13 АлюминИЙ 26,981

Первый металлический Алюминий в 1825 году получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, известный в первую очередь своими работами по электромагнетизму. Он пропускал Хлор через раскаленную смесь глинозема (окись Алюминия - Аl2О3) с углем, а полученный безводный хлористый Алюминий нагревал с амальгамой Калия.
   При нагревании амальгама разлагались, Ртуть испарялась, и - Алюминий явился на свет.

В 1827 году Фридрих Велер получил Алюминий иначе - вытеснив его из того же хлорида металлическим Калием.

В 1855 году французский химик Анри Этьенн Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения Алюминия, основанный на его вытеснении металлическим Натрием из двойного хлорида Натрия и Алюминия.




8,8% массы земной коры составлены Алюминием - третьим по распространенности на нашей планете элементом.

В природных соединениях Алюминий прочно связан с другими элементами, прежде всего с Кислородом и, через Кислород - с Кремнием. Для разрушения этих соединений - высвобождения из них металлического Алюминия - нужно затратить много энергии.

Далеко не всякое природное соединение Алюминия можно рассматривать как Алюминиевую руду. Раньше, в русской химической литературе, Алюминий часто называли Глинием. Окись его и до сих пор называют - Глиноземом.
   В этих терминах - прямое указание на присутствие Алюминия в повсеместно распространенной глине.

Но глина - сложный конгломерат трех окислов - Глинозема, Кремнезема и воды (плюс разные добавки). Выделить из нее Глинозем можно, но сделать это намного труднее, чем получить ту же окись Алюминия из распространенной (обычно красно-бурого цвета) горной породы - Боксита.
   Боксит содержит от 28 до 60% Al2О3. Главное его достоинство в том, что Глинозема в нем по меньшей мере вдвое больше, чем Кремнезема. А Кремнезем - самая вредная в этом случае примесь, от нее избавиться труднее всего.
   Кроме этих окислов, Боксит всегда содержит окись Железа Fe2О3. Бывают в нем также окислы Титана, Фосфора, Марганца, Кальция, Магния.

В годы второй мировой войны, когда многим воюющим странам не хватало Алюминия, полученного из Боксита, использовали и другие виды сырья: Италия получала Алюминий из лавы Везувия, США и Германия - из Каолиновых глин, Япония - из глинистых сланцев и Алунита.




Алюминиевое производство энергоемко. Чистая окись Алюминия плавится при температуре 2050°C и не растворяется в воде. А чтобы получить металлический Алюминий, ее надо подвергнуть электролизу. Поэтому на заре Алюминиевой промышленности возникла необходимость как-то снизить температуру плавления Глинозема - хотя бы до 1000°C.

Эту задачу разрешил американский ученый Чарльз Мартин Холл и почти одновременно с ним - француз Поль Эру. Они выяснили, что Глинозем хорошо растворяется в Криолите.
   Этот раствор и подвергают электролизу на нынешних Алюминиевых заводах - при температуре 950°C.

Аппарат для электролиза Алюминия представляет собой Железную ванну, футерованную огнеупорным кирпичом с угольными блоками, которые выполняют роль катодов - на них выделяется расплавленный Алюминий. А на анодах - Кислород, реагирующий с материалом анодов (так же обычно - углем).
   Ванны работают под невысоким напряжением (4,0 - 4,5 Вольта), но при очень большой силе тока - до 150 000 Ампер.

Из электролитических ванн Алюминий обычно извлекают с помощью вакуум-ковша, и после продувки Хлором (для удаления в основном неметаллических примесей) разливают в формы. Получается технически чистый Алюминий, в котором основного металла 99,7%. Главные примеси здесь: Натрий, Железо, Кремний, Водород.
   Именно этот Алюминий идет в большинство производств.

Если же нужен более чистый металл, Алюминий рафинируют тем или иным способом.
   Электролитическое рафинирование - с помощью органических электролитов - позволяет получать Алюминий чистотой 99,999%.

Еще более чистый Алюминий - для нужд полупроводниковой промышленности - получают зонной плавкой или дистилляцией через субфторид.
   Алюминий, который надо очистить, нагревают в вакууме до 1000°C в присутствии АlF3. Эта соль возгоняется без плавления. Взаимодействие Алюминия с фтористым Алюминием приводит к образованию субфторида (AlF) - нестойкого вещества, в котором Алюминий формально одновалентен. При температуре ниже 800°C субфторид распадается снова - на фторид и чистый Алюминий. Примеси - переходят в состав фторида.

Повышение чистоты металла сказывается на его свойствах. Чем чище Алюминий, тем он легче (хотя и не намного), тем выше его тепло- и электропроводность, выше отражательная способность, пластичность.
   А особенно заметен рост химической стойкости. Последнее объясняют большей сплошностью защитной окисной пленки, которой на воздухе покрывается Алюминий любого качества.

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 1/3 уступает электропроводности Меди.

Высокая отражательная способность Алюминия оказалась очень кстати при изготовлении на его основе мощных рефлекторов, больших телевизионных экранов, зеркал.

Малый захват нейтронов сделал Алюминий одним из важнейших металлов атомной техники.

Алюминий прекрасно обрабатывается давлением - прокаткой, прессованием, штамповкой, ковкой. В основе этой пластичности лежит его кристаллическая структура (решетка) - она составлена из кубов с центрированными гранями и небольшим расстояние между параллельными плоскостями.
   Все металлы, построенные таким образом, обычно хорошо воспринимают пластическую деформацию.

Однако Алюминий малопрочен. Предел прочности чистого Алюминия - всего 6 - 8 кг/мм³. Если бы не его способность образовывать намного более прочные сплавы, вряд ли он стал бы одним из важнейших металлов.




«Алюминий весьма легко дает сплавы с разными металлами. Из них имеет техническое применение только сплав с Медью. Его называют Алюминиевою бронзою...»
   Эти слова из Менделеевских «Основ химии» отражают положение вещей, существовавшее в первые годы двадцатого века. Именно тогда вышло последнее (прижизненное) издание этой книги с последними коррективами автора.

Действительно, из первых сплавов Алюминия (первым был сплав с Кремнием) практическое применение нашел лишь сплав, упомянутый Менделеевым. Алюминия в нем было 11%, а делали из этого сплава в основном ложки и вилки.
   Очень немного Алюминиевой бронзы шло в часовую промышленность.

Между тем в начале XX века были получены первые сплавы семейства Дюралюмина. Эти сплавы на Алюминиевой основе с добавками Меди и Магния получал и исследовал в 1903 - 1911 годах А.Вильм. Он и открыл характерное для этих сплавов явление естественного старения, приводящее к резкому улучшению их прочностных свойств.

У Дюралюмина после закалки (резкого охлаждения от 500°C до комнатной температуры) и вылеживания при этой температуре в течение 4 - 5 суток - многократно увеличиваются прочность и твердость.
   Способность к деформации при этом не снижается, а величина предела прочности вырастает с 6 - 8 до 36 - 38 кг/мм².

При этом естественном старении сплава, возрастает и его электросопротивление.

Медь в Дюралюмине не выделяется из твердого раствора, и не остается внутри него в прежнем состоянии. В процессе старения она собирается в дискообразных участках толщиной в 1 - 3 атомных слоя, образуя зоны Гинье-Престона. Они имеют искаженную кристаллическую структуру твердого раствора. Искажается также прилегающая к зоне область самого твердого раствора.
   Число таких образований огромно - оно выражается единицей с 16 - 18 нулями для 1 см сплава.

Изменения и искажения кристаллической решетки при образовании зон Гинье-Престона (зонное старение) и служат причиной повышения прочности Дюралюмина при естественном старении. Эти же изменения увеличивают электрическое сопротивление сплава.
   При повышении температуры старения, вместо зон имеющих структуру близкую к структуре Алюминия, возникают мельчайшее частицы метастабильных фаз с собственной кристаллической решеткой (искусственное - фазовое - старение). Это дальнейшее изменение структуры приводит к резкому повышению сопротивления малым пластическим деформациям.

Можно без преувеличения сказать, что крылья самолетов удерживаются в воздухе зонами или метастабильными частицами, и если в результате нагрева вместо зон и частиц появятся стабильные выделения - крылья потеряют свою прочность и просто согнутся.

В Советском Союзе в 20-х годах инженер-металлург В.А.Буталов разработал отечественный вариант Дюралюмина, названный Кольчугалюминием (Д1). Кольчугалюминий делали в поселке (ныне городе) Кольчугино, Владимирской области.
   Из Кольчугалюминия был сделан первый советский металлический самолет АНТ-2 - конструкции А.Н.Туполева.

Подобные сплавы и сейчас важны для техники. Из сплава Д1 делают в частности лопасти самолетных винтов. Во время войны, когда летчикам нередко приходилось садиться на случайные площадки или, не выпуская шасси, на «брюхо», много раз случалось, что лопасти винтов сгибались при ударе о землю.
   Сгибались, но не ломались! Тут же - в полевых условиях - их выпрямляли и снова летали с тем же винтом...

Из другого сплава того же семейства Дюралюминов - Д16 - делают нижние панели крыльев.

Принципиально новые сплавы появляются тогда, когда открываются новые фазы-упрочнители. Фазы - это по сути химические соединения-интерметаллиды, образующиеся в сплаве и заметно влияющие на его свойства. Разные фазы по-разному повышают прочность, коррозионную стойкость и другие практически важные характеристики сплава.
   Их образование возможно лишь при условии растворимости соответствующих элементов в Алюминии.

Первым Алюминиевым сплавом был его сплав с Кремнием - соседом по Менделеевской таблице. Но свойства этого сплава были неудовлетворительны и потому долгое время считали, что добавка Кремния Алюминию вредна. Но вскоре было установлено, что сплавы системы Al - Mg - Si (фаза Mg2Si) обладают, подобно Дюралюминам, эффектом упрочнения при старении.
   Предел прочности таких сплавов - от 12 до 36 кг/мм² - в зависимости от содержания Кремния и Магния, а так же от добавок Меди и Марганца.

Эти сплавы применяют в судостроении, а также в современном строительстве. Тысячи сборных Алюминиевых домиков успешно «работают» в Заполярье и в горных районах, там, где нет поблизости местных стройматериалов или строительство сопряжено с колоссальными трудностями.
   В такие места Алюминиевые (в основном) дома доставляются Алюминиевыми же (в основном) самолетами и вертолетами. И сами лопасти вертолетных винтов делают из сплавов системы Al - Mg - Si, потому что эти сплавы обладают очень высокой коррозионной стойкостью и хорошо противостоят вибрационным нагрузкам.

Малейшие коррозионные дефекты например, могут резко ускорить развитие усталостных трещин лопасти. И хотя усталостные трещины развиваются достаточно медленно, на всех вертолетах установлены приборы, подающие летчику сигнал о появлении первой мелкой трещинки. Тогда лопасти меняют, несмотря на то, что они могли бы работать еще сотни часов.

Эффект старения присущ и сплавам системы Al - Zn - Mg. Эта система сразу же проявила себя дважды рекордсменом: рекордсменом по прочности (давно получены Алюминий-Цинк-Магниевые сплавы прочностью 55 - 60 кг/мм²) и рекордсменом по химической активности - листы и рулоны из таких тройных сплавов растрескивались, а то и рассыпались под влиянием атмосферной коррозии еще в процессе вылеживания - прямо на заводском дворе...

В 50-х годах двадцатого века, появились высокопрочные Алюминиевые сплавы с Цинком и Магнием, обладающие удовлетворительной коррозионной стойкостью. Среди них - отечественные сплавы В95 и В96.
   В этих сплавах, помимо трех вышеупомянутых основных компонентов, есть также Медь, Хром, Марганец, Цирконий. При такой комбинации химических элементов существенно меняется характер распада пересыщенного твердого раствора, отчего и повышается коррозионная стойкость сплава.

Однако когда авиаконструктор О.К.Антонов приступил к созданию гигантского самолета «Антей» и для силового каркаса «Антея» потребовались большие поковки и штамповки (равнопрочные во всех направлениях), сплавы В95 и В96 не подошли.
   В сплаве для «Антея», малые добавки Марганца, Циркония и Хрома пришлось заменить Железом. Так появился сплав В93.

Позже возникли новые требования. Для широкофюзеляжных самолетов, рассчитанных на 300 - 500 пассажиров и на 30 000 - 50 000 летных часов эксплуатации, повышаются главные критерии - надежность и долговечность.

Возникла концепция безопасно-повреждаемых конструкций, которая гласит: если в конструкции и появилась трещина, она должна развиваться медленно и, даже достигнув значительных размеров, будучи легко обнаруживаемой, эта трещина ни в коем случае не должна вызывать разрушения конструкции в целом.
   Это значит, что высокопрочные Алюминиевые сплавы для таких самолетов должны обладать высокой вязкостью разрушения, высокой остаточной прочностью при наличии трещины, а это в свою очередь возможно лишь при высокой коррозионной стойкости.

Все эти свойства прекрасно сочетаются в Алюминиевых сплавах повышенной чистоты:
- примесей Железа - десятые доли процента;
- Кремния - сотые доли;
- Натрия (микродобавки которого значительно улучшают свойства сплавов Алюминия с Кремнием) - не больше нескольких десятитысячных долей процента.

Основа таких сплавов - система Аl - Zn - Mg - Сu. Их старение проводят таким образом, чтобы упрочняющие частицы стали несколько больше обычного (коагуляционное старение).
   Правда, при этом немного теряется прочность, и некоторые детали приходится делать более толстостенными. Но это неизбежная плата за ресурс и надежность.

Алюминиевые же сплавы с Цинком и Магнием, бывшие когда-то самыми коррозионно-нестойкими, наука превратила в эталон коррозионной стойкости. Причины этого - добавка Меди и рациональные режимы старения.




Еще один пример совершенствования давно известных систем и сплавов - если в классическом Дюралюмине резко ограничить содержание Магния (до сотых долей процента), но сохранить Марганец и повысить концентрацию Меди, то сплав приобретает способность хорошо свариваться плавлением.
   Конструкции из таких сплавов хорошо работают в температурном интервале от абсолютного нуля до 200°C.

Некоторым техническим изделиям например, приходится попеременно воспринимать то умеренный жар, то неумеренный холод. Не случайно из подобных сплавов были изготовлены баки жидкого Водорода и жидкого Кислорода на американских ракетах «Сатурн», доставивших на Луну экипажи кораблей «Аполлон».

При решении Земных проблем перевозки и хранения сжиженного газа, с трехкомпонентными сплавами Al - Сu - Мn успешно конкурируют очень легкие двухкомпонентные сплавы Алюминия с Магнием - Магналии. Они не упрочняются термической обработкой. В зависимости от технологии изготовления и содержания Магния их прочность меняется от 8 до 38 кг/мм².
   При температуре жидкого Водорода они хрупкие, но в среде жидкого Кислорода и сжиженных горючих газов - работают успешно.
   Области их применения весьма обширны. В частности, они прекрасно зарекомендовали себя в судостроении: из Магналиев изготовлены корпуса судов на подводных крыльях - «Ракет» и «Метеоров». Применяют их и в конструкциях некоторых ракет.
   Консервные банки, обертка для сыров, фольга для тушения мяса, банки для пива, крышки для бутылок с молочнокислыми продуктами - вот не полный перечень околопищевых применений Магналиев.




В 1965 году группой советских ученых был открыт эффект упрочнения при старении в сплавах системы Al - Li - Mg. Эти сплавы, в частности сплав 01420, имеют такую же прочность, как Дюралюмины, но при этом они на 12% легче и имеют более высокий модуль упругости.
   В конструкциях летательных аппаратов это позволяет получить 12 - 14% выигрыш в весе. К тому же сплав 01420 хорошо сваривается, обладает высокой коррозионной стойкостью.




Прежде чем получить слитки или фасонные отливки из Алюминиевого сплава, металл нужно очистить от газов и твердых неметаллических включений.
   Из газов в жидком Алюминии растворен главным образом Водород. Чем выше температура расплава, тем его больше. При остывании и кристаллизации он не успевает выделиться и остается в металле в виде мельчайших, а иногда и крупных пор, что приносит много неприятностей: пустоты в фасонном литье, пузыри в листах и профилях, поры при сварке плавлением...

Лишь в одном случае Водород оказался полезным - речь идет о Пеноалюминии, напоминающем хороший голландский сыр (только пор в таком металле гораздо больше).
   Удельный вес Пеноалюминия может быть доведен до 0,3 - 0,5 г/см³. Поры в нем замкнутые, и металл свободно плавает в воде. У него исключительно низкая тепло- и звукопроводность, он режется и паяется.

Чтобы получить рекордное количество пустот, жидкий Алюминий, по «рецепту» профессора М.Б.Альтмана, перегревают и затем вводят в него гидрид Циркония или Титана, который немедленно разлагается, выделяя Водород. Мгновенно вскипающий пеной металл, быстро разливают в формы.

Но во всех других случаях от Водорода стараются избавиться. И самый лучший способ для этого - продувка расплава Хлором. Пузырьки Хлора, двигаясь через жидкий Алюминий, вбирают в себя атомы и мельчайшие пузырьки Водорода, захватывают взвешенные частицы шлака и окисных пленок.
   Большой эффект дает вакуумирование жидкого Алюминия.

Все неметаллические включения особенно вредны при медленной кристаллизации металла. Поэтому при его литье всегда стремятся увеличить скорость кристаллизации.
   Фасонные детали отливают не в земляные формы, а в металлические кокили. При литье слитков чугунные изложницы заменяют медными - с водяным охлаждением...

Но даже при самом быстром отводе тепла от стенки изложницы или формы, после кристаллизации первого тонкого слоя, между стенкой и этой корочкой появляется воздушный зазор. Воздух же тепло проводит плохо и соответственно скорость отвода тепла от металла резко падает.
   Долгое время все попытки радикально ускорить охлаждение стенок терпели неудачу из-за этого воздушного зазора. В конце концов вместо борьбы с потерями тепла в воздушном зазоре, ликвидировали сам зазор - охлаждать водой стали непосредственно кристаллизующийся металл. Так родился метод непрерывного литья Алюминиевых слитков.

В медный или Алюминиевый кристаллизатор небольшой высоты заливается жидкий металл. В кристаллизатор заведомо вдвинут поддон - заменяющий неподвижное дно.
   Как только начинается затвердевание Алюминия, поддон медленно опускают - постепенно и с той же скоростью, с какой идет процесс кристаллизации. А сверху непрерывно доливают жидкий металл.
   Процесс регулируют так, чтобы лунка расплавленного Алюминия находилась в основном ниже кромки кристаллизатора, куда - непосредственно на застывающий слиток - подается вода.

Позже Ф.И.Квасов, 3.Н.Гецелев и Г.А.Балахонцев выдвинули идею, позволявшую кристаллизовать многотонные Алюминиевые слитки вообще без форм - в процессе кристаллизации жидкий металл удерживается в подвешенном состоянии электромагнитным полем...

Еще один непрерывный способ - производства литой алюминиевой проволоки (до 9 мм) - был разработанный в годы войны В.Г.Головкиным: из горизонтального отверстия в печи непрерывно выливалась струя жидкого металла. Прямо на выходе на металл подавалась вода, а вскоре частично отверженная струйка металла подхватывалась роликами и вытягивалась дальше.
   Поверхность такой проволоки получалась гладкой и блестящей, по прочности она не уступала холоднотянутой. А потребность в ней была громадной - число заклепок на крыльях и фюзеляже самолета в те годы доходило до 200 000 штук, а на бомбардировщике - до 1 000 000...

Фазы-упрочнители - это всегда результат растворения соответствующих металлов в Алюминии и химического взаимодействия с ним. В высшей степени полезные включения.
   С окисными же включениями ведут упорнейшую борьбу на всех стадиях производства.

Однако эти нерастворимые в Алюминии и наносящие ему вред окисные включения, совершенно изменили свое качество, как только их превратили в наитончайшие пленки.




Если жидкий Алюминий распылить, получатся более или менее округлые частицы, сплошь покрытые тонкими пленками окиси. Эти частицы (пульверизаты) размалывают в шаровых мельницах. Получаются тончайшие «лепешки» толщиной 0,1 мкм.
   Если такую пудру предварительно не окислить, то при соприкосновении с воздухом она мгновенно взорвется - произойдет бурное окисление. Поэтому в шаровых мельницах создают инертную атмосферу с регулируемым содержанием Кислорода, и процесс окисления пудры идет постепенно.

На первой стадии размола, насыпной вес пудры уменьшается до 0,2 г/см³, содержание окиси Алюминия постепенно увеличивается до 4 - 8%. Размол продолжается, мелкие частицы укладываются более плотно. К пудре добавляют жир, и частицы уже не слипаются между собой, а насыпной вес материала повышается до 0,8 г/см³. Окисление происходит достаточно интенсивно, и содержание окиси Алюминия достигает 9 - 14%.
   Постепенно жир почти полностью улетучивается, и мельчайшие окисленные частицы «склепываются» - сращиваются - в более крупные частицы.

Такая «тяжелая» пудра (в ней содержится до 25% окиси) уже не летит как пух - ее можно спокойно ссыпать в стаканы. Затем порошок брикетируют в прессах под давлением 3000 - 6000 атмосфер и при температуре 550 - 650°С.
   Материал приобретает металлический блеск. Он имеет сравнительно высокую прочность электро- и теплопроводность.

Из таких брикетов можно прессовать, прокатывать, ковать трубы, листы, прутки и другие изделия. Все эти полуфабрикаты именуются САП - Спеченный Алюминиевый Порошок.
   При содержании окиси Алюминия 20 - 25% прочность САП достигает максимума: 4500 - 4800 атмосфер. Таким образом, благодаря именно окиси прочность Алюминия увеличивается в 6 раз.

Объясняется это конечно не просто присутствием окиси Алюминия, а ее дисперсностью, способом наращивания пленки, механизмом ее взаимодействия с Алюминием.
   Чем меньше расстояние между частицами, тем прочнее САП.

Благодаря тому, что природа дисперсных образований в обычных стареющих Алюминиевых сплавах и в САП разна, эти материалы очень различаются и по своим свойствам. САП сохраняет высокую прочность до 500 - 600°C, а все Алюминиевые сплавы при этой температуре переходят в полужидкое или вязкое состояние.
   Тысячи часов при температуре до 500°C мало сказываются на прочности САП, потому что взаимодействие окисных частиц и Алюминиевой матрицы мало меняется после нагрева. Сплавы же Алюминия при таком испытании совершенно теряют прочность.

САП не нуждается в закалке, а по коррозионной стойкости он близок к чистому Алюминию. По электро- и теплопроводности САП ближе к чистому Алюминию, чем стареющие сплавы такой же прочности.

Характерная особенность САП - адсорбция огромного количества влаги разветвленной поверхностью окисленных частиц. Поэтому САП необходимо хорошо дегазировать в вакууме, нагревая материал до точки плавления Алюминия.

Из САП изготовляют поршни двигателей, работающих при температуре до 450°C, материал этот перспективен для судостроения и химического машиностроения.




Существуют подобные (спеченные) сплавы Алюминия и с Кремнием, Никелем, Железом, Хромом, Цирконием. Они называются САС - Спеченный Алюминиевый Сплав. Эти сплавы имеют низкий коэффициент линейного расширения, что позволяет использовать их в сочетании со сталью в механизмах и приборах.
   У обычного Алюминия коэффициент линейного расширения - примерно вдвое выше, чем у стали, что вызывает большие напряжения, искажения размеров и нарушения прочности.




Некоторыми соединениями Алюминия люди пользовались и в древности. И не только глиной, основу которой составляет Al2O3. В «Естественной истории» Плиния Старшего упоминается, что квасцы еще на рубеже старой и новой эры применяли в частности, в качестве протравы при крашении тканей.
   А в начале нашей эры, римский полководец Архелай во время войны с персами приказал обмазать деревянные башни квасцами. В результате дерево приобрело огнестойкость, и персы не смогли поджечь укрепления римлян.




При сгорании Алюминия в Кислороде и Фторе выделяется много тепла. Поэтому его используют как присадку к ракетному топливу.
   Ракета «Сатурн» сжигает за время полета 36 тонн Алюминиевого порошка.

Идею использования металлов в качестве компонента ракетного топлива впервые высказал Ф.А.Цандер.




В 1865 году русский химик Н.Н.Бекетов открыл метод восстановления металлов с помощью Алюминия, получивший название Алюминотермии. Сущность метода в том, что при поджигании смеси окислов многих металлов с элементарным Алюминием, происходит восстановление этих металлов.
   Если окисел взят в избытке, то полученный металл будет почти свободным от примеси Алюминия.
   Теперь этим методом пользуются при получении Хрома, Ванадия, Марганца.




Для получения Алюминия электролизом необходим Криолит. Этот минерал, внешне похожий на лед, позволяет намного снизить температуру плавления Глинозема - сырья для производства Алюминия.
   Единственное крупное месторождение Криолита почти исчерпано, и Алюминиевая промышленность мира работает сейчас на синтетическом Криолите.

Существуют два основных способа производства Криолита - кислотный и щелочной. Первый используется шире - сырьем служит плавиковый шпат (СаF2), который обрабатывают серной кислотой и получают фтористый Водород.
   Растворив фтористый Водород в воде, его превращают в плавиковую (Фтороводородную, Фтористоводородную, Гидрофторидную) кислоту, которая взаимодействует с гидроокисью Алюминия.
   Полученную Фторалюмниевую кислоту (H3AlF6) централизуют содой. В осадок выпадает мало растворимый в воде Криолит.




Для производства некоторых полимеров, прежде всего синтетических каучуков высокого качества, К.Циглер и Д.Натт открыли элементоорганические соединения (катализаторы). Полимеры полученные с помощью таких катализаторов, отличаются особенно четкой структурой и оттого - лучшими физико-химическими свойствами.
   Первыми катализаторами стереоспецифической полимеризации были Алюминийорганические соединения.




Монокристаллы окиси Алюминия с небольшими добавками красящих окислов - это и ярко-красный Рубин и сияющий синий Сапфир - драгоценные камни первого (высшего) порядка. Цвет им придают: Сапфиру - ионы Железа и Титана; Рубину - Хрома.
   Чистая же кристаллическая окись Алюминия бесцветна, ее называют Корундом.

Алюминий входит также в состав Турмалина, бесцветного Лейкосапфира, желтого восточного Топаза и многих других ценных камней.

В заводских масштабах производятся искусственные Корунд, Сапфир и Рубин - эти камни нужны не только ювелирам, но и многим отраслям современной техники. Достаточно вспомнить о Рубиновых лазерах, часах «на пятнадцати камнях», наждаке, который делается преимущественно из Корунда получаемого в электропечах, о Сапфировых окнах «Токамака» - одной из первых установок для изучения термоядерных процессов...




Природный Алюминий состоит только из одного «сорта» атомов - изотопа с массовым числом 27.
   Известны несколько искусственных (радиоактивных) изотопов Алюминия, большинство из которых короткоживущие и лишь один - Алюминий-26 - имеет период полураспада около 1 000 000 лет.




Алюминаты - соли Ортоалюминиевой (Н3АlO3) и Метаалюминиевой (НАlO2) кислот. Среди природных Алюминатов - благородная Шпинель и драгоценный Хризоберилл.
   Алюминат Натрия (NaAlO2), образующийся при получении глинозема, применяют в текстильном производстве как протраву.
   Приобрели практическое значение и Алюминаты редкоземельных элементов, отличающиеся высокой тугоплавкостью и характерной, во многих случаях красивой, окраской. Алюминаты Лантана и Самария - кремовые; Европия, Гадолиния и Диспрозия - розовые; Неодима - сиреневые; Празеодима - желтые. Эти материалы считаются перспективными в производстве специальной керамики и оптических стекол, а также в ядерной энергетике: некоторые редкоземельные элементы отличаются исключительно высокой способностью к захвату тепловых нейтронов.


«...Этот юноша приходил в лабораторию, чтобы за несколько центов купить стеклянные трубки, пробирки или еще что-нибудь в этом роде. Я ничего не знал об этом мальчике, но часто думал, что, возможно, он станет ученым - ведь он занимается исследованиями в те годы, когда другие подростки проводят время только в играх и развлечениях. Этот подросток и был Чарльз М.Холл - человек, в 23 года открывший метод выделения Алюминия из руд...
   ...Он испробовал множество методов, но все безуспешно. Наконец Холл остановился на электролизе...
   ...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.
   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».
   (Выдержки из рассказа профессора Иветта, из сборника «Вспышка гения», составленного по первоисточникам американским ученым А.Гарретом).



Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732