История производства алюминия

 

Алюминий – химически высокоактивный металл, который всегда стремится к взаимодействию с другими элементами и веществами. Поэтому в чистом виде он в природе не встречается, и получают его из минералов. Бокситы, нефелины, алуниты, глиноземы – насчитывают более 250 горных пород и соединений, богатых алюминием.

 

Первый известный истории способ получения нелегированного алюминия был задокументирован датским физиком Г. Х. Эрстедом в 1825 году в ходе опытов с электромагнетизмом. Однако способ этот был трудоемким, а потому и дорогостоящим. Как, собственно, и сам алюминий: вплоть до середины XIX века он считался металлом роскоши, почти что наравне с золотом и серебром.

 

Все изменилось в 1886 году, когда химик Ч. М. Холл запатентовал электролизную технологию производства алюминия из глинозема. Это сразу перевернуло игру: добыча алюминия упростилась в разы, и с 1890х производство разгонялось скачкообразно. По итогу цены на алюминий закономерно обрушились: за следующие 40 лет «крылатый металл» подешевел в 5 раз. Заметим, что метод Холла прошел проверку временем и до сих пор лежит в основе получения первичного алюминия.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИЯ. ПЛЮС ЕЩЕ РАЗ О ЕГО ГЛАВНЫХ ОСОБЕННОСТЯХ

 

•      Плотность алюминия: 2712 кг/м3 (2,7 г/см3)

•      Температура плавления: +658°C у технического, +658°C – у алюминия особой чистоты

•      Удельная теплоёмкость: 897 Дж/кг·K

•      Коэффициент теплопроводности: 203,5 Вт/(м·К)

•      Электропроводность: 3,7·107 См/м

•      Удельное электрическое сопротивление: 2.700 · 10−8Ом·м

•      Является слабым парамагнетиком

•      Цвет: серебристо-белый

 

Алюминий – один из самых легких металлов

Пример из строительства: алюминиевые конструкции в 2-3 легче стальных с той же несущей способностью, что определенно развязывает руки архитекторам. В авиации и космонавтике алюминий вообще основополагающий материал. В случае с метро и пригородными электричками применение алюминия, помимо прочего, снижает затраты электроэнергии, необходимой на разгон подвижного состава, следующего с частыми остановками.

 

Алюминий не боится коррозии

Все дело в тончайшей (0,00001 мм) и крайне прочной оксидной пленке, образующей надежное сцепление с металлом. Даже если пленка все же разрушится, в большинстве сред она мгновенно восстановится. Отдельно отметим марки алюминиево-магниевых сплавов с Mg 3-6% («морской алюминий»). На морском воздухе они корродируют в 100 раз медленнее, чем сталь, поэтому активно используются в судостроении.

 

Алюминий пластичен

 

Его можно вытянуть ультратонкой (0,004 мм) проволокой или прокатать в фольгу, которая будет втрое тоньше волоса взрослого человека. Отлить из алюминия что-нибудь фигурное или детализированное – всегда пожалуйста, нужно просто выбрать подходящий литейный сплав.

 

Отлично проводит ток

 

Среди недрагоценных металлов только медь обходит алюминий по электропроводности: 5,87х107 См/м у первой против 3,7х107 См/м у второго. Но у алюминия припрятан козырь: малая плотность. Так, если в среднестатистической легковушке заменить всю медную проводку алюминиево-циркониевой, автомобиль похудеет на ~12 кг.

 

С теплопроводностью тоже все в порядке

Только серебро и медь теплопроводнее, чем алюминий. По этой причине алюминиевые сплавы часто используют в теплообменниках и радиаторах охлаждения. Помимо прочего, сплавы алюминия – почти идеальные материалы для кухонной утвари: от кастрюль до корпусов кофеварок. Та же алюминиевая кастрюля при нагревании поглощает всего ~7%, остальная энергия идет на разогрев пищи.

 

Сплавы алюминия бывают очень прочны

Скажем, дюралюминий по удельной прочности не уступает среднелегированным сталям. Более того, так называемые высокопрочные алюминиевые сплавы эти самые стали даже обходят: ~18,5 км у первых против ~15,4 км у вторых.

 

Алюминий экологичен

В отличие от многих других металлов его можно перерабатывать бесконечно. Примерно 75% алюминия, выпущенного за все эти 150 лет, используется до сих.

 

АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Сам по себе алюминий идет в ход реже, чем бесчисленные сплавы на его основе. Как мы уже говорили, алюминий активно соединяется с другими элементами, и даже мизерные присадки способны значительно изменить его характеристики. Правда, почти всегда – ценой увеличения плотности и просадки в коррозионной стойкости. Исключение здесь разве что магний и марганец. Тот и другой облегчают сплав, а в определенной доле (до 3,0% для Mg; до 1,0% для Mn) могут еще сильнее замедлить коррозию.

 

Условно алюминиевые сплавы делят на три группы: деформируемые, литейные и спеченные.