом заводе в Нейгаузене (Швейцария), рядом со знаменитым Рейнским водопадом, сила падающей воды которого приводила в действие динамо-машины предприятия.
Что касается процессов травления и ламинирования до сих пор, низколегированная сталь широко используется в автомобильной промышленности, бытовой технике, сварных трубах, барабанах, металлической мебели и, в частности, эмалированных сталях в все их возможные варианты. Вместо этого высоколегированные стали и нержавеющие стали обрабатываются по-разному для травления и прокатки.
В алюминиевой промышленности эта механическая обработка, которая не сильно отличается от конструкции стали, начинается с пластикового предварительного нагрева пластин и последующего горячего удара в обратимых растениях. поверхности, а иногда и четные стороны, чтобы исключить наиболее разделенные области, были затронуты крахом «эффекта оболочки». В наиболее сложных сплавах горячей прокатке предшествует долговременная термообработка гомогенизации для эффекта, который она вызывает на материале. В случае тонкой толщины ламинации последний шаг можно сделать в два раза.
18 ноября 1888 года, между Швейцарским металлургическим обществом и немецким
промышленником Ратенау было подписано соглашение об учреждении в Нейгаузене Акционерного общества алюминиевой промышленности с общим капиталом в 10 миллионов швейцарских франков. Позднее его переименовали в Общество алюминиевых заводов. На его торговой марке было изображено солнце, восходящее из-за алюминиевого слитка, что должно было, по замыслу Ратенау, символизировать зарождение алюминиевой промышленности. За пять лет производительность завода возросла более чем в 10 раз. Если в 1890 году в Нейгаузене было выплавлено всего 40 тонн алюминия, то в 1895 году – 450 тонн.
Ламинируемая минимальная толщина алюминиевой фольги составляет около 6 мкм, даже если есть уже системы, которые делают небольшие ячейки. В зависимости от типа сплавов в цикле ламинирования имеются промежуточные накладки, которые выполняют функцию устранения чрезмерного напряжения сдвига за счет уменьшения толщины слоистого материала. Ламинирующая жидкость, которая служит в качестве смазки и теплообмена, состоит из Керосин, с некоторыми конкретными добавками для увеличения смазочных свойств.
Прокатные цилиндры для листового металла или драгоценных сплавов являются гладкими. Цилиндры для прокатных станов должны иметь высокую поверхностную твердость, чтобы выдерживать износ и хорошую прочность на растяжение чтобы выдерживать значительные динамические напряжения, возникающие при механической обработке.
Чарльз Холл, воспользовавшись поддержкой друзей, организовал Питтсбургскую восстановительную компанию, которая запустила свой первый завод в Кенсингтоне неподалеку от Питтсбурга 18 сентября 1888 года. В первые месяцы он выпускал лишь около 20-25 кг алюминия в сутки, а в 1890 – уже по 240 кг ежедневно.
Для изготовления цилиндров могут использоваться следующие материалы. Специальные стали, хром и хром-марганец. Чугун с шаровидным графитом, очень жесткий и жесткий. Высокий фосфористый чугун, отлитый в оболочку. С этой композицией и с этой системой литья получается износостойкая поверхность, которая является очень твердой и поэтому очень износостойкой, в то время как ядро куска остается достаточно стойким.
В результате растяжения и дробления металл принимает стратифицированную структуру в направлении прокатки. В этом конкретном секторе на алюминий приходится около 75% рынка в Италии, но почти на 100% рынка крышек. Легкие открытые крышки с отрывным кольцом получают с использованием высококачественных магниевых сплавов толщиной около 0 мм. Всегда говорите о крышках, не забывайте о огромном рынке вскрывающих покрытий, используемых в пищевой промышленности особенно для распространения, кофе и т.д. также изготовлены или, по крайней мере, изготовлены с предварительно окрашенной алюминиевой лентой.
Свои новые заводы компания расположила в штате Нью-Йорк вблизи новой Ниагарской гидроэлектростанции. Алюминиевые заводы и в наше время строятся в непосредственной близости от мощных, дешевых и экологичных источников энергии, таких как ГЭС. В 1907 году Питтсбургская восстановительная компания была реорганизована в Американскую алюминиевую компанию или сокращенно Alcoa.
В 1889 году технологичный и дешевый метод производства глинозема – оксида алюминия, основного сырья для производства металла – изобрел австрийский химик Карл Иосиф Байер, работая в Санкт-Петербурге (Россия) на Тентелевском заводе. В одном из экспериментов ученый добавил в щелочной раствор боксит и нагрел в закрытом сосуде – боксит растворился, но не полностью. В нерастворившемся остатке Байер не обнаружил алюминия – оказалось, что при обработке щелочным раствором весь алюминий, содержащийся в боксите, переходит в раствор.
На основе методов Байера и Холла-Эру основаны современные технологии получения алюминия.
Таким образом, за несколько десятилетий была создана алюминиевая промышленность, завершилась история о «серебре из глины» и алюминий стал новым промышленным металлом.
Широкое применение
На рубеже XIX и XX веков алюминий стал применяться в самых разных сферах и дал толчок для развития целых отраслей.
В 1891 году по заказу Альфреда Нобеля в Швейцарии создается первый пассажирский катер Le Migron с алюминиевым корпусом. А через три года шотландская судостроительная верфь Yarrow & Co представила изготовленную из алюминия 58-метровую торпедную лодку. Этот катер назывался «Сокол», был сделан для военно-морского флота Российской империи и развивал рекордную для того времени скорость в 32 узла.
В 1894 году американская железнодорожная компания New York, New Haven, and Hartford Railroad, принадлежавшая тогда банкиру Джону Пирпонту Моргану (J.P. Morgan), начала выпускать специальные легкие пассажирские вагоны, сидения которых были выполнены из алюминия. А всего через 5 лет на выставке в Берлине Карл Бенц представил первый спортивный автомобиль с алюминиевым корпусом.
На площади Пиккадили в Лондоне в 1893 году появилась алюминиевая статуя древнегреческого бога Антероса. Высотой почти в два с половиной метра она стала первой крупной работой из этого металла в сфере искусства – а ведь всего несколько десятков лет назад каминные часы или статуэтки в кабинетах считались роскошью, доступной только высшему обществу.
Но настоящую революцию алюминий совершил в авиации, за что навсегда заслужил свое второе имя – «крылатый металл». В этот период изобретатели и авиаторы во всем мире работали над созданием управляемых летательных аппаратов – самолетов.
17 декабря 1903 года американские авиаконструкторы братья Уилбур и Орвилл Райт впервые в истории человечества совершили полет на управляемом летательном аппарате «Флайер-1». Для того чтобы заставить его полететь они попытались использовать автомобильный двигатель, однако он оказался слишком тяжелым. Поэтому специально для «Флайера-1» разработали полностью новый двигатель, детали которого были изготовлены из алюминия. Легкий 13-сильный мотор поднял первый в мире самолет с Орвиллом Райтом за штурвалом в воздух на 12 секунд, за которые он пролетел 36,5 метров. Братья совершили еще два полета по 52 и 60 метров на высоте около 3 метров от уровня земли.
В 1909 году был изобретен один из ключевых алюминиевых сплавов – дюралюминий. На его получение у немецкого ученого Альфреда Вильма ушло семь лет, но они того стоили. Сплав с добавлением меди, магния и марганца был таким же легким, как алюминий, но при этом значительно превосходил его по твердости, прочности и упругости. Дюралюминий быстро стал главным авиационным материалом. Из него был сделан фюзеляж первого цельнометаллического самолета в мире Junkers J1, разработанного в 1915 году одним из основателей мирового авиастроения, знаменитым немецким авиаконструктором Хуго Юнкерсом.
Мир входил в этап войн, в которых авиация стала играть стратегическую, а иногда решающую роль. Поэтому дюралюминий первое время являлся военной технологией и метод его получения держался в секрете.
Тем временем, алюминий осваивал новые и новые сферы применения. Из него начали массово производить посуду, которая быстро и почти полностью вытеснила медную и чугунную утварь. Алюминиевые сковородки и кастрюли легкие, быстро нагреваются и остывают, а также не ржавеют.
В 1907 году в Швейцарии Роберт Виктор Неер изобретает способ получения алюминиевой фольги методом непрерывной прокатки алюминия. В 1910 году он уже запускает первый в мире фольгопрокатный завод. А еще через год компания Tobler использует фольгу для упаковки шоколада. В нее, в том числе, заворачивают и знаменитый треугольный Toblerone.
Очередной переломный момент для алюминиевой промышленности наступает в 1920 году, когда группа ученых под руководством норвежца Карла Вильгельма Содерберга изобретает новую технологию производства алюминия, которая существенно удешевляла метод Холла-Эру. До этого в качестве анодов в процессе электролиза использовались предварительно обожженные угольные блоки – они быстро расходовались, поэтому постоянно требовалась установка новых. Содерберг решил эту проблему с помощью постоянно возобновляемого электрода. Он формируется в специальной восстановительной камере из коксосмоляной пасты и по мере необходимости добавляется в верхнее отверстие электролизной ванны.
Технология Содерберга быстро распространяется по всему миру и приводит к увеличению объемов его выпуска. Именно ее берет на вооружение СССР, не имевший тогда собственной алюминиевой промышленности. В дальнейшем развитие технологий вновь сделало применение электролизеров с обожженными анодами предпочтительнее из-за отсутствия на них выбросов смолистых веществ и меньшего расхода электроэнергии. Кроме того, одним из основных достоинств электролизеров с обожженными анодами является возможность увеличения силы тока, то есть производительности.
Еще в 1914 российский химик Николай Пушин писал: «Россия, потребляющая ежегодно 80 000 пудов алюминия, сама не производит ни одного грамма этого металла, и весь алюминий покупает за границей».
В 1920 году, несмотря на продолжающуюся гражданскую войну, руководство страны понимает, что для промышленного роста и индустриализации огромной территории необходимы колоссальные объемы электроэнергии. Для этого был разработана и принята программа, получившая название «План ГОЭЛРО» (ГОсударственной комиссии по ЭЛектрификации РОссии). Он подразумевал строительство на российских реках каскадов ГЭС, а чтобы для вырабатываемой ими энергии сразу был потребитель, рядом было решено строить алюминиевые заводы. При этом алюминий использовался как для военных, так и гражданских нужд.
Первая Волховская ГЭС была запущена в 1926 году в Ленинградской области, рядом с ней возводят Волховский алюминиевый завод, который дал свой первый металл в 1932 году. К началу Второй мировой войны в стране было уже два алюминиевых и один глиноземный завод, еще два алюминиевых предприятия были построены в течение войны.
В это время алюминий активно использовался в авиации, судостроении и автомобилестроении, а также начинал свой путь в строительстве. В США в 1931 году был построен знаменитый небоскреб Empire State Building, вплоть до 1970 года, являвшийся самым высоким зданием в мире. Это было первое здание, при строительстве которого широко использовался алюминий, как в основных конструкциях, так и в интерьере.
Вторая мировая война видоизменила основные рынки спроса на алюминий – на первый план выходит авиация, изготовление танковых и автомобильных моторов. Война подтолкнула страны антигитлеровской коалиции к увеличению объема алюминиевых мощностей, совершенствовалась конструкция самолетов, а вместе с ними и виды новых алюминиевых сплавов. «Дайте мне 30 тысяч тонн алюминия, и я выиграю войну», - писал в 1941 году президенту США Франклину Рузвельту глава СССР Иосиф Сталин. С окончанием войны заводы переориентировались на гражданскую продукцию.
В середине XX века человек шагнул в космос. Чтобы сделать это вновь понадобился алюминий, для которого аэрокосмическая отрасль с тех пор стала одной из ключевых сфер применения. В 1957 году СССР вывел на орбиту Земли первый в истории человечества искусственный спутник – его корпус состоял из двух алюминиевых полусфер. Все последующие космические аппараты изготавливались из крылатого металла.
В 1958 году в США появился алюминиевый продукт, ставший впоследствии одним из самых массовых товаров из алюминия, символом экологичности этого металла и даже культовым предметом в области искусства и дизайна. Это алюминиевая банка. Ее изобретение делят между собой алюминиевая компания Kaiser Aluminum и пивоваренная Coors. К слову, последняя не только первой стала продавать пиво в алюминиевых банках, но и организовала систему сбора и переработки использованных банок. В 1967 году разливать свои напитки в алюминиевые банки начинают Coca-Cola и Pepsi.
В 1962 году легендарный гонщик Микки Томпсон и его гоночный болид Harvey Aluminium Special Indianapolis 500 car, выполненный из алюминиевых сплавов, стали сенсацией. Несмотря на то, что машина уступала конкурентам по мощности на целых 70 лошадиных сил, Томпсону удалось занять восьмое место в квалификации и быть девятым по ходу гонок. В результате его команда получила награду Mechanical Achievement Award за прорыв в дизайне гоночных болидов.
Спустя два года в Японии был запущен знаменитый Shinkansen - первый в мире высокоскоростной поезд, прообраз всех современных поездов такого типа, в которых алюминий является ключевым материалом. Он курсировал между Токио и Осакой и преодолевал расстояние в 515 км за 3 часа 10 минут, разгоняясь до 210 км/ч.
Соединения алюминия были известны человеку с древних времён. Одними из них являлись вяжущие вещества, к которым относятся алюмо-калиевые квасцы КAl(SO4)2. Они находили широкое применение. Они использовались в качестве протравы и как средство, останавливающее кровь. Пропитка древесины раствором алюмокалиевых квасцов делало её негорючей. Известен интересный исторический факт, как Архелай- полководец из Рима во время войны с персами приказал намазать башни, которые служили в качестве оборонительных сооружений, квасцами. Персам так и не удалось сжечь их.
Еще одним из соединений алюминия были природные глины, в состав которых входит оксид алюминия Al2O3.
Первые попытки получить алюминий только в середине XIX века. Попытка предпринятая датским учёным Х.К.Эрстедом увенчалась успехом. Для получения он использовал амальгированный калий в качестве восстановителя алюминия из оксида. Но что за металл был получен тогда выяснить так и не удалось. Через некоторое время, через два года, алюминий был получен немецким ученым-химиком Велером, который получил алюминий, используя нагревание безводного хлорида алюминия с металлическим калием. Многие годы труда немецкого ученого не прошли даром. За 20 лет он сумел приготовить гранулированный металл. Он оказался похожим на серебро, но был значительно легче его. Алюминий был очень дорогим металлом, и вплоть до начала XX века, его стоимость была выше стоимости золота. Поэтому многие-многие годы алюминий использовался как музейный экспонат. Около 1807 г. Дэви попытался провести электролиз глинозема, получил металл, который был назван алюмиумом (Alumium) или алюминумом (Aluminum), что в переводе с латинского - квасцы.
Получение алюминия из глин интересовало не только ученых-химиков, но и промышленников. Алюминий очень тяжело было отделить от других веществ, это способствовало тому, что он был дороже золота. В 1886 году химиком Ч.М. Холлом был предложен способ, который позволил получать металл в больших количествах. Проводя исследования, он в расплаве криолита AlF3 nNaF растворил оксид алюминия. Полученную смесь поместил в гранитный сосуд и пропустил через расплав постоянный электрический ток. Он был очень удивлен, когда через некоторое время на дне сосуда он обнаружил бляшки чистого алюминия. Этот способ и в настоящее время является основным для производства алюминия в промышленных масштабах. Полученный металл всем был хорош, кроме прочности, которая была необходима для промышленности. И эта проблема была решена. Немецкий химик Альфред Вильм сплавил алюминий с другими металлами: медью, марганцем и магнием. Получился сплав, который был значительно прочнее алюминия.
§2. Способы получения
|
Изобретение относится к способу получения алюминия путем электролитического выделения его из водных растворов одновременно с водородом. В способе используют жидкометаллический катод, например галлиевый. Содержание алюминия в металле повышают до 6 мас.%, выводят сплав из электролизера, охлаждают его в диапазоне от 98 до 26°С и выделяют алюминий кристаллизацией, получая первичный насыщенный твердый раствор с содержанием алюминия около 80 мас.%. Маточный раствор-сплав эвтектического состава возвращают на электролиз в качестве катодного металла, а первичный твердый раствор расплавляют и подвергают перекристаллизации при температурах ниже 660°С, отделяя последовательно вторичный, третичный и т.д. твердые растворы от жидкости до получения из них алюминия технической чистоты. Альтернативные методы производства алюминия - карботермический процесс, процесс Тодта, процесс Кувахара электролиз хлоридов, восстановление алюминия натрием - не обнаружили преимуществ перед методом Эру-Холла. Прототипом настоящего изобретения является наше предыдущее предложение того же названия, под N Получение алюминия из водных растворов одновременно с водородом, составляющее сущность этого изобретения, исключительно заманчиво, но его не удается реализовать из-за процессов пассивирования твердого алюминиевого катода оксидно-гидроксидными пленками переменного состава. Наши попытки реализации процесса в щелочеалюминатных, сернокислых, солянокислых и азотнокислых растворах в равной мере оказались безуспешными. В связи с этим мы предлагаем получать алюминий и водород на проточном жидкометаллическом катоде, на пример, на галлиевом или состоящем из сплава галлия с алюминием. Могут применяться при этом и другие легкоплавкие сплавы. Катода. В результате электролиз осуществляется легко и, в первом приближении, просто с гарантированным выделением алюминия в катодный сплав. |
В промышленности алюминий получают электролизом Al2O3 в расплаве криолита Na3 при температуре 950
2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2
Основные реакции процессов:
CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.з)
SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2
HF и H2SiF6 - газообразные продукты, улавливаемые водой. Для обескремнивания полученного раствора в него вначале вводят расчетное количество соды:
H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.и)
Трудно растворимый Na2SiF6 отделяют, а оставшийся раствор плавиковой кислоты нейтрализуют избытком соды и гидроксидом алюминия с получением криолита:
12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF·AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.к)
Таким же путем могут быть раздельно получены NaF и AlF3, если обескремненный раствор плавиковой кислоты нейтрализовать рассчитанным количеством Na2CO3 или Al(OH)3.
