Алюминий | ТМ 1939-01

Инж. Б. МОГИЛЕВСКИЙ, Рисунки А. КАТКОВСКОГО

В 1855 r. в Париже на Всемирной выставке среди прекрасного севрского фарфора была выставлена как редкость ваза из алюминия — металла, полученного из глины. 1 т алюминия стоила тогда 50 тыс. руб. С 1855 по 1885 г., за 30 лет, во всем мире выплавили меньше 50 т алюминия. Американец Холл и француз Эру открыли электролитический способ получения алюминия, что дало возможность получать этот металл в больших количествах. Стоимость алюминия снизилась в пятьдесят раз. Но чистый алюминий очень мягок и не обладает достаточной прочностью, поэтому он никогда не был бы широко использован, если бы не были получены его сплавы с медью и другими металлами. Именно эти сплавы — дюралюминий и кольчугалюминий — вывели голубой металл на широкую дорогу современной техники.

В старой России алюминий, несмотря на богатейшие запасы руд, содержащих этот металл, не производился. Его ввозили из-за границы.

В СССР широко развивается отечественная алюминиевая промышленность. Уже работают и снабжают нашу промышленность алюминием Волховский и Днепровский алюминиевые заводы, готов к пуску Уральский алюминиевый гигант.

Высокогорный приют, построенный для установки в Альпах. Прослойка из нескольких листов алюминиевой бумаги (альфодь) служит прекрасной термоизоляцией. Внешняя обшивка дома и все внутреннее оборудование — из алюминия.

*

Производство алюминия делится на две самостоятельные части. Первая часть — химическая переработка алюминиевой руды, например боксита, в окись алюминия (глинозем). Вторая часть — получение алюминия из глинозема в электролитных ваннах Эру и Холла.

Длинный путь проходит красная глина, боксит, пока превратится в серебристый и легкий металл.

Сотни железнодорожных вагонов везут боксит с Тихвина и Урала на алюминиевые заводы. Здесь в огромных железобетонных складах хранятся горы этой глины. Вот раскрывается двухметровая пасть грейферного крана. Полуметровые зубья схватывают глыбы красной глины, стальная челюсть крана медленно смыкается, и 4 т боксита поднимаются в воздух. Крепко зажатая пасть крана плавно передвигается вдоль склада, приближаясь к приемному бункеру дробилки «титан».

Размеры глиноземного цеха очень велики. Крановщику люди внизу кажутся игрушечными. Бешено вращаются стальные молоты дробилки. Крепкие окаменелые глыбы красного боксита и плиты известняка превращаются здесь в мелкие куски, которые затем направляются в специальном подъемнике в сушилку.

Вот металлическая труба длиной в 40 м и диаметром в 2 м. Изнутри она выложена огнеупорным кирпичом. Трубу называют вращающейся печью. Медленно и лениво поворачиваются стальные бока чудовища. Поток раскаленных газов окрашивает его чрево в яркие белые и красные тона. Температура печи превышает 800°. Огонь просушивает боксит и известняк, влага уходит вместе с дымом. Высушенная глина размалываемся в шаровых мельницах, с сильным грохотом дробят стальные шары алюминиевую руду. Красный порошок боксита смешивается с содой и белым порошком известняка. «Шоколадная смесь» направляется в шестидесятиметровую вращающуюся печь спекания. Здесь она обжигается при температуре в 1200°. По мере вращения гигантской печи навстречу раскаленным газам движется шихта. Идет невидимая для глаз работа, происходит химическое изменение вещества.

Боксит содержит в себе не только глинозем, но и вредные примеси. Под действием высокой температуры глинозем и часть соды соединяются и образуют новое химическое вещество — алюминат натрия, которое можно растворить в воде. В то же время высокая температура превращает вредные примеси боксита в нерастворимые осадки. Сода помогает растворить глинозем, а известняк, наоборот, помогает сделать нерастворимыми примеси.

В огромных баках с щелочным раствором алюминат натрия растворяется, а вредные примеси осаждаются. Красную жижу вредных веществ выводят из цехов, а раствор алюмината натрия загружают в автоклавы — огромные резервуары с паром под очень высоким давлением. Туда же загружают «молоко», приготовленное из обожженного мела. Через три-четыре часа пар сделает свое дело, и остатки вредных примесей окончательно выпадут в осадок, а чистые растворы уйдут в карбонизаторы — баки высотой с двухэтажный дом. Здесь через растворы алюмината натрия проходят очищенные дымовые газы. Эти газы пробивают толщу растворов, и в результате получаются белые кристаллы водного соединения глинозема — гидрат окиси алюминия.

Если полученный гидрат хорошенько прокалить, получится чистый глинозем, напоминающий нежный белый снежок.

В последнее время советские ученые нашли способ производства глинозема из нефелина, запасы которого в хибиногорских тундрах неисчерпаемы.

Нефелин содержит в себе соду, необходимую для получения глинозема из боксита. Вот почему производство глинозема из нефелина не только удешевит стоимость алюминия, но и сохранит нашему народному хозяйству дефицитную соду.

Глинозем — это соединение алюминия с кислородом. Чтобы получить из глинозема алюминий, его направляют в электролитные ванны Эру и Холла. Электрический ток командует борьбой, в которой алюминий разрывает тысячелетние оковы кислорода и освобожденный идет на службу человечеству.

Всякая химическая реакция либо поглощает тепло, либо выделяет его. Если на образование какого-либо вещества было затрачено тепло, то такое же количество тепла должно выделиться при разложении этого вещества на исходные продукты. В природе ничто не пропадает.

В то далекое время, когда раскаленный земной шар начал остывать, металлы, соединяясь с кислородом, выделяли тепло. При всяком процессе соединения металла с кислородом выделяется огромное количество тепла. И чем больше тепла когда-то выделилось при окислении какого-либо металла, тем больше тепла потребуется для того, чтобы вновь получить из окислов чистые металлы. Алюминий при своем окислении отдал земле много больше тепла, чем другие металлы, и поэтому так трудно теперь превратить окись алюминия — глинозем — в металл.

Как же устроена электролитная ванна Холла и Эру, освобождающая глинозем от кислорода? Ванна эта выложена изнутри тонким слоем угля. Из угля также сделаны аноды, которые соединены с положительным полюсом динамо-машины. Отрицательный полюс динамомашины соединен с дном ванны, которое, следовательно, является катодом. В ванну загружают криолит — соединение фтористого натрия и фтористого алюминия. Твердые частицы криолита плавятся под действием электрического тока. Когда температура в ванне достигнет 1000°, тогда в оранжево-красную расплавленную массу криолита засыпают глинозем. Глинозем растворяется в криолите, при этом молекулы его расщепляются на отрицательные ионы кислорода и положительные ионы алюминия. Отрицательные ионы кислорода разряжаются на угольных анодах и постепенно сжигают их. Положительные ионы алюминия притягиваются к отрицательно заряженному дну ванны и отдают ему свой электрический заряд. На дне ванны откладывается освобожденный алюминий.

Электролитная ванна.

Алюминий вычерпывают со дна ванны и отливают из него серебристые слитки легкого металла. Так электрический ток выделяет в электролитных ваннах на алюминиевых заводах десятки тысяч тонн голубого металла.

Мощные дробилки 1 измельчают глыбы красного боксита. После этого измельченный боксит просушивается во вращающихся механических печах 2. Сухой боксит размалывается стальными шарами в мельницах 3. Такой же путь проходит и белый известняк. Затем боксит, известняк и сода смешиваются в определенных пропорциях при помощи дозировочных аппаратов и смесителей 4. Полученная шихта (боксит, известняк и сода) спекается во вращающихся гигантских печах 5 при температуре, достигающей 1400°. Затем охлаждающий спек, в который входит алюминат натрия, размалывается в мельницах 6. Отсюда порошок спека попадает в мешалку 7 со слабым щелочным раствором, где алюминат натрия переходит в раствор (выщелачивается). Но раствор этот еще не окончательно очищен oт вредных примесей. Поэтому его пропускают через специальную аппаратуру 8 и 9, в которой происходит частичное удаление вредных примесей, а затем в автоклавах 10 при помощи известкового молока превращают в нерастворимый осадок окись кремния (белый шлам). Этот осадок удаляется из раствора при помощи аппарата 11. Очищенный раствор алюмината натрия по трубопроводам попадает в карбонизаторы 12, где под действием дымового газа в нем образуются кристаллы гидрата окиси алюминия. Затем в фильтрах 13 эти кристаллы отделяются от содовых растворов. Гидрат окиси алюминия обжигается во вращающихся печах 14, в результате чего получается окись алюминия — глинозем. В цеxe электролиза в электролитных ваннах 15 из глинозема выделяется алюминий.

*

Много труда и средств нужно затратить, чтобы получить алюминий. Глинозем, криолит, угольные аноды — все это требует для своего производства специальных заводов, и наконец, чтобы получить алюминий, нужен белый уголь — электрический ток.

1 т алюминия стоит свыше тысячи рублей золотом — такова твердая цена на мировом рынке. Железо в семнадцать раз дешевле. И это несмотря на то, что алюминий составляет 8% веса земной коры, а железо — только 4%. Отсюда следует, что нужно найти

более дешевые способы производства алюминия. Молодая советская наука должна вписать в историю алюминиевой промышленности новую блестящую страницу. Век алюминия начнется в нашей стране, в единственной стране, где сняты вековые оковы рабства, мешавшие человечеству покорять и изменять окружающий мир для расцвета высшей культуры — культуры социализма.

Три главных преимущества имеет алюминий в сравнении с черными металлами. Алюминий легок — он в три раза легче железа. Алюминий не ржавеет — тонкая, невидимая для глаза пленка окиси алюминия, покрывающая все алюминиевые предметы, гарантирует их от разрушения. И, наконец, алюминий прекрасно проводит электрический ток.

Сплавы алюминия — дюралюминий и кольчугалюминий — успешно конкурируют со сталью.

Авиация, электротехника, автомобилестроение, химическая промышленность являются главными потребителями алюминия.

Красива и прочна ткань с алюминиевыми проволочками. Алюминизированные ткани не боятся ни воды, ни огня.

Алюминиевые каблуки с резиновой прокладкой. Такие каблуки сохраняют свою форму и делают бесшумной походку.

Из алюминия, кожи и пробки делают исключительно прочные каски для мотоциклистов, танкистов, летчиков.

Туристские лодки и байдарки из алюминия настолько прочны, что легко преодолевают опаснейшие пороги. В то же время они очень легки.

Алюминий позже других металлов пришел на службу людям, но алюминий помогает нам быстрее двигаться к великим победам техники завтрашнего дня.