1_aluminievyy_rynok

Алюминий вошел в нашу жизнь, в быт, в технику, в важней­шие отрасли народного хозяйства, не только тем, что это тот легкий металл, который вместе с магнием создал крылатую мощь самолета. Большой интерес представляют его свойства и прежде всего геохимическая роль. Дело в том, что алюминий, с которым культурное человечество познакомилось так недавно, является одним из важнейших, самых распространенных хими­ческих элементов.

Мы с вами отлично знаем, что под покровом глин, песков, образовавшихся в разное время в результате выветривания и разрушения массивных горных пород, находится сплошная, об­легающая весь земной шар, каменная оболочка Земли, или зем­ная кора. Мощность этой каменной оболочки, ее толщина не менее сотни километров, а может быть, как сейчас начинают предпо­лагать, и значительно больше. Эта оболочка на глубине посте­пенно переходит в другую — рудную, содержащую железо и другие металлы, и, наконец, в центре Земли находится, по-видимому, железное ядро.

Каменная оболочка образует на поверхности Земли огром­ные выступы — материковые массы, или континенты. На них, в свою очередь, образовались складки в виде длинных цепей гор. Каменная оболочка Земли, составляющая основание конти­нентов и их горных цепей, слагается из алюмосиликатов и сили­катов. Алюмосиликаты состоят, как это видно по их названию, из кремния, алюминия и кислорода. Вот почему каменную обо­лочку часто называют «сиаль» — SiAl,— по сочетанию первых слогов латинских названий кремния — Silicium — и алюми­ния — Aluminium.

Эта оболочка, в состав которой главным образом входит гранит, по весу состоит примерно из 50% кислорода, 25% крем­ния и 10% алюминия. Таким образом, алюминий по распростра­нению занимает на Земле третье место среди химических эле­ментов и первое место среди металлов. Его на Земле больше, чем железа.

Алюминий, кремний и кислород вместе являются самыми главными элементами, из которых построена земная кора, и в каменной оболочке Земли они образуют разнообразные мине­ралы. Эти минералы являются такого рода соединениями ато­мов, у которых в центре находится либо атом кремния, либо атом алюминия, а вокруг них правильно в четырех углах, обра­зуя фигуру тетраэдра, располагаются атомы кислорода.

Таким образом, наряду с кремнекислородными возникают алюмокислородные тетраэдры. При этом роль алюминия быва­ет двоякой: либо он, подобно другим металлам, располагается между кремнекислородными тетраэдрами, связывая их друг с другом, либо он становится в некоторых тетраэдрах на место кремния.




Вот из этих-то тетраэдров кремния и алюминия путем соче­тания их между собой и образуется множество важнейших минералов земной коры, объединенных под общим названием алюмосиликатов. С первого взгляда сложный рисунок располо­жения атомов алюминия, кремния и кислорода напоминает нам тонкие кружева или узоры ковров. Эта картина могла быть установлена лишь при помощи рентгеновских лучей, которые как бы сфотографировали внутреннее строение минералов.

Вспомним, какими серыми и однообразными казались нам камни в далеком детстве и какая сложная и разнообразная картина рисуется нам, когда мы проникаем в глубь их струк­туры.

Распространенность некоторых алюмосиликатов колоссаль­на. Достаточно сказать, что более половины земной коры сло­жено минералами, носящими название полевых шпатов. Они входят в состав гранитов, гнейсов я других каменных пород, охватывающих землю как бы сплошным каменным панцирем и выступающих в виде могучих горных цепей. В результате выветривания полевых шпатов на земной по­верхности в ходе тысячелетий откладываются, грандиозные скопления глин, состоящих на 15—20% из алюминия. Алю­миний, открытый в составе этих повсеместно распространенных пород, даже был назван глйнием. Правда, это название к нему не привилось и перешло в несколько измененном виде к его оки­си — глинозему.

Но, к счастью, алюминий встречается в природе не только в таком сложном составе, откуда извлечь его довольно трудно. Значительное количество алюминия мы находим именно в виде глинозема — природного соединения с кислородом. Это соеди­нение встречается в очень разнообразных формах.

Безводную окись алюминия мы встречаем в виде минерала корунда, отличающегося замечательной твердостью, а иногда и необычайной красотой. Прозрачные разности гли­нозема, где к алюминию и кислороду примешиваются лишь крошечные количества элементов — красителей — хрома, же­леза, титана, принадлежат к числу первоклассных красавцев- самоцветов. Какое разнообразие цветов и богатство красок создает в одном и том же глиноземе ничтожная примесь того или иного вещества! Это сверкающий яркими тонами красный рубин и синий сапфир, пленявшие человека с незапамятных времен. Сколько сказок свяэано с этими камнями! Издавна слу­жат человеку и менее чистые, непрозрачные, окрашенные в бу­рые, серые, синеватые, красноватые цвета кристаллы корунда, по своей твердости уступающие лишь алмазу.

С их помощью мы обрабатываем разные твердые материалы, в том числе блестящую сталь инструментов, оружия, станков, машин. Мелкие кристаллики того же корунда в смеси с магнетитом и другими минералами,— так называемый наждак — хорошо известны каждому; вы, вероятно, не раз чистили наждаком свой перочинный ножик! Корунд мог бы, конечно, служить легким источником полу­чения металлического алюминия, но он слишком ценен сам по себе, и его мало в природе. С незапамятных времен, еще на заре человеческой куль­туры, с каменного века и до наших дней человек широко ис­пользовал граниты, базальты, порфиры, глины и другие породы из алюмосиликатов, строя из них целые города, создавая зда­ния, произведения искусства, утварь, получая керамику, фаянс, фарфор.

Но в течение тысячелетий человек и не подозревал благо­родных и чудесных свойств алюминия — металла, который был скрыт в этих породах. Алюминий никогда и нигде в природе не встречается в ме­таллическом виде, он всегда находится в различных соедине­ниях, совершенно отличных по свойствам и виду от металла алю­миния. И нужен был гений человека, его упорный труд, чтобы из­влечь и вызвать к жизни этот чудесный металл. Впервые удалось выделить небольшое количество блестя­щего серебристого металла около 125 лет назад. Й никто тогда не думал, что он вообще будет играть какую-то роль в жизни человека, тем более, что получение его было очень трудным. Но вот в начале прошлого века ряду ученых удалось путем элек­тролиза выделить алюми­ний на катоде под коркой шлаков из расплавленных при высоких температурах соединений алюминия. Это был чистый серебристый металл — «серебро из гли­ны», как говорили в то время.

Этот метод получения алюминия перешел на за­воды, и металл быстро стал завоевывать себе широкое применение. Он имеет цвет, напоминающий се­ребро. А свойства его дей­ствительно оказались уди­вительными.

В настоящее время чи­стую окись алюминия до­бывают не из глины. В ка­честве удобной руды алю­миния природа дает нам водную окись алюминия (гидрат глинозема) в виде минералов диаспора и гидраргиллита. Смешанные часто с окислами железа и кремнеземом, эти мине­ралы образуют залежи глино — или камнеподобных пород — бокситов — преимущественно среди прибрежвых осадочных от­ложений.

Боксит содержит очень большое количество окиси алюминия (50—70%) и является основной про­мышленной рудой алюми­ния. Советскими химика­ми разработан и освоен новый процесс переработки хибинского минерала — нефелина на окись алюминия. В последнее время пытаются также использовать дистеновые сланцы, содержащие 50—60% окиси алюминия, и другие минералы: лейцит, алунит. Но ни один из этих минералов, кроме нефелина, еще не может заме­нить боксит.

Производство металлического алюминия основано на двух самостоятельных процессах. Прежде всего из боксита после до­вольно сложной обработки извлекается чистая безводпая окись алюминия — глинозем. Затем окись алюминия подвергается электролизу в специальных ваннах, выложенных графитовыми плитами. Порошок глинозема загружается в эти ванны в смеси с по­рошком криолита. При включении мощного электрического тока развивается высокая температура (около 1000°); криолит плавится и растворяет в себе глинозем, который в дальнейшем разлагается током на алюминий и кислород. Дно ванны служит при этом катодом (отрицательным полюсом), и на нем соби­рается расплавленный алюминий. Через особый кран его выпу­скают и разливают по формам, где он и застывает в виде блестящих серебристых брусков. Сто лет тому назад получение этого легкого белого металла было очень трудной задачей, и фунт алюминия стоил сорок руб­лей золотом. А теперь могучая энергия рек, преобразованная в электрическую энергию, позволяет получать его в громадных количествах.

Кое-какие из свойств алюминия хорошо известны всем. Это очень легкий металл, почти в три раза легче железа. Он очень тягуч и при этом достаточно прочен: его можно вытяги­вать в проволоку, плющить в тончайшие листы. Не менее заме­чательны и его химические свойства. С одной стороны, он как будто не боится окисления; это мы знаем по поведению алюми­ниевой посуды, кастрюлек, сковородок, бидонов. А между тем сродство его с кислородом очень велико. Это кажущееся проти­воречие отметил еще наш великий химик Д. И. Менделеев. Дело в том, что серебряно-блестящий после выплавки алюминий на воздухе покрывается тусклой пленочкой окиси, которая предо­храняет его от дальнейшего окисления. Не всякому металлу дана такая способность самозащиты. Окись железа, например, хорошо всем известная ржавчина, нисколько не мешает даль­нейшему разрушению металла: она слишком рыхла и легко про­ницаема для воздуха и воды. Напротив, тоненькая пленочка окиси, одевающей алюминий, очень плотна, эластична и служит­ ему надежным покровом.

При нагревании алюминий жадно соединяется с кислоро­дом, превращаясь в окись алюминия, и выделяет при этом огромное количество тепла. Это свойство алюминия выделять тепло при сгорании было использовано в технике для выплавки других металлов из их окисей путем смешения с порошком ме­таллического алюминия. В этом процессе алюминотермии металлический алюминий отбирает кислород от окисей других металлов и восстанавливает их.

Если вы смешаете, например, порошок окиси железа с по­рошком алюминия и подожжете эту смесь лентой магния, на ваших глазах разовьется бурная реакция с выделением огром­ного количества тепла, и температура поднимется до 3 000°. Вытесненное алюминием железо при этой температуре плавит­ся, а образовавшаяся окись алюминия всплывает на его поверх­ность в виде шлака. Человек использовал эту активность алю­миния для получения некоторых тугоплавких и технически ценных металлов.

Таким путем выплавляют металлический титан, ванадий, хром, марганец и другие металлы. Так как при алюминотермии развивается высокая температура, то смесь окиси железа с алюминием — так называемый термит — применяют для свар­ки стали. Каждый из вас видел, вероятно, как это делается, на­пример, при сварке трамвайных рельсов. Расплавляемое при горении термита железо стекает на соединенные концы рельсов и сваривает их. Вряд ли можно назвать много элементов, которые сделали бы столь быструю и блестящую карьеру, как алюминий!

Алюминий стал стремительно проникать в автомобильную, машиностроительную и другие области промышленности, во многих случаях заменяя сталь и железо. В военном судострое­нии его использование произвело переворот, позволив создать, например, «карманные линкоры» (суда размером с легкий крей­сер и мощностью дредноута).

Человек научился получать это «серебро» из природных ми­нералов в огромных масштабах. И «серебро из глины» позволи­ло человеку окончательно покорить воздушную стихию. Алюминий или его легкие сплавы как нельзя лучше подхо­дят для постройки жестких аэростатов, фюзеляжей, крыльев или цельнометаллических самолетов. Эта новая промышленность, которая так широко исполь­зовала алюминий, выросла с чудесной быстротой на наших глазах. Когда мы видим летающий над нами самолет, вспомним, что 69% его веса без мотора приходится на алюминий и его- сплавы, и что даже в авиационном моторе вес алюминия и маг­ния — двух легчайших металлов — достигает 25%.

Одновременно с грандиозным потреблением в тяжелой про­мышленности, е постройкой цельноалюминиевых поездов, с за­тратой алюминия на машиностроение и особенно на авиацион­ную промышленность, сотни тысяч тонн алюминия расходуются на алюминиевые провода и детали для электрической промыш­ленности. Но и этим не исчерпывается применение этого металла. Добавим еще отражательные зеркала прожекторов, ответ­ственные части спарядов и пулеметных лент, осветительные ра­кеты, алюминиевый порошок в смеси с окисью железа — в за­жигательных бомбах. Вспомним о колоссальном значении искус­ственного кристаллического глинозема (электрокорунда, алун- дума), получаемого в настоящее время из тех же бокситов и применяемого в так называемом абразивном деле, глав­ным образом в обработке металлов.

Кристаллизуя чистую окись алюминия с добавкой красите­лей, мы получаем чудесные рубины и сапфиры, не уступающие •природным ни по твердости, ни по красоте. Мы применяем их главным образом как не поддающиеся истиранию опорные кам­ни в ответственных частях точных приборов: часовых механиз­мов, весов, электросчетчиков, гальванометроз и т. п.

Тонким порошком алюминия мы покрываем железо, получая своего рода алюминиевую жесть, не поддающуюся ржавчине. Этот же порошок служит для приготовления красивой литограф­ской краски. А с недавнего времени его оценили и мастера зна­менитого народного искусства — хохломской росписи по дереву. Алюминиевая пудра при помощи мягкой «куколки» наносится на пропитанную маслом поверхность предмета. Таким образом создается прелестный серебряный фон, по которому мастер вы­водит затем сложный цветистый узор росписи.

Почему мы называем алюминий металлом XX века?

Потому что его применение благодаря его замечательным свойствам растет и растет с каждым годом, а огромные запасы алюминия неисчерпаемы, и есть все основания считать, что алю­миний сейчас входит в обиход человечества так же, как вошло в свое время железо.

Print Friendly

Это интересно: