Алюминий: от открытия до промышленного производства

Среди металлов особое место отведено алюминию. Он востребован во многих отраслях и по объемам производства занимает второе место. За историю исследований было преодолено достаточно много препятствий. Многие ученые приложили усилия, чтобы сейчас процесс производства был минимально трудоемким и простым. Сегодня огромное количество заводов по всему миру поставляют алюминий высокого качества.

Открытие

Существует история о мастере ювелирного дела. Он был удостоен показать императору Рима изделие из ранее неизвестного металла. Тарелка очень напоминала серебро. Мастер рассказал, что добыл его из обычной глины. К сожалению, данное открытие было воспринято как угроза, а человека обезглавили.

Достаточно тугоплавкое вещество из квасцов именуемое «земля» получил немецкий химик А. Моргграф в 1754 году. Немного позже аналогичный материал уже называли глиноземом и добывали из глины. Первым подтвержденным фактом производства алюминия считается 1825 год. Совсем небольшое количество цветного металла удалось получить датскому физику Г. Эрстеду. В качестве сырья он применил квасцы (от латинского – alumen). Они использовались в выделке кож, а также являлись вяжущим веществом. Почти столетие потребовалось для открытия и получения чистого элемента. Всему виной химическая активность.

Основные препятствия

Существовало три препятствующих аргумента тормозивших масштабное производство цветного металла:

• Существенное сродство с кислородом. Алюминий возможно восстановить при температуре 2000 С при помощи углерода из оксида. Нежелательным процессом является взаимодействие углерода с металлом уже при 1 С, что в результате дает карбид.
• Электрохимический потенциал. Показатель равен -1,67 В. Получение из водных растворов является невозможным по причине активизации процесса разложения воды на катоде (выделения водорода).
• Температура плавки. Глинозем можно расплавить в условиях не менее 2050 С. Данный фактор исключает возможность проведения электролиза расплавленного сырья.

Первые успешные шаги

Выпускать легкий цветной металл в промышленных масштабах смог француз А. Сент-Клер Девиль. Он учел все недочеты Г.Эрстеда и Ф. Велера. В масштабных лабораторных исследованиях использовалась стальная труба с внутри расположенными емкостями с металлическим натрием. В нее загружался хлорид алюминия. На этапе газовой фазы появлялся осадок в виде металлических частиц. Их собирали и переплавляли в слитки. Негативными аспектами данного метода являлись большая трудоемкость и высокая вероятность возникновения взрыва в результате взаимодействия реагентов. После замены хлорида алюминия смесью из хлористого алюминия и хлорида натрия были исключены взрывы, а также получена жидкая консистенция. Уже в 1855 году начали выплавлять слитки до 8 кг.

Новые перспективы метода Девиля открыл ученый Н.Н. Бекетов (Россия). Применение сочетания криолита и магния позволили значительно упростить производственный процесс. В городе Гелингем было получено 58 тонн за пять лет в конце 19 века.

Следующим шагом в развитии отрасли стало появление электричества. Впервые использовать электрический разряд предложил Г. Деви в 1808 году. В то время электроэнергия была очень дорогостоящим ресурсом, а также не было мощных источников. Поэтому метод имел лишь теоретическую ценность. Его перспективность доказали практически одновременно Ч Холл (США) и П. Эру (Франция). Суть заключается в получении металла электролизом с раствора глинозема и криолита. Данный способ используется и сегодня.