Промышленный способ получения алюминия был разработан лишь в 1855 г.
Но по-настоящему доступным этот металл сделала электротехника. Электролиз расплава пытались осуществить еще Дэви и другие химики. Но чистая окись алюминия плавится при температуре 2050 °C и не растворяется в воде, а чтобы получить алюминий, ее надо подвергнуть электролизу. Необходимо было найти способ как-то снизить температуру плавления глинозема хотя бы до 1000 °C; только при этом условии алюминий мог стать технически важным металлом. Эту задачу блестяще разрешил молодой американский ученый Чарльз Мартин Холл и почти одновременно с ним француз Поль Эру. Они выяснили, что глинозем хорошо растворяется в расплавленном криолите (3NaF * AlF3).
Чарльз М. Холл 16-летним подростком поставил перед собой эту задачу. Вот что рассказал его учитель профессор Иветт.
«Как-то, беседуя со студентами, я сказал: «Изобретатель, которому удастся разработать дешевый способ получения алюминия и сделать алюминий металлом массового потребления, окажет большую услугу человечеству и заслужит славу выдающегося ученого». Я услышал, как, обернувшись к одному из своих сокурсников, Чарльз сказал: «Я займусь этим металлом». Он испробовал множество методов, но все безуспешно. Наконец, Холл остановился на электролизе. Я отдал ему старые, ненужные батареи.
Вскоре Холл закончил колледж. Он устроил свою лабораторию в лесу неподалеку от дома, упорно продолжал свои опыты.
Нужно было найти растворитель для окиси алюминия — основного алюминиевого сырья. И через шесть месяцев Холл установил, что окисел хорошо растворим в расплаве фтористого алюмината натрия 3NaF * AlF3.
Однажды утром Холл вбежал ко мне с радостным возгласом: «Профессор, я получил его!» На протянутой ладони лежало двенадцать маленьких шариков алюминия, самого первого алюминия, полученного электролизом. Это произошло 23 февраля 1886 года». Холлу было всего 23 года.
Когда император Франции Луи Наполеон III впервые увидел металл, похожий на серебро, он приказал обеспечить свою армию алюминиевыми касками, флягами и украшениями. Однако западноевропейская промышленность не смогла выполнить заказ, да и денег на него у императора не хватило бы. Алюминий в те времена ценился, как золото. Пришлось ограничиться изготовлением кирас только для личной охраны императора.
Но блестящее будущее этого металла было очевидно. 100 лет назад Н. Г. Чернышевский сказал, что алюминий — металл социализма.
Сегодня алюминий дороже простой углеродистой стали, по дешевле нержавеющей. Основная статья расхода при производстве алюминия — энергозатраты: 20000 кВ-ч/т. В связи с этим алюминиевые заводы строят, как правило, вблизи крупных электростанций.
В нашей стране первые 8 кг крылатого металла были получены 27 марта 1929 г. В 1932 г. вступил в строй Волховский первый алюминиевый завод, а в 1933 г. — Днепровский. В 1939 г. был пущен Уральский алюминиевый завод.
Химическая стойкость алюминия объясняется мгновенным образованием на его поверхности защитной окисной пленки. Это позволяет применять алюминий для теплообменников и других аппаратов химической промышленности, домашних холодильников, радиаторов автомобилей и тракторов. Благодаря высокой отражательной способности алюминия на его основе изготавливают мощные рефлекторы, большие телевизионные экраны, зеркала. Такое свойство, как относительно низкое сечение поглощения нейтронов, сделало алюминий одним из важнейших металлов атомной техники.
Алюминий легок: его плотность 2,7 г/см3 — почти в 3 раза меньше, чем у стали, и в 3,3 раза меньше, чем у меди. А электропроводность алюминия лишь на одну треть уступает электропроводности меди. Эти обстоятельства и тот факт, что алюминий дешевле меди в 2,5 раза. послужили причиной массового использования алюминия в электротехнике.
Многочисленные достоинства алюминия еще более весомы оттого, что этот металл в высшей степени технологичен. Он прекрасно обрабатывается давлением — прокаткой, прессованием, штамповкой, ковкой. В основе этого свойства — кристаллическая структура алюминия. Его кристаллическая решетка составлена из кубов с центрированными гранями. Металлы, построенные таким образом, хорошо воспринимают пластическую деформацию.
Чистый алюминий непрочен. Но он легко образует различные прочные сплавы.
В начале XX в. были получены первые сплавы семейства дюралюмина на алюминиевой основе с добавками меди и магния. Слово «дюралюмип» происходит от названия германского города Дюрен (ФРГ), в котором было начато промышленное производство этого сплава.
В Советском Союзе в 20-х годах инженер-металлург В. А. Буталов разработал отечественный вариант дюралюмина, названный кольчугалюминием — от названия поселка (ныне города) Кольчугино Владимирской области, где производили кольчугалюминий. Из этого сплава был сделан первый советский металлический самолет АНТ-2 конструкции А. Н. Туполева.
Рост энергетики позволяет увеличивать и производство алюминия. Он уже широко применяется в строительстве. В США даже намечено приступить к серийному строительству алюминиевых городов. Новый проект, предусматривающий возведение целых торговых центров и комплексных жилых домов из этого легкого металла, призван разрешить проблему сбыта алюминия.
Бокситы на исходе
Схема получения алюминия из боксита
Традиционный процесс переработки бокситов применяется с начала века почти без изменений. Он хорошо освоен, несмотря на всю его сложность. При получении глинозема используют главным образом метод Байера.
Порошок боксита загружают в автоклав и заливают щелочью при температуре около 200 °C и давлении не менее 10 атм. Несколько часов пульпу в автоклаве непрерывно перемешивают струей пара, проходящего сквозь всю ее толщу.
Со щелочью вступает в реакцию не только окись алюминия, но и другие вещества, входящие в состав боксита — кремнезем, окислы титана, ванадия и т. д. Однако большая часть получающихся в конечном результате веществ остается в твердом осадке. В раствор же переходят соединения алюминия, загрязненные некоторым количеством соединений кремния, фосфора, хрома. Выщелачивание идет непрерывно в ряде автоклавов.
Из варочного автоклава пульпа давлением пара выгружается, давление резко падает, и начинается бурное кипение жидкости. Затем пульпа разбавляется водой, которой промывали твердый остаток — так называемый красный шлам. После разбавления алюминатный раствор отделяется от твердого шлама. Для того чтобы мелкие твердые частицы быстрее отделялись от жидкости, в пульпу добавляют коагулянты — вещества, способствующие слипанию отдельных твердых частиц в крупные хлопья. В качестве такого коагулянта нередко используют обыкновенную ржаную муку. Затем алюминатный раствор фильтруют и направляют на разложение.
Разложение алюминатных растворов осуществляется в гигантских цилиндрических резервуарах, снабженных мешалками, — так называемых декомпозерах. Раствор, имеющий вначале температуру около 60 °C, постепенно перетекает по системе сифонов из одного резервуара в другой; засыпаемые в раствор кристаллы гидроокиси алюминия становятся центрами кристаллизации. Процесс кристаллизации, называемый технологами выкручиванием, длится трое — четверо суток.
Конечно, далеко не весь алюминий уходит из раствора. Почти половина его остается в жидкости. Но
