Кем и когда был открыт алюминий: История алюминиевой отрасли

Алюминий как химический элемент таблицы Менделеева

История такого химического элемента как алюминий напрямую связано с использованием так называемых «квасцов». Квасцы представляют собой алюминиевую соль, записи о которых впервые были обнаружены еще в V веке до нашей эры. Об этом химическом соединении алюминия впервые сделал заметки греческий историк Геродот. В те времена этот минерал был довольно популярен. Его в своей основе использовали в качестве красящего вещества, но природа его оставалась неизвестной. В 15 веках его широко использовали в текстильной промышленности. На сегодняшний день точно неизвестно когда начались попытки выделить чистый алюминий. Известно, что в 1754 году немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф  получил из «квасцов» так называемый «глинозем», который стал началом истории открытия алюминия.

Первые попытки производства металлического алюминия датируются 1760 годом. В 1782 году Антуан Лавуазье заподозрил, что «глинозем» полученный Маргграфом является оксидом нового химического элемента. Еще до  получения нового химического элемента в 1807 Хэмфри Дэви предложил название aluminium, которое закрепилось и по сегодняшний день. Получить чистый аллюминий удалось только в 1824 году датскиму физику и химику Хансу Кристиану Эрстеду. Он проводил опыты над безводным хлоридом алюминия с амальгамой калия. В результате химической реакции образовался металлический порошок, который сегодня известен как алюминий. Более чистый алюминий был получен в 1827 году немецким химиком Фридрихом Веллером. Он использовал тот же метод что и Эрстед, но использовал металлический калий в качестве восстановителя.

На сегодняшний день добыча алюминия является очень энергоемким процессом. Производство большей части алюминия осуществляется методом очистки бокситов. Боксит представляет собой алюминиевую руду состоящую из оксидов алюминия, железа, кремния — сырья для получения глинозема. Содержание промышленного глинозема в бокситах составляет от 40 до 60 процентов.

Первый промышленный метод крупномасштабного производства алюминия был открыт в 1886 году. В этом году французский инженер Пол Эрульт и американский химик Мартин Холл (отдельно друг от друга) разработали новый метод электролиза для получения алюминия. Сегодня этот метод известен в научном окружении как метод Холла–Эрульта. Этот процесс заключается в переработке глинозема в алюминий. Чуть позже, а именно в 1889 году, австрийский химик Карл Джозеф Байер открыл способ очистки боксита для получения глинозема. Этот метод сейчас известен как метод Байера. Современное производство алюминия основывается на извлечении глинозема из бокситов методом Байера и дальнейшей переработкой его в алюминий методом Холла–Эрульта.

Так как выплавка алюминия является очень энергозатратным производством заводы производители размещают в местах где есть недорогое электричество или имеется поддержка государства. Главными производителями алюминия в мире являются Китай, Россия, Индия, Канада и ОАЭ. При всем этом Китай производит больше 65% от всего алюминия производимого в мире. Годовой выход алюминия из Китая составляет около 32 000 тонн. В то время как Россия производит около 3500 тонн в год. Цена за тонну алюминия составляет около 2300$ США.

Алюминий является довольно распространенным элементом как во Вселенной так и на Земле. В солнечной системе содержание алюминия составляет 3,15 частей на миллион. Он является 12 по распространенности елементом из всех известных и 3 из элементов с нечетными номерами после водорода и азота. Единственный стабильный изотоп алюминия с атомной массой 27  является восемнадцатым по распространенности ядром во Вселенной. Он создается почти сразу после слияния водорода в массивных звездах, которые затем преобразуются в сверхновые второго типа.

На Земле алюминий так же является довольно распространенным элементом. Соотношение его частей на Земле на порядок выше чем во Вселенной. От общей массы Земли масса алюминия составляет около 1.6%. Это делает этот химический элемент седьмым по распространенности на Земле из всех и первым среди металлов. Что же касается земной коры то аллюминий занимает почетное 3 место после кислорода и кремния. Соответственно он так же является самым распространенным металлом с процентом от общей массы в 8.3%, что согласитесь в масштабах нашей планеты немало. В земной коре большое количество силикатов содержит алюминий. В тоже время в мантии Земли алюминия содержится всего 2.38%, что значительно меньше в отношении земной коры.

Алюминий является очень широкоприменяемым цветным металлом. Ежегодное производство алюминия составляет около 60 млн тонн. Он занимает второе место по производству среди металлов после железа. Основными областями применения алюминия являются машиностроение и транспорт, строительство, упаковка и электрика, а так же в различных бытовых приборах, медицина и ветеринария. Вообще нашу повседневную жизнь сложно представить без алюминия. Конечно он применяется не в  чистом виде, а в качестве сплавов и соединений.

В современных легковых автомобилях около 20% частей состоят из алюминиевых сплавов. В электротехнике проводниковые элементы, трансформаторы, конденсаторы изготавливаются с применением алюминия. Что же касается упаковочной структуры, то тут можно отметить алюминиевую фольгу, алюминиевые банки из под напитков. Если брать строительство, то тут каркасы, кровля, сайдинг, различного рода заклепки. Алюминий используется в случаях когда важны легкость, корозийная прочность и многие другие техгические характеристики. Многие бытовые предметы имеют в своем составе алюминий, который обеспечивает пригодный внешний вид и заданые характеристики предметов. Фосфат алюминия применяется при изготовлении целлюлозы, бумаги, лаков красок, стекла, керамики и многого другого.

Подведя итог стоит заметить, что из-за низкой стоимости алюминия и физических свойств его применение очень широко и разнообразно почти во всех сферах жизнедеятельности человека.

Интересных фактов связанных с алюминием очень много. Стоит начать с того, что в период от его открытия и до начала ено масштабного производства, был период времени когда алюминий стоил дороже золота. Даже в 1900 году стоимость тонны алюминия оценивалась в 14000$ в то время как сейчас его стоимость около 2300$ за тонну. Стоит отметить еще и дороговизну электроэнергии для изготовления этого металла. Стоимость затраченного электричества для изготовления алюминия составляет от 20 до 40% от стоимости металла. В США к примеру для изготовления этого материала используется 5% от общего количества электроэнергии.

Стоит заметить еще и то что ионы алюминия в значительных количествах содержатся в продуктах питания. Согласно исследованию ученых, взрослый европеец ежедневно вместе с пищей потребляет до 13 мг алюминия. Европейский орган по безопасности пищевых продуктов задает максимальную недельную дозу для человека 1 мг на 1 кг веса.  Вообще, вопрос токсичности алюминия для организма человека является очень спорным. Сейчас ученые спорят о причастности ионов алюминия к таким болезням как Альцгеймер и Паркинсон.

Что же касается воздействия на живую природу, то тут можно заметить тот факт, что ионы алюминия снижают скорость роста растений в кислых почвах. Этот химический элемент в небольших количествах содержится в воздухе и вместе с осадками способен выпадать на землю. Наибольшее количество алюминия в воздухе обнаруживается возле мест добычи, угольных шахт и электростанций. Осадки в таких местах называются кислотными из-за химических реакций алюминия и могут оказывать пагубное воздействие на человека.

История гальванотехники. Кем изобретена и как развивается

• 1800 г. – П.А.Вольта создал источник тока “Вольтов столб”.

• 1805 г. – Основание электрохимии Луиджи Бругателли.

• 1837 г. – Основание гальванотехники Б.С.Якоби.
Основоположником гальванотехники является Борис Семенович Якоби (Мориц Герман) – член Российской академий наук.

В 1836 г. Якоби разработал медно-цинковый гальванический элемент. В катод (медный цилиндр) наливался раствор медного купороса. Конструкция оборачивалась бычьим пузырем и погружалась в раствор хлористого натрия с цинковым анодом. Цинк растворялся, а медь восстанавливалась на катоде. Оказалось, что побочным эффектом работы элемента являлось нарастание медной фольги на катод. В дальнейшем плотный медный осадок легко отделялся.

Изначально, получив результаты испытаний, Якоби подумал, что медный цилиндр просто был изготовлен из некачественной меди, слои которой отслаиваются друг от друга. Но его подчиненный, поставляющий медь, выразил протест и заверил, что медь хорошего качества. Тогда Якоби заинтересовало происхождение медного осадка. Он начал сравнивать внутреннюю поверхность осадка с внешней поверхностью цилиндра и увидел микроцарапины на внутренней и внешней поверхностях, абсолютно идентичные друг другу. Так была изобретена гальванопластика.

 
Про отложение меди при пропускании электрического тока 3 февраля 1837 года Якоби написал письмо академику Ленцу. А уже 5 октября 1838 года изобретение представили на заседании Санкт-Петербургской Академии наук. К письму в Академию Якоби приложил гальванопластическую копию гравировальной доски с изображением двуглавого орла. Рядом с орлом жена ученого – Анна оставила надпись: «Великое великим парит и осеняет».

 
Не все эксперименты Якоби оказывались удачными. В письме в Академию он уточнял, что иногда испытывал трудности с отделением нарощенного осадка от гравировальной медной пластины – копия ломалась на осколки, одновременно приводя в негодность основу. Якоби обращал внимание Академии на то, что пластинка, от которой нельзя отделить медь представляет огромный научный интерес, т.к. металл невозможно оторвать. Он сравнивал такое сцепление металлов между собой со сплавкой.

 
Наблюдение Якоби имело исключительное значение, т.к. на его основании было заложено целое направление – гальваностегия, т.е нанесение металлических покрытий. Гальванопластика и гальваностегия произвели фурор в научном сообществе.
 
• 1839 г. – Первое широкое применение гальванопластики.
Первое широкое применение гальванопластики произошло в Гальванопластическом отделении «Экспедиции заготовления государственных бумаг» (ЭЗГБ) для копирования медных стереотипов. Это позволило в кратчайшие сроки провести денежную реформу в стране – уже ко 2 января 1840 г. Тогда же началось активное применение гальванопластики в художественных целях. За первые 20 лет работы в ЭЗГБ было осаждено около 10 т. меди.

• 1842 г. – Первое упоминание о бронзовом покрытии.

Первое упоминание о бронзовом покрытии в литературе относится к ванне, содержащей медь в виде цианистого комплекса вместе со станнатом калия. Состав был разработан Руольцем и был аналогичен современному. Другие ранние исследователи экспериментировали с ваннами, содержащими хлориды, тартраты и карбонаты меди и олова с различной степенью успеха.

• 1843 г. – Разработка первого состава для никелирования Боттгером.

В 1843 г. Боттгер разработал первую практически применимую ванну никелирования на основе  сульфата никеля и сульфата аммония. Существуют и более ранние ссылки на никелирование. Так, Берд, по-видимому, осаждал никель на платиновом электроде в 1837 году из раствора хлорида или сульфата никеля, а Шор запатентовал раствор на основе нитрата никеля в 1840 году. Однако разработанное Боттгером решение оставалось в коммерческом использовании в течение 70 лет, и он признан основоположником гальванического никелирования.

• 40-50-е годы XIX века – Гальванопластические монументальные скульптуры.
Гальванопластическая медная скульптура, как направление, занимает значительное место наряду с медночеканной, изготовленной из листовой меди. Примерами выдающихся скульптур были: Аполлон, Силен с Дионисом, Венера с амуром, Венера Таврическая, Римский оратор и другие.

• 1844 г. – Открытие первого гальванического завода в России. Разработка процесса латунирования. Первые упоминания о никелировании в России.
Был открыт первый гальванический завод в России. Основателям стал последователь Якоби герцог М.Лейхтенбергский. Завод назывался «Гальванопластическое, литейное и художественной бронзы механическое заведение». Впервые широкое применение обрели процессы осаждения золота, серебра и меди. На заводе ежемесячно золотили до 400 квадратных метров поверхностей и осаждали до 30 килограмм серебра. Уже в сорок седьмом году здесь имелись 3 ванны золочения с цианистым электролитом объемами по 1400, 1400 и 2700 литров. При строительстве храма Христа Спасителя на заводе золотили купола и крышу храма. На это было потрачено более 400 кг золота.

 
Рецептура и режим электролиза подбирались, как правило, эмпирически без учета неизвестных в то время особенностей процесса. Удовлетворительные по качеству осадки получали только при очень малых скоростях процесса (при плотностях тока на катоде 0,05-0,3 А/дм²) и толщине слоя, не превышающего 5 мкм.
  
В этом же году Якоби разработал “золочение без золота”, т.е. латунирование. Применение этого процесса началось в 1882 г.

Также, в 1844 году в России в научных статьях появляются первые упоминания о никелировании.
  

• 1856 г. – Первая информация о процессе хромирования из раствора хромовой кислоты.

Однако, из-за низкой воспроизводимости его широкое внедрение началось лишь с 1920 г.

• 1867 г. – Разработка процесса лужения.
Процесс лужения изобрели в 1867г, но начали применять только 1882 г. из-за дефицита в стране олова.

• 1869 г. – Начало монополии Адамса на никелирование в США. Дальнейшее развитие процесса никелирования. Первое фосфатирование стали.

Доктор Айзек Адамс-младший, был одним из первых, кто коммерциализировал никелирование в Соединенных Штатах. Его патент создал для его же компании виртуальную монополию  на никелирование с 1869 по 1886 год. В патенте указывалось на использование чистого сульфата никеля и сульфата аммоония. Решение Адамса было похоже на решение Боттгера, но имело акцент на работе ванны при нейтральном рН.

 
У Боттгера чрезмерное количество аммиака приводило к охрупчиванию осадка. Благодаря Адамсу, никелирование стало известно во всем мире, и к 1886 году ежегодное потребление никеля для покрытия выросло примерно до 135 тонн.

Ремингтон в 1868 г. предложил заменить сульфаты на хлориды в ванне Адамса. Но, возможно, более важное значение имели его попытки использовать небольшие кусочки электролитического никеля в качестве анодного материала в платиновой анодной корзине. Уэстон ввел использование борной кислоты. Банкрофт был одним из первых, кто понял, что хлориды необходимы для обеспечения эффективного растворения никелевых анодов.

В 1869 году было впервые выполнено фосфатирование раскаленной стали погружением в фосфорную кислоту.

• 1879 г. – Первое применение цинкования и никелирования в России.
Полковник Ковако начал применять цинкование стали в целях защиты от коррозии. Также им начинает применяться никелирование.

• 1906 г. – Установлено влияние сульфатов на процесс хромирования. Впервые выполнено фосфатирование без нагрева стали.

Карвет и Карры впервые показали положительное влияние сульфатов на процесс хромирования. В дальнейшем, в 1909-1914 гг. Сарджент провел широкие исследования хромирования из раствора хромовой кислоты с сульфатами. Независимо от него идентичные работы выполнял в Германии Либрейх. С тех пор десятки ученых продолжали изучать хромирование.

В этом же году было впервые выполнено фосфатирование холодной стали.

• 1908г. – Первый патент на анодирование алюмния.

Получение первого патента на процесс анодного окисления алюминия получен в Великобритании.

• 1914 г. – Первые научные исследования процесса бронзирования.

Первые детальные научные исследования процесса бронзирования были проведены в 1914-1915 гг. Тредвеллом и Беком, а также Кременном и его коллегами. Они изучили несколько видов ванн, которые в основном представляли собой цианистые ванны с добавлением солей олова, таких как тартраты и сульфостаннаты. После этих исследований появились первые патенты по бронзированию.

• 1914 – 1922 гг. – Первая мировая и гражданская война.
До 1910 годов в России направление гальванопластики быстро развивалось, однако крупных гальванических заводов было мало. Их заменяли небольшие мастерские для декоративных покрытий. Машино- и автомобилестроение, в отличие от Европы, было развито слабо. К тому же первая мировая и гражданские войны сильно остановили развитие науки. Исследования возобновили в 1916 году, а к 1933 году значительно ускорили.

• 1916 г. – Создание электролита Уоттса.

Профессор Оливер П. Уоттс из Висконсинского университета, зная о большинстве этих разработок, в 1916 году сформулировал электролит, который объединил сульфат никеля, хлорид никеля и борную кислоту и оптимизировал состав раствора для гальванического покрытия никеля. Их ванна получила название электролита Уоттса. Преимущества его горячей, высокоскоростной ванны стали известными и окончательно привели к исключению сульфата аммония из состава. Сегодня электролит Уоттса – самый применяемый электролит в никелировании.

Эволюция электролита Уоттса проявилась в использовании органических добавок и некоторых солей.

Альтернативой электролиту Уоттса в будущем выступили только сульфаминовые ванны. Чаще всего они применялись для гальванопластики.

• 20-е годы XX века – Начало повсеместного создания гальванических производств в России.

Активное участие в этом принимали Н.Т.Кудрявцев и В.И.Лайнер.

 
• 1924 – Начало развития процесса хроматирования цинковых покрытий.

В 1924 году было произведено хроматирование магния, послужившее началу развития хроматных обработок металлов, в частности – цинка. Хроматные пленки того времени были коричневого цвета.

• 30-40 е годы XX века – Развитие хромирования и лужения. Разработки в области нестационарных режимов электролиза, пред- и постобработки покрытий, контроля качества.
В 30-х годах огромной популярностью пользовались хромовые покрытия, особенно в -тракторо, -авиа и судостроении, а так же в изготовлении режущего инструмента. Произошло внедрение защитно-декоративного хромирования в промышленность.

 
Тогда же было установлено, что свыше половины (т.е. 3000 тонн) всего олова в СССР  использовалось при горячем лужении жести (производство белой жести). Сэкономить олово пытались с помощью уменьшения слоя покрытия. Так, около 150 тонн олова в год можно было сэкономить за счет уменьшения толщины слоя полуды. и усовершенствования технологии. Однако наиболее перспективным оказалось коренное изменение самого способа нанесения металла – с горячего на гальванический.

 
По всей стране проводились исследования по осаждению металлов с наложением переменного тока на постоянный, осаждению металлов на предварительно запассивированную поверхность, изучались специальные методы обработки покрытий после их нанесения, разрабатывались методы контроля электролитов и качества покрытий.

 
К началу 1940-х гг. в СССР запустил мощные цеха с высокой производительностью, оснащенные современным оборудованием. Гальванические цеха Горьковского автозавода и ЗИСа по качеству выпускаемой продукции и модернизации оборудования считались одними из лучших в Европе.

• 1932-1933 гг. Разработка скоростного электролита цинкования ленты и проволоки.
Работа была проведена Н.Т. Кудрявцевым, Д. В. Степановым и Б. Н. Кабановым. Созданные ими установки гальванического цинкования увеличили производительность процесса в 100-200 раз, при этом почти в 2 раза уменьшился расход цинка по сравнению с горячим методом. Широкое внедрение установок началось в 1935 году.

• 1934 г. – Создание электролита блестящего никелирования.

Шлоттер выпустил на рынок электролит блестящего никелирования. Первыми добавками были бензол и нафталин ди- и трисульфоновые кислоты.

• 1936 г. – Написание руководства “Основы гальваностегии”. Запатентован процесс хроматирования цинка “Кронак”.

Данная фундаментальная книга, написанная Н.Т.Кудрявцевым и В.И.Лайнером, трижды переиздавалась, была переведена на английский, румынский, польский и китайский языки.

В этом же году запатентован процесс хроматирования цинка “Кронак” в растворе бихромата и серной кислоты. Хроматные пленки на цинке и кадмии, полученные в этом растворе, были радужно-желтыми. Во время Второй мировой войны радужные пленки были усовершенствованы – впервые начали применять толстые оливковые пленки. После этого появились разработки, связанные с электрохимическим хроматированием, но широкого применения не получили.

• 1940-1941 гг. Замена цианистых растворов цинкования на цинкатные.
22-25 мая 1940 г. прошло Всесоюзное научно-техническое совещание Научного Инженерно-Техническтого Общества (ЛенНИТО) на тему: “Цинк и кадмий в технике защиты от коррозии”. На нем было объявлено направление по поиску альтернативы вредным и дорогим цианидным растворам цинкования. Н.Т. Кудрявцевым и А.А. Никифоровой было предложено заменить их на  дешевые щелочные цинкатные. Но после подробной всесторонней проверки предложенных электролитов был сделан вывод об их непригодности к промышленному их использованию в связи с невозможностью осаждения компактного осадка на любой плотности тока.

Практически одновременно с этим на основе запатентованной в 1942 г. году ванны Кутцельнига в Европе был разработан процесс щелочного бесцианистого цинкования. Покрытия из первых цинкатных растворов получались губчатыми и изначально новый процесс не нашел своего практического применения. К его использованию вернутся позже, после открытия органических добавок, улучшающих качество осадков.

В СССР изучение добавок для цинкатного электролита активно шло во второй половине XX века. Самая эффективная была предложена Н.Т.Кудрявцевым и процесс цинкования с ней был внедрен на автомобильном заводе им. Ленинского комсомола (АЗЛК).

• 40-е года XX века – Начало индустриализации, развитие применения гальваники в СССР. Создание первых отечественных электролитов блестящего никелирования и меднения.
В тот период для страны особенно необходимо было развивать тяжелую промышленность. Необходимо было создавать машины и оборудование, а не импортировать их из-за границы. Открывались тысячи машиностроительных заводов. В первую пятилетку продукция машиностроения возросла почти в 5 раз. Страна была лидером по производству чугуна и стали. Во второй половине 40-х годов широко внедрялись новые технологические процессы на машиностроительных производствах. Главное для страны в то время – борьба за качество и сокращение потерь.

 
Несмотря на высокий уровень металлургической промышленности и тяжелого машиностроения, уровень развития цветной металлургии был недостаточен. Многие цветные металлы вместо добычи оставались предметом импорта. Особенные трудности обстояли с алюминием, никелем, магнием и оловом.

 
Для гальванических производств в СССР важной задачей становится защита металлов от коррозии и экономное использование цветного металла.

 
Был разработан план по снижению потребления дефицитных цветных металлов. Везде, где было возможно, эти металлы заменялись на простую углеродистую сталь. Чтобы эти замены не сказывались на качестве советской продукции, предусматривалось широкое применение гальванических покрытия, обладающих необходимыми эксплуатационными характеристиками, например, износостойкостью, твердостью или химической стойкостью. Часто применялись никелевые, хромовые, свинцовые покрытия или специальная обработка стали для изменения ее характеристик, как например азотирование.

 
В целях экономии расхода олова, горячее лужение при производстве жести заменялось на гальваническое.

В эти же года под руководством Н.Т.Кудрявцева были разработаны первые отечественные электролиты блестящего никелирования и меднения.

• 1943 г. – Изобретение пористого хромирования.
В 1943 году академик М.Б. Черкез изобрел способ пористого хромирования, сразу получивший признание по всей Европе.

• 1945 г. – Создание процесса полублестящего никелирования.

Разработка в 1945 г. ДюРоузом кумаринсодержащих электролитов полублестящего никелирования  явилось крупным вкладом, поскольку впоследствии привело к созданию двух- и трехслойных никелевых покрытий. Его электролит позволил сохранить использование блестящего никеля в автомобилестроении в многослойном исполнении, т.к однослойные покрытия не обладали достаточной коррозионной стойкостью.

• 1946 г.- Разработка зеркального бронзирования.

После Байера и Макнотона Angelesetal провел эксперименты с получением зеркальной бронзы.

В целом, бронзовое покрытие стало более важным с коммерческой точки зрения как после Второй мировой войны, так и после Корейской войны из-за нехватки никеля. Это привело к бронзовому покрытию стали как для декоративных, так и для коррозионных целей, а также в качестве подложек для хромирования.

• 50-60-е годы XX века – В СССР создается новое направление электролитов.

Под руководством Н.Т.Кудрявцева создаются электролиты, в которых применяются одновременно блескообразующие и выравнивающие добавки. Необходимость полировки покрытий после этого практически отпала.

• Настоящее время…

В настоящее время перед гальванотехниками стоят новые задачи. Наряду с покрытиями, имеющими улучшенные антикоррозионные и механические свойства, требуются покрытия с высокими оптическими (блеск) и особыми магнитными свойствами, повышенной электропроводностью, жаростойкостью, способностью сохранять паяемость после длительного хранения на воздухе и др. Необходимы также интенсификация и автоматическое регулирование процесса, автоматизация управления и контроля электролитических процессов и т. д.

Уже достигнуты большие успехи в области изучения механизма электродных процессов, особенно в работах российских ученых. Исследования в этом направлении дали возможность не только установить основные закономерности электроосаждения металлов, но и более правильно и обоснованно подойти к разработке технологических процессов покрытия изделий, что особенно актуально в настоящее время.

Большой вклад в развитие отечественной гальванотехники внесли М.А.Шлугер, В.Н.Кудрявцев, А.Т.Ваграмян, К.М.Горбунова и многие другие.

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО “НПП Электрохимия” Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс “Оригинальные тексты”

О компании САНТО-КОМ в Новосибирске

Комфорт вашего дома вместе с «Санто-КОМ»

Компания «Санто-КОМ» рада приветствовать ВАС на нашем сайте! Основная специализация нашей компании это продажа систем отопления, водоснабжения и канализации.  У нас представлены радиаторы алюминиевые, радиаторы биметаллические, радиаторы чугунные, котлы газовые, котлы твердотопливные, котлы электрические.

Немного о радиаторах

Радиаторы произведенные в Китае ничем не отличаются произведённых в Европе  так как выпушенные на фабриках оборудованными такими же станками и пресс-формами  как и в Европе, а радиаторы чугунные современного дизайна произведенного в Китае  по доступной цене на Российском рынке вы не найдете. Хотелось бы обратить внимание на наименование  радиатора их много, но не забывайте вы покупаете  радиатор.

В выборе радиатора отопления Вам помогу наши менеджеры, а для самостоятельного выбора вам нужно знать некоторые параметры системы отопления в вашем доме или квартиры. Немного простых советов, если у вас центральное отопление и вы живете в большом городе,  у вас свой дом или коттедж со  своим газовым или любым другим котлом,  то достаточно выбрать алюминиевый радиатор, если у вас например центральное отопление но вы знаете что вас отапливает небольшая не очень новая котельная  то выбирать нужно биметаллические радиаторы или немного дороже чугунные радиаторы.  Большое  значение для алюминиевого радиатора имеет  вода  которая  будет использоваться для отопления. Когда заканчивается отопительный сезон, при эксплуатации алюминиевого радиатора в центральных систем отопления нужно  обязательно, чтобы верхний кран был открыт, а нижний закрыт или открыть кран маевского. Чугунный  радиаторставится в тех местах, где вода не позволяет ставить алюминий. Но всегда выбор остаётся за Вами, мы лишь вам можем предложить то, что есть у нас.

Теперь про трубопроводы.

По выбору их несколько, полипропилен, металлопластик, сшитый полиэтилен, трубы  из меди и оцинковки. Полипропиленовые трубы по простоте монтажа, надежности и цене в  не конкуренции. Можно конечно спорить до без конечности о  преимуществе того или иного материала, но  выбор всегда за вами.

О газовых котлах.

У нас представлены настенные газовые котлы, тех производителей, у которых в нашем городе есть  хорошая сервисная служба и склад запчастей. При выборе моделей мы обращали внимание на простоту эксплуатации, надежность в наших сибирских условиях для этого  провели большое время на различных интернет форумах, опросах монтажников с кем сотрудничаем, с торгующими фирмами  и выбрали для вас линейку оптимальных газовых котлов которые представлены в магазине. В подборе вам всегда помогут наши менеджеры.    

Твердотопливные котлы.

У нас небольшой выбор твердотопливных котлов но самый оптимальные и надежный . Мы сотрудничаем с Новосибирскими производителями которые делают качественные и надежные котлы.

Для Вас у нас всегда есть доставка, вам только позвонить или сделать заявку из того перечня товаров, что у нас есть, а мы расскажем, покажем, привезём.  Наша задача чтобы были довольны нашей работой и надеемся, что ВЫ о нас расскажите соседям, знакомым, друзьям.

С уважением наш коллектив.

АЛЮМИНИЙ . Популярная библиотека химических элементов. Книга первая. Водород — палладий

Около 100 лет назад Николаи Гаврилович Чернышевский сказал об алюминии, что этому металлу суждено великое будущее, что алюминий — металл социализма. Он оказался провидцем: в XX в. элемент № 13 алюминий стал основой многих конструкционных материалов.

Любопытно проследить динамику производства алюминия за полтора столетия, прошедших с тех пор, как человек впервые (впервые ли? — см. заметку на с. 197) взял в руки кусочек легкого серебристого металла.

За первые 30 лет, с 1825 по 1855 г., точных цифр пет. Промышленных способов получения алюминия не существовало, в лабораториях же его получали в лучшем случае килограммами, а скорее — граммами. Когда в 1855 г. на Всемирной парижской выставке впервые был выставлен алюминиевый слиток, на него смотрели как на редчайшую драгоценность. А появился он на выставке потому, что как раз в 1855 г. французский химик Анри Этьенн Сент-Клер Девиль разработал первый промышленный способ получения алюминия, основанный на вытеснении элемента № 13 металлическим натрием из двойного хлорида натрия и алюминия NaCl?AlCl₃.

За 36 лет, с 1855 по 1890 г., способом Сент-Клер Девиля было получено 200 т металлического алюминия.

В последнее десятилетие XIX в. (уже по новому способу) в мире получили 28 тыс. т алюминия.

В 1930 г. мировая выплавка этого металла составила 300 тыс. т.

Спустя еще пол столетия — в 1980 г. — только в капиталистических и развивающихся странах мира выплавлено 12,6 млн. т алюминия. Это почти в два раза больше, чем меди, почти втрое больше, чем цинка и свинца. Алюминий в наши дни — самый крупнотоннажный продукт цветной металлургии.

Столь же поразительны перемены и в стоимости алюминия. В 1825 г. он стоил в 1500 раз дороже железа, в наши дни — лишь втрое. Сегодня алюминий дороже простой углеродистой стали, но дешевле нержавеющей. Если рассчитывать стоимость алюминиевых и стальных изделий с учетом их массы и относительной устойчивости к коррозии, то оказывается, что в наши дни во многих случаях значительно выгоднее применять алюминий, чем многие марки стали.

Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) — датский физик, известный работами и области электромагнетизма. В 1820 г. открыл воздействие электрического тока на магнитную стрелку. Он же был первым ученым, сумевшим получить металлический алюминий

C&EN: ЭТО ЭЛЕМЕНТ: ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА

Алюминий – экспертная письменная, удобная информация по элементам

Химический элемент алюминий классифицируется как другой металл.Он был открыт в 1750-х годах Андреасом Маргграфом.

Зона данных

Луи де Морво считал, что в оксиде алюминия можно обнаружить новый металл. Он был прав, но не смог изолировать это. Де Морво изобрел первый систематический метод присвоения имен химическим веществам, и, как мы видим, он был пионером в области воздухоплавания.

Периодическая таблица алюминия
Окрестности

Открытие алюминия

Доктор Дуг Стюарт

Люди использовали квасцы с древних времен для окрашивания, дубления и остановки кровотечений.Квасцы – это сульфат алюминия калия.

В 1750-х годах немецкий химик Андреас Маргграф обнаружил, что может использовать раствор щелочи для осаждения нового вещества из квасцов. Маргграф был первым человеком, выделившим цинк в 1746 году.

Вещество Маргграф, полученное из квасцов, было названо глиноземом французским химиком Луи де Морво в 1760 году. Теперь мы знаем, что глинозем – это оксид алюминия – химическая формула Al ₂ O ₃ .

Де Морво полагал, что оксид алюминия содержит новый металлический элемент, но, как и Маргграф, он не смог извлечь этот металл из его оксида. ^{(1), (2)}

В 1807 или 1808 годах английский химик Хамфри Дэви разложил глинозем в электрической дуге, чтобы получить металл. Металл был не чистым алюминием, а сплавом алюминия и железа.

Дэви назвал новый металл алюминием, а затем переименовал его в алюминий. ⁽³⁾

Алюминий был впервые выделен в 1825 году Гансом Кристианом Эрстедом (Эрстед) в Копенгагене, Дания, который сообщил, что «кусок металла, который по цвету и блеску несколько напоминает олово».

Эрстед производил алюминий путем восстановления хлорида алюминия с помощью калийно-ртутной амальгамы.Ртуть удаляли нагреванием, чтобы остался алюминий.

Немецкий химик Фридрих Велер (Велер) повторил эксперимент Эрстеда, но обнаружил, что он дал только металлический калий. Двумя годами позже Велер разработал этот метод, введя в реакцию улетучившийся трихлорид алюминия с калием с образованием небольших количеств алюминия. ⁽¹⁾

В 1856 г. Берцелиус заявил, что в 1827 г. преуспел Вёлер. Поэтому открытие обычно приписывают Вёлеру.

Совсем недавно Фог повторил первоначальные эксперименты и показал, что метод Эрстеда может дать удовлетворительные результаты.

Это укрепило приоритет оригинальной работы Орстеда и его позицию первооткрывателя алюминия. ⁽⁴⁾

В течение почти трех десятилетий алюминий оставался новинкой, дорогим в производстве и более ценным, чем золото, пока в 1854 году Анри Сен-Клер Девиль в Париже, Франция, не нашел способ заменить калий гораздо более дешевым натрием в реакции выделения алюминия. Затем алюминий стал более популярным, но, поскольку он все еще был довольно дорогим, использовался в декоративных, а не практических ситуациях.

Наконец, в 1886 году американский химик Чарльз Мартин Холл и французский химик Поль Эру независимо друг от друга изобрели процесс Холла-Эру, который недорого изолирует металлический алюминий от его оксида электролитическим способом.

Алюминий и сегодня производится по технологии Холла-Эру.

Интересные факты об алюминии

• Производство алюминия требует много энергии – 17,4 мегаватт-часов электроэнергии для производства одной метрической тонны алюминия; это в три раза больше энергии, чем требуется для производства метрической тонны стали. ⁽⁵⁾
• Алюминий – отличный металл для вторичной переработки. Переработка использует только 5% энергии, необходимой для производства алюминия из руды бокситов. ⁽⁶⁾
• Алюминий не прилипает к магнитам при нормальных условиях.
• В земной коре алюминия больше, чем любого другого металла. Алюминий, составляющий около 8 процентов, является третьим по распространенности элементом в коре нашей планеты после кислорода и кремния.
• Несмотря на его большое количество, в 1850-х годах алюминий был дороже золота.В 1852 году алюминий стоил 1200 долларов за килограмм, а золото – 664 доллара за килограмм.
• Цены на алюминий иллюстрируют опасность финансовых спекуляций: в 1854 году Сен-Клер Девиль нашел способ заменить калий гораздо более дешевым натрием в реакции выделения алюминия. К 1859 году алюминий стоил 37 долларов за кг; его цена упала на 97% всего за пять лет.
• Если предыдущий пункт подчеркивает опасность спекуляций, этот пункт подчеркивает один из триумфов химии: электролитический процесс Холла-Эру был открыт в 1886 году.К 1895 году цена на алюминий упала до 1,20 доллара за кг.
• Рубин представляет собой в основном оксид алюминия, в котором небольшое количество ионов алюминия заменено ионами хрома.
• Алюминий образуется при ядерном пожаре тяжелых звезд, когда протон присоединяется к магнию. (Магний сам образуется в звездах путем ядерного синтеза двух атомов углерода.) ⁽⁷⁾

Алюминий – самый распространенный металл в коре нашей планеты: больше только кислорода и кремния.Изображение предоставлено USGS.

Заливка расплавленного алюминия.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Нет подтвержденных проблем; проглатывание может вызвать болезнь Альцгеймера

Характеристики:

Алюминий – серебристо-белый металл.Он не прилипает к магнитам (он парамагнитен, поэтому его магнетизм в нормальных условиях очень и очень слабый). Это отличный электрический проводник. Он имеет низкую плотность и высокую пластичность. Он слишком реактивен, чтобы его можно было найти в качестве металла, хотя, очень редко, можно найти самородный металл. ⁽⁸⁾

Внешний вид алюминия тусклый, а его реакционная способность пассивируется пленкой оксида алюминия, которая естественным образом образуется на поверхности металла при нормальных условиях.Оксидная пленка дает материал, устойчивый к коррозии. Пленку можно утолщать с помощью электролиза или окислителей, и алюминий в этой форме будет противостоять воздействию разбавленных кислот, разбавленных щелочей и концентрированной азотной кислоты.

Алюминий находится достаточно далеко в правой части периодической таблицы Менделеева, что показывает некоторые намеки на неметаллическое поведение, реагируя с горячими щелочами с образованием алюминатных ионов [Al (OH) ₄ ] ^–, а также на более типичную реакцию металлов. с кислотами для выделения газообразного водорода и образования положительно заряженного иона металла Al ³⁺ .т.е. алюминий амфотерный.

Чистый алюминий довольно мягкий и недостаточно прочный. Алюминий, используемый в коммерческих целях, содержит небольшое количество кремния и железа (менее 1%), что приводит к значительному повышению прочности и твердости.

Применение алюминия

Благодаря низкой плотности, низкой стоимости и коррозионной стойкости алюминий широко используется во всем мире.

Он используется в широком спектре товаров: от банок для напитков до оконных рам, от лодок до самолетов.Боинг 747-400 содержит 147 000 фунтов (66 150 кг) высокопрочного алюминия.

В отличие от некоторых металлов, алюминий не имеет запаха, поэтому его широко используют в упаковке пищевых продуктов и в кастрюлях для приготовления пищи.

Алюминий не так хорош, как серебро или медь, но является отличным проводником электричества. Кроме того, он значительно дешевле и легче этих металлов, поэтому широко используется в воздушных линиях электропередачи.

Из всех металлов только железо используется более широко, чем алюминий.

Численность и изотопы

Обилие земной коры: 8.23% по массе, 6,32% по моль

Изобилие солнечной системы: 56 частей на миллион по весу, 2,7 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: 15,72 доллара за 100 г

Стоимость, оптом: 0,20 доллара за 100 г

Источник: Алюминий – самый распространенный металл в земной коре и третий по содержанию элемент в земной коре после кислорода и кремния. Алюминий слишком реактивен, чтобы его можно было найти в чистом виде. Бокситы (в основном оксид алюминия) – самая важная руда.

Изотопов: 15, период полураспада которых известен, массовые числа от 22 до 35.Из них только два встречаются в природе: ²⁷ Al, который является стабильным, и ²⁶ Al, который является радиоактивным с периодом полураспада 7,17 x 10 ⁵ лет. ²⁶ Al образуется в результате бомбардировки аргона космическими лучами в атмосфере Земли.

Список литературы

1. Ян Макнил, Энциклопедия истории технологии. (1996) стр.102. Рутледж
2. Дэвид Р. Лид, Справочник CRC по химии и физике. (2007) 4-3. CRC
3. Халвор Кванде, Двести лет алюминия… или это алюминий?, Журнал Общества минералов, металлов и материалов, (2008) том 60, номер 8: стр. 23-24.
4. http://www.nature.com/nature/journal/v135/n3417/abs/135638b0.html
5. Китайская алюминиевая фольга, Wall Street Journal
6. Паоло Вентура, Роберта Карини, Франческа Д’Антона, Глубокое понимание нуклеосинтеза Mg-Al в массивных AGBs и звездах SAGB., Mon. Нет. R. Astron. Soc., 2002.
.
7. Берроуз и др., Chemistry ³ , (2009) Oxford University Press, p1201.
8. Деков и др., American Mineralogist. (2009) 94: p1283-1286.

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  алюминий 
 

или

  Факты об алюминиевых элементах 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:

 «Алюминий». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 26 июля 2014 г. Интернет.
. 

Алюминий: обычный металл, необычное прошлое

В середине 1800-х годов алюминий был дороже золота.Самым важным гостям Наполеона III были вручены алюминиевые столовые приборы, а менее достойным – простое серебро; модные и богатые женщины носили украшения из алюминия. Сегодня алюминий является важнейшим компонентом современной жизни, он используется в самолетах, автомобилях, банках для безалкогольных напитков, строительных материалах, кухонном оборудовании, ограждениях и бесчисленном множестве других товаров. Разница между дефицитом и изобилием (а также между неизвестностью и повсеместностью) этого металла зависела исключительно от способности ученых найти способ высвободить его – третий по весу элемент земной коры – из руды.

Самая известная история о первой добыче алюминия состоит в том, что молодой житель штата Огайо Чарльз Мартин Холл разработал процесс электролитической экстракции алюминия в сарае своей семьи в 1886 году, запатентовал изобретение, помог основать компанию, которая позже стала Alcoa, и умер богатым человеком. . Более сложная версия показывает, что Поль Эру разработал аналогичный процесс во Франции в то же время. На самом деле и Эру, и Холл были участниками гораздо более обширной программы исследований алюминия, которая началась в 1850-х годах и продолжалась до 1903 года, когда был урегулирован последний крупный патентный спор.К тому времени Alcoa была бесспорным мировым лидером в производстве алюминия, а сам Холл был мультимиллионером. Но ни Холл, ни Эру не действовали в вакууме – их почти одновременное открытие процесса извлечения алюминия основано на электрохимии, накопленной за несколько десятилетий, и, действительно, на знаниях о природе металлов, накопленных веками.

Ранняя история

Хотя металлический алюминий является недавним открытием, его соединения были довольно распространены в различных отраслях промышленности на протяжении всей истории.Квасцы (сульфат алюминия-калия, KAl (SO ₄ ) ₂ ) были наиболее известны как фиксаторы красителей (или протравы), впервые разработанные в Египте более 5000 лет назад, а глины, содержащие силикаты алюминия, по-видимому, были одобрены современными людьми. Персидские гончары за их силу. Безводный сульфат алюминия (Al ₂ (SO ₄ ) ₃ ) использовался древними греками в качестве вяжущего средства для заживления ран – и по сей день применяется в кровоостанавливающих карандашах.

Электролиз, процесс, занимающий центральное место в современной истории алюминия, берет свое начало в начале 19 века.В 1800 году итальянец Алессандро Вольта изобрел батарею типа «куча», которая стала источником накопленной энергии, которую англичане-первопроходцы Уильям Николсон и Энтони Карлайл использовали для разрушения соединения (воды) на составляющие элементы посредством процесса, известного как электролиз. Обычно определяется, что процесс включает применение электродов под напряжением к жидкости, содержащей соединение, подлежащее электролизу. Отрицательный электрод при электролизе, катод, естественным образом притягивает положительные ионы, которые захватывают электроны; положительный электрод, анод, притягивает отрицательно заряженные ионы.Когда вода подвергается электролизу, на катоде выделяется газообразный водород, а на аноде выделяется кислород.

Замечательный химик из Корнуолла Хамфри Дэви также начал эксперименты по электролизу в 1800 году. Он изо всех сил пытался изолировать металлы, пропуская ток через растворы их щелочных солей, которые не производили ничего, кроме свободного водорода. Но он добился гораздо лучших результатов, когда начал электролиз расплавленных соединений, впервые выделив калий из поташа и натрий из поваренной соли в 1807 году.В следующем году Дэви использовал электролиз для получения элементарного кальция, стронция, бария и магния, прежде чем завершить свою замечательную цепочку успехов идентификацией и наименованием алюминия. На самом деле он не изолировал алюминий; скорее, как объясняет Норман К. Крейг, заслуженный профессор химии в Оберлин-колледже, «Дэви достаточно узнал о соединениях других металлов, чтобы сделать вывод из состава соединений алюминия, что они содержат новый металл, алюминий». Он сначала назвал металл алюминием , хотя в большинстве англоязычных стран он превратился в алюминий , и в алюминий, в США.Один из настоящих гениев ранней химии, Дэви был посвящен в рыцари и получил титул баронета в 1812 году и стал президентом Королевского общества в 1820 году (с 1877 года общество награждало его ежегодной «медалью Дэви»). До его смерти в 1829 году изолировать алюминиевый металл безуспешно.

Вместо этого честь первым произвести элементарный алюминий достался Гансу Кристиану Орстеду, профессору Копенгагенского университета, который в 1825 году произвел небольшое количество металла путем быстрого нагрева хлорида алюминия (AlCl ₃ ) с амальгамой калия (сплав калия и ртути), а затем отгонкой ртути.К сожалению, процесс Эрстеда произвел слишком мало алюминия для выполнения даже самого элементарного анализа, и его эксперимент было трудно воспроизвести. Немецкий химик Фридрих Велер повторил попытку в 1827 году, за год до того, как он стал пионером в области органической химии, синтезируя мочевину. Хотя его эксперимент с алюминием не дал желаемого кускового металла, он все же получил нечистый алюминиевый порошок после замены калиевой амальгамы Эрстеда металлическим калием. Так продолжалось до 1845 года, когда Велер произвел «серый металлический порошок».. . [с] маленькими оловянно-белыми глобулами [алюминия], некоторые размером с головку булавок », путем нагревания хлорида калия и алюминия вместе в замкнутой системе, тем самым исключая влагу, которая превращала алюминий в гидроксид алюминия (Al (OH ) ₃ ).

К электролизу и обратно

К середине 1850-х годов аккумуляторная технология улучшилась по производительности и надежности до такой степени, что стало возможным первое электролитическое производство алюминия. Благодаря этому прогрессу и предвещая двойное открытие Холла и Эру, одновременное открытие 32 года спустя, первый электролиз алюминия также был разработан независимо двумя сторонами.

Первым исследователем, заявившим о получении элементарного алюминия электролизом, был немец Роберт Вильгельм фон Бунзен, который по совпадению занял место Велера в качестве учителя химии в Высшей политехнической школе в Касселе в 1836 году. Человек широкого круга интересов, Бунзен в конечном итоге прославился разработкой спектроскопа и использованием гидрата оксида железа в качестве противоядия от отравления мышьяком. (Любопытно, что он не , а изобрел горелку, носящую его имя; это была работа его помощника Питера Десаги, который усовершенствовал конструкцию Майкла Фарадея.В 1841 году Бунзен усовершенствовал батарею 1839 года, разработанную Уильямом Робертом Гроувом, который несколько лет спустя также произвел первый водородно-кислородный топливный элемент. Бунзен снизил стоимость батареи Гроув, заменив платиновый катод на более экономичный углеродный внутри самой батареи. С этими батареями он начал экспериментировать с электролизом, производя чистый хром, магний, марганец, натрий, барий, кальций и литий в дополнение к очень небольшим количествам того, что он считал алюминием в 1854 году.Но затем он перешел к другим интересным областям, опубликовав свою важную статью по эмиссионной спектроскопии в 1860 году.

Вторым человеком, экспериментально восстановившим ионы алюминия до металла с помощью электролиза, был француз Анри Сент-Клер Девиль, родившийся на Антильских островах, который представил свои открытия по электролитическому производству Французской Академии наук в 1854 году, через неделю после того, как Бунзен опубликовал свои результаты. Его работа привлекла внимание Наполеона III, тогда называемого «Императором Франции», который интересовался металлом как источником военной брони.Получив полномочия Наполеона III, Девиль быстро понял, что стоимость цинка для анодов в ячейках Бунзена, которые он использовал, слишком высока для эффективного производства алюминия электролизом. Вместо этого он снизил стоимость, вернувшись к химическим методам, заменив калий Велера натрием, то есть AlCl ₃ + 3Na → Al + 3NaCl. Благодаря этому процессу он смог получить достаточно алюминия, чтобы производить капли размером с мрамор. В 1855 году он продемонстрировал слиток сравнительно чистого алюминия на Всемирной выставке в Париже, вызвав большой интерес.Поскольку процесс Девиля был признан «достаточно хорошим», большинство ученых отложили эксперименты по электролитическому производству алюминия.

Девиль хорошо использовал деньги Наполеона III в течение следующих нескольких лет, основав предприятие по производству алюминия в Париже в 1856 году, а затем переместив его в Нантер в 1857 году. В 1858 году он запатентовал метод извлечения глинозема (Al ₂ O ₃ ) из ​​минерального боксита более экономично. Эти усилия представили алюминий миру, снизив его цену до уровня, который позволял обычным людям позволить себе ювелирные изделия из алюминия.(Цена фунта алюминия в 1859 году составляла около 17 долларов, примерно столько же, сколько у серебра.) Его книга 1859 года, De l’Aluminium, ses Propriétés, sa Fabrication et ses Applications ( Об алюминии, его свойствах, производстве, и его приложения ), был первым, кто полностью описал металл, что послужило толчком к исследованиям, которые привели к знаменитым открытиям Холла и Эру.

Алюминий в основном оставался диковинкой в ​​течение следующих 20 лет, отчасти потому, что с металлом, полученным с помощью процесса Девиля, было заведомо трудно работать.Типичный образец имел чистоту только около 97%, при этом по крайней мере по 1% железа и кремния вносились примесями в аппарате и исходных материалах. При низком спросе не было экономических причин для строительства алюминиевых заводов. Мировое производство в 1869 году составляло всего около 2 метрических тонн. Пятнадцать лет спустя, когда на монумент Вашингтона была поставлена ​​6-фунтовая алюминиевая крышка, мировое производство выросло до 3,6 метрических тонн – по сравнению с 2 834 метрическими тоннами серебра, произведенными в том году.Всего 112 фунтов алюминия было произведено в Соединенных Штатах, практически все иммигрантом из Филадельфии по имени Уильям Фришмут, который учился у Велера в Германии. Большая часть остального прибыла из Франции, Германии и Англии.

Большим препятствием на пути к более дешевому производству алюминия было отсутствие хорошего источника энергии. Даже если кто-то разработает выгодную электрохимическую реакцию, она должна быть достаточно сильной, устойчивой и экономичной. Рост надежных коммерческих электрических динамо-машин в последней трети XIX века означал, что надежная электроэнергия будет доступна везде, где есть механическая энергия, и вновь обратил внимание на возможности экономичного процесса электролиза алюминия.Усовершенствования, продемонстрированные Зенобом Граммом в 1871 году, увеличили напряжение динамо-машины и сделали ток более стабильным и предсказуемым.

Это был мир, в котором Чарльз Холл поступил на второй курс Оберлинского колледжа, а француз Поль Луи-Туссен Эру поступил в подготовительную школу перед тем, как поступить в горный колледж. Обоим в 1881 году было по 18 лет. Хотя в конечном итоге они разделяли одну и ту же идею, эти двое сильно отличались друг от друга.

Чарльз Мартин Холл

Чарльз Мартин Холл родился 6 декабря 1863 года в Томпсоне, штат Огайо, где его отец был служителем Конгрегации.Когда ему было девять лет, они переехали на 75 миль в Оберлин, штат Огайо, город, известный своим колледжем, музыкальной консерваторией и статусом конечной остановки подземной железной дороги. Его мать и отец окончили Оберлинский колледж, который, в свою очередь, окончили он и его шесть братьев и сестер.

Холл рано проявил интерес к химии, в юные годы экспериментируя с минералами и химическими веществами в доме своей семьи, а затем поступил в колледж, чтобы продолжить учебу. Его профессором химии был Фрэнк Джеветт, который, будучи студентом в Германии в начале 1870-х годов, заинтересовался алюминием в ходе дискуссий с Фридрихом Вёлером.Легенда гласит, что Джуэтт, которого назвали профессором химии и минералогии в Оберлине в 1880 году, передал в классе кусок алюминия, заявив, что «любой человек, открывший процесс, с помощью которого алюминий можно производить в промышленных масштабах, благословит человечности и заработал себе состояние ». Холл, который интересовался алюминием еще до поступления в колледж, якобы сказал однокласснику: «Я собираюсь купить этот металл».

Холл выполнил это обещание вскоре после окончания учебы, работая частично в лаборатории колледжа Джеветта, а частично в сарае его семьи.Как и многие ученые XIX века, он изготовил большую часть своего собственного оборудования и синтезировал некоторые из своих собственных химических веществ. Когда его первые попытки создать улучшенный химический процесс для извлечения алюминия потерпели неудачу, Холлу пришлось использовать многочисленные батареи Бунзена с угольными катодами для проведения электролиза. Но сначала ему нужно было найти подходящие исходные материалы.

В качестве источника алюминия он осаждал глинозем, смешивая обычные квасцы бытовых продуктов с промывочной содой (карбонат натрия, Na ₂ CO ₃ ) и сушив отфильтрованные результаты.Найти растворитель, который разжижает смесь и делает ее более податливой для электролиза, оказалось немного сложнее. Холл пробовал плавиковый шпат (фторид кальция), фторид калия, фторид натрия, фторид магния и фторид алюминия, но безрезультатно. Затем 9 февраля 1886 года Холл обнаружил, что криолит (гексафторалюминат натрия, Na ₃ AlF ₆ ), однажды нагретый до температуры плавления более 1000 ° C в его бензиновой печи, растворяет глинозем, как сахар в кофе.

Отсюда эксперименты проводились молниеносно. Через неделю после того, как первые попытки электролита Холла потерпели неудачу (вероятно, из-за загрязнения силикатами в глиняном тигле), он произвел свои первые куски металлического алюминия 23 февраля 1886 года и подал заявку на патент 9 июля, используя следующую реакцию:

2Al ₂ O ₃ + 3C → 4Al + 3CO ₂
Где на катоде имеем: Al ₃ ⁺ (расплав) + 3e ^– → Al (l)
А при анод: 2O ₂ ^– (расплав) + C (s) → CO ₂ (г) + 4e ^–

Поль Эру

Французский коллега Холла, Поль Луи-Туссен Эру, родился 10 апреля 1863 года в небольшом нормандском городке Тюри-Харкорт.В самом деле, эти двое представляли собой исследование контрастов. В то время как Холл был ребенком образованных родителей с высшим образованием, отец Эру управлял кожевенным заводом и одно время работал рабочим на алюминиевом заводе в Девиле; в то время как Холл был известен как тихий, послушный и прилежный ребенок, Эру отправили в несколько школ-интернатов, возможно, отчасти для того, чтобы укротить его бунтарство. Он прочитал знаменитую книгу Девиля об алюминии в Академии Сент-Барбе в Жантийи (недалеко от Парижа) и стал одержим этой темой.

В 1882 году Эру поступил в Горную школу в Париже. Но там он, по-видимому, пренебрегал другими занятиями, преследуя свои алюминиевые мечты, потому что он не успевал учиться, и его попросили уйти всего через несколько месяцев. (Сам Эру позже утверждал, что его выгнали из-за того, что он бросил мокрую губку, попавшую в декана.) Итак, пока Холл продолжал обучение у профессора Джеветта, Эру находился в армии до своего почетного увольнения в 1884 году.

Отец Эру внезапно скончался в 1885 году, оставив 22-летнему Полю семейный кожевенный завод, в том числе паровой двигатель.Поль воспользовался возможностью продолжить свои эксперименты с алюминием и убедил нескольких друзей из Горной школы присоединиться к нему. Но сначала он убедил свою мать дать ему 50 000 франков за динамо-машину на 400 ампер и 30 вольт – немалую сумму в то время, когда килограмм мяса стоил 2 франка, а красное вино – полфранка за литр. Как и Холл, он в конечном итоге выбрал расплавленный криолит в качестве растворителя и произвел свою первую экстракцию в неустановленную дату. Но известны две даты: Эру опередил Холла в подаче патента 23 апреля 1886 года во Франции и 22 мая 1886 года в Соединенных Штатах.

Делиться достижением

К счастью, два новатора в конечном итоге смогли прийти к дружескому взаимопониманию; Эру владел более ранним патентом, но поскольку Холл продемонстрировал свой процесс в феврале 1886 года в Оберлине, работа Холла имела приоритет. Сегодня их изобретение известно как процесс Холла-Эру, и они были достаточно дружелюбны, чтобы Эру произнес теплую речь о вкладе Холла на церемонии, на которой последний получил свою медаль Перкина в 1911 году.

В конце концов, именно предпринимательский дух Чарльза Холла в сочетании с настойчивостью и некоторыми удачными случаями сделали его большим победителем в игре с алюминием. Его первые, неудачные попытки коммерциализировать свой процесс включали в себя ограничение на Локпорте, Нью-Йорке, завод в Коулзе электроплавильной и алюминиевой компании, которая впоследствии приведет к спорному патентному спору. В конце концов Холл нашел покровителя в лице капитана Альфреда Эфера Ханта (не имеющего отношения к современному основателю Bethlehem Steel Corporation Альфреду Ханту), который с соинвесторами выделил 20 000 долларов на строительство экспериментального завода в Питтсбурге.Это партнерство привело к образованию компании Pittsburgh Reduction Company, которая в 1907 году стала американской алюминиевой компанией и под своим нынешним названием Alcoa является крупнейшим производителем алюминия в мире.

Жизнь Эру после открытия продолжала контрастировать с жизнью Холла. В то время как Холл целиком и полностью посвятил себя алюминиевой промышленности, Эру больше интересовались алюминиевыми сплавами и в конце концов перешел на другие отрасли. В отличие от Холла, который оставался одиноким и бездетным до самой смерти, Эру дважды женился и родил пятерых детей.В то время как основными развлечениями Холла за пределами лаборатории были чтение, игра на пианино, его семья и колледж Оберлин, Эру любил руководить грандиозными инженерными задачами. Дальнейшие патенты Холла касались производства алюминия, но Эру разработал несколько изобретений, не связанных с алюминием, таких как прототип вертолета и «гидроспулька, своего рода лодка на полозьях, поднимаемая с помощью четырех движущихся лопастей», разработанная совместно с американским изобретателем Купером Хьюитт. Сегодня он, пожалуй, наиболее известен тем, что изобрел электродуговую печь, которая до сих пор используется для переработки стали.Холл умер от лейкемии во Флориде; Эру умер от брюшного тифа и цирроза печени вскоре после переезда на 100-футовую яхту в Средиземном море. И так же, как у них был общий год рождения и год открытия, они соединились вместе в год своей смерти – 1914 год. Эру прожил всего на восемь дней дольше, чем Холл.

Наследие алюминиевых инноваций

Во время инновации Холла и Эру цена алюминия упала до менее чем 6 долларов за фунт, отчасти благодаря усовершенствованному электролитическому процессу Гамильтона Кастнера 1884 года для производства натрия, необходимого для процесса Девиля.Но при такой цене алюминий был все еще слишком дорог, чтобы его можно было рассматривать в тех областях применения, для которых мы теперь его знаем. Компания, которую помог найти Холл, снизила цену до уровня ниже 1 доллара за фунт к 1891 году, и когда легкий алюминиевый картер для их двигателя позволил братьям Райт совершить свой знаменитый первый полет, металл стоил около 0,30 доллара за фунт.

История алюминия показывает, как одно научное усовершенствование делает возможным другое, которое делает возможным другое, продолжаясь в цепочке до тех пор, пока открытие, подобное процессу Холла-Эру, не станет неизбежным.Бунзен мог успешно использовать электролиз для производства алюминия более 40 лет назад; в конце концов, Холл использовал тот же основной источник энергии, что и Бунзен. Но до тех пор, пока химический процесс Девиля не доказал наличие рынка, и электрические динамо-машины открыли путь к коммерциализации, с экономической точки зрения производство алюминия казалось безумием. Тот факт, что криолит растворяет глинозем, на самом деле был открыт Девилем в 1859 году, но другие подробности, например, о нагревании смеси и конструкции реактивного электрода, появились позже.

Можно только задаться вопросом, какой кусок, который сейчас отсутствует в мировом арсенале технологий и материалов, откроет новую золотую жилу – и тем, кто считает, что таких богатств не осталось, достаточно взглянуть на сравнительно недавний образец титана для доказательства, иначе: металл был Впервые извлечен в 1910 году, коммерциализирован в 1946 году и получил широкое распространение только благодаря процессу, разработанному в 1996 году. На примере успеха алюминия важно отметить, что Холл и Эру не гении-одиночки, какими бы популярными ни были его изображения.Скорее история алюминия учит нас тому, что успех зависит от неудач и что ранее отвергнутые идеи могут привести к новым открытиям – например, свинцу в золото.

Автор благодарит Нормана К. Крейга за помощь в написании этой статьи.

Краткая история алюминия, от драгоценных металлов до пивной банки: короткая волна: NPR

Алюминиевые слитки сложены штабелями на складе в порту Нового Орлеана в прошлом году. Блумберг через Getty Images скрыть подпись

алюминиевых слитка сложены штабелями на складе в порту Нового Орлеана в прошлом году.

Алюминий используется везде, от газировки до космических капсул, но так было не всегда.

Short Wave празднует 150-летие периодической таблицы Менделеева с профилями некоторых из ее любимых элементов. Вот несколько вещей, которые вы могли не знать об алюминии.

Алюминий – самый распространенный металл на Земле и один из самых дешевых для покупки. Но раньше он был дороже золота.

Алюминий – третий по распространенности элемент в земной коре, но он также легко связывается с другими элементами. Это означает, что он не встречается в природе в чистом виде.

В течение десятилетий после того, как он был впервые идентифицирован британским химиком сэром Хэмфри Дэви в начале 1800-х годов, ученые и мастера пытались, и в основном безуспешно, найти хороший метод отделения алюминия от всего остального, что прилипало к нему.

Император Франции Наполеон III был одним из первых сторонников алюминия. Он надеялся, что из легкого металла можно будет производить оружие и доспехи, что даст его солдатам преимущество в бою.Император профинансировал работу Анри Сент-Клер Девиля, который нашел химический метод получения чистого алюминия, но это все еще был медленный процесс. Часто повторяется история о том, что Наполеон III, разочарованный прогрессом в производстве алюминия, расплавил большую часть французских запасов и превратил их в столовые приборы. Он и его почетные гости использовали алюминиевую посуду, а все остальные за императорским обеденным столом обходились золотом.

Алюминиевый наконечник помещен на монумент Вашингтона 7 декабря.6, 1884 г., как показано на современной иллюстрации. Служба национальных парков скрыть подпись

В 1884 году, когда памятник Вашингтону был завершен, он был покрыт большой алюминиевой отливкой.Согласно статье 1995 года, опубликованной в журнале Общества минералов, металлов и материалов, церемония закрытия и освящение памятника “получила широкую огласку в национальных газетах, а алюминиевая точка или вершина были достойно описаны”. «Сотни тысяч, возможно, миллионы людей, которые никогда раньше даже не слышали об алюминии, теперь знают, что это такое».

В то время фунт алюминия стоил 16 долларов (419 долларов в сегодняшних долларах).

Два года спустя был открыт коммерчески жизнеспособный метод извлечения алюминия из руды, и к 1889 году цена упала до 2 долларов за фунт.За 10 лет промышленной переработки он упал до 50 центов за фунт.

Современный метод получения алюминия был открыт одновременно двумя молодыми учеными, независимо работающими на разных континентах.

В 1886 году двое мужчин, обоим по 22 года, один из которых работал в Огайо, а другой на северо-западе Франции, разработали современный метод производства металлического алюминия.

Американец Чарльз Мартин Холл приступил к работе после того, как его вдохновила лекция в Оберлин-колледже, в которой его профессор химии заявил, что изобретатель практического способа производства алюминия «благословит человечество и сделает состояние для себя.«

Молодой американский химик Чарльз Мартин Холл на фотографии, сделанной в феврале 1886 года, примерно в то же время, когда он сделал новаторское открытие эффективного и недорогого процесса производства алюминия. Беттманн Архив скрыть подпись

Молодой американский химик Чарльз Мартин Холл на фотографии, сделанной в феврале 1886 года, примерно в то же время, когда он совершил революционное открытие эффективного и недорогого процесса производства алюминия.

Француз Поль Эру работал над той же проблемой.

Почти в то же время двое мужчин нашли один и тот же ответ: электричество и много электричества.

По-прежнему используется сегодня, вот как работает их метод: глинозем из боксита растворяется в другом минерале, криолите, при температуре 1832 градуса по Фаренгейту. Расплавленная смесь переливается в чан специальной конструкции, и через него проходит огромное количество электричества.В результате металлический алюминий конденсируется на дне чана.

Поль Эру, работающий во Франции, разработал тот же метод производства дешевого алюминия, что и Холл. Это фото было сделано в 1900 году. Keystone-France / Gamma-Keystone через Getty Images скрыть подпись

Поль Эру, работая во Франции, разработал тот же метод, что и Холл, для производства дешевого алюминия.Это фото было сделано в 1900 году.

Двое мужчин боролись за право собственности на процесс плавки алюминия из бокситовой руды. Эру подал заявку на патент за шесть недель до Холла, но американец смог доказать (возможно, благодаря записям его сестры Джулии Брейнерд Холл), что он действительно сделал открытие на несколько недель раньше своего соперника. В конце концов, двое мужчин уладили свой спор и стали друзьями.

В 1888 году Холл стал соучредителем компании Pittsburgh Reduction Co. по производству алюминия. Позже компания стала алюминиевым гигантом Alcoa. В следующем году Эру расширил этот процесс во Франции.

Двое мужчин умерли в один и тот же год, в 1914 году, оба в возрасте 51 года.

Развитие процесса Холла-Эру, как его стали называть, стало важной вехой в промышленной революции. Но это также повлекло за собой экологические издержки: необходимое электричество производит большое количество парниковых газов.По оценкам, только на производство алюминия приходится около 1% мировых выбросов.

Доступность алюминия на рубеже 20-го века подтолкнула эру полетов и космическую эру.

Орвилл Райт, лежащий за штурвалом на нижнем крыле, пилотирует «Райт Флайер» в первом полете на самолете тяжелее воздуха 17 декабря 1903 года в Китти Хок, Северная Каролина. Джон Т.Дэниэлс / AP скрыть подпись

Орвилл Райт, лежащий за штурвалом на нижнем крыле, пилотирует «Райт Флайер» в первом полете на самолете тяжелее воздуха 17 декабря 1903 года в Китти Хок, Северная Каролина

В 1903 году Уилбур и Орвилл Райт боролись с дизайном своего летчика Райта, который вошел в историю.

«Несомненно, они знали, что им нужно что-то легкое, иначе отношение тяги к массе не было бы достаточно высоким», – говорит Дональд Садоуей, профессор химии материалов в Массачусетском технологическом институте.

Чарльз Тейлор, «механик» соратник Райтов, первым предложил использовать сплав алюминия и меди для блока их примитивного четырехцилиндрового бензинового двигателя.Это была новая идея уменьшить общий вес их самолета.

«В лучшем случае это был очень скромный самолет», – говорит Роберт ван дер Линден, куратор Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики. «Так что ему понадобилась каждая унция силы и каждая унция сэкономленного веса, чтобы поднять эту штуку в воздух».

180-фунтовый двигатель – на 20 фунтов легче, чем предполагалось, благодаря алюминию – превзошел ожидания и позволил Wright Flyer взлететь.

Хотя остальная часть самолета была сделана из дерева и ткани, к концу 1920-х годов все более быстрые самолеты сделали алюминий очевидным выбором для фюзеляжа.

«До этого бипланы, обтянутые тканью, были просто прекрасны», – говорит ван дер Линден. «Но если вы разгонитесь быстрее, чем примерно 150 миль в час … вам понадобится более прочный материал».

И снова алюминий был ключевым. Он стал доминирующим металлом в авиации.

Переработка была дешевле и требовала меньше времени, чем переработка руды. Поэтому во время Второй мировой войны американцев поощряли сдавать свои алюминиевые кастрюли и даже алюминиевую фольгу от оберток от жевательной резинки и пачек сигарет, чтобы помочь в военных действиях.

НАСА также обратилось к алюминиевым сплавам для Apollo по той же причине, по которой они были так необходимы для самолетов – веса и прочности.

Капсула Orion следующего поколения поднимается и соединяется с испытательным стендом для проверки давления внутри Космического центра Кеннеди во Флориде. Ким Шифлетт / НАСА скрыть подпись

Капсула Orion следующего поколения поднимается для соединения с испытательным стендом для проверки давления внутри Космического центра Кеннеди во Флориде.

Космическая капсула “Орион” следующего поколения изготавливается в основном из алюминиево-литиевого сплава.

Когда дело доходит до космических полетов, «вес – это все», – говорит ван дер Линден. «Алюминиевые сплавы идеально подходят для этого».

Где были бы современная авиация и космические полеты без алюминия?

«Я не вижу этого, потому что на самом деле нет другого металла или любого другого материала, который мог бы сделать то, что сделали алюминиевые сплавы», – говорит он.

Алюминиевая банка для напитков была представлена ​​в 1959 году.

Пивовар Coors был первым, кто использовал алюминиевую банку для напитков.

До этого «упаковкой в ​​основном для всех напитков служили стальные банки и бутылки», – говорит Хейди Харрис, архивариус Coors.

«Стальные банки с пивом особенно не годились», – говорит она. По словам Харриса, сталь оставила забавный привкус.

Пивные банки перемещаются по производственной линии на консервном заводе пивоварни в Мариетте, штат Джорджия., прошедший год. Джонни Кларк / AP скрыть подпись

Пивные банки перемещаются по производственной линии на консервном заводе пивоварни в Мариетте, штат Джорджия, в прошлом году.

Но было еще одно соображение.Билл Корс, в то время генеральный директор компании, был недоволен тем, что стальные банки «валяются повсюду», – говорит Харрис.

«Он хотел создать банку, в которой потребители могли бы одну, переработать и две, чтобы пиво оставалось с хорошим вкусом в течение более длительных периодов времени», – говорит она.

Поначалу холодное пиво в алюминиевых банках было теплым. Однако к середине 1960-х годов новая банка действительно начала завоевывать популярность даже среди конкурентов Coors.

Компания Novelis из Атланты, которая на сегодняшний день является крупнейшим производителем листового алюминия для банок, заявляет, что более 60% производимого ею алюминия перерабатывается – и большая часть из них поступает из банок и возвращается в них.«На переработку алюминия уходит всего около 5% энергии, используемой для производства нового металла», – говорит Тодд Самм, главный директор по исследованиям и разработкам в Novelis.

Это означает, что углеродный след от банки из-под пива или газировки меньше, чем если бы алюминий пришел свежим с земли.

«Банка для напитков, сделанная из алюминия, является наиболее пригодной для вторичной переработки [и] наиболее экологичной упаковкой, и она постоянно подвергается вторичной переработке», – говорит Самме.

Это алюминий или алюминий?

Дэви, первооткрыватель элемента, несет большую долю вины за всю эту путаницу вокруг U.С. и британское написание и произношение слова.

Сначала он назвал свой новый элемент «алюминий», но, несмотря на ранее обнаруженные три других элемента, которым он дал суффикс «-ium» (калий, натрий и магний), он необъяснимым образом изменил его на «алюминий» в своем 1812 году. книга, Элементы химической философии .

Другие ученые того времени, казалось, предпочитали «алюминий», и это правописание и произношение, используемые сегодня британцами.

Америка пошла с «алюминием Дэви».”Это было указано как предпочтительное написание в The Century Dictionary (опубликовано в Нью-Йорке) в 1889 году и как единственное написание в Webster Unabridged Dictionary за 1913 год.

Американское химическое общество изначально было на стороне научного сообщества и назвал его «алюминием». Но к 1925 году, когда в США все чаще использовался легкий металл, общество смягчилось и переключилось на «алюминий».

Этот эпизод был спродюсирован Ребеккой Рамирес и отредактирован Вьет Ле.

алюминий | Использование, свойства и соединения

Алюминий (Al) , также пишется алюминий , химический элемент, легкий серебристо-белый металл основной группы 13 (IIIa, или группа бора) периодической таблицы. Алюминий – самый распространенный металлический элемент в земной коре и наиболее широко используемый цветной металл. Из-за своей химической активности алюминий никогда не встречается в природе в металлической форме, но его соединения в большей или меньшей степени присутствуют почти во всех породах, растительности и животных.Алюминий сосредоточен во внешних 16 км (10 милях) земной коры, из которых он составляет около 8 процентов по весу; по количеству его превосходят только кислород и кремний. Название алюминия происходит от латинского слова alumen , используемого для описания калийных квасцов или сульфата алюминия-калия, KAl (SO ₄ ) ₂ ∙ 12H ₂ O.