«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Крылатый металл

В самородном виде алюминий в природе не встречается, а получение его из глинозема столь трудный и сложный процесс, что металлический алюминий впервые появился только в 1825 г.

Тем не менее существует легенда, рассказанная Плинием Старшим, о том, как 2000 лет назад к римскому императору Тиберию пришел незнакомец и преподнес ему чашу из блестящего, серебристого, очень легкого металла.

«Из чего ты ее сделал?» — спросил Тиберий. «Из глины», — ответил незнакомец. «Из глины? — удивился император. — Но ведь она встречается повсюду!» И приказал казнить умельца, уничтожить его мастерскую, дабы это неожиданное изобретение не обесценило драгоценные металлы римской казны.

В III веке н. э. китайцы с почестями похоронили своего полководца Чжоу Чжу. Положили его в гробницу, украшенную рельефным металлическим орнаментом. Когда современные исследователи изучили состав древнего сплава, в нем оказалось 85 % алюминия, 10 % меди и 5 % магния.

Достоверно, что первый металлический алюминий в 1825 г. получил датский физик Ганс Христиан Эрстед, известный в первую очередь своими работами по электромагнетизму. Эрстед пропускал хлор через раскаленную смесь глинозема с углем и полученный безводный хлористый алюминий нагревал с амальгамой калия. Затем амальгаму разлагал нагреванием, ртуть испарялась, и алюминий явился на свет.

В 1827 г. Фридрих Вёлер получил алюминий, вытеснив его из того же хлорида металлическим калием. 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.