Главная > Мастерская > Звонкая песнь металла. Часть 3. Металл из глины (Алюминий)

Звонкая песнь металла. Часть 3. Металл из глины (Алюминий)


27-07-2023, 10:07. Разместил: space

Алюминий и его применение. В центре: Икар и Дедал — легендарные воздухоплаватели, которые могли бы быть олицетворением «крылатого металла». Барельеф. 11 в. до н. э.

Алюминий — самый распространенный на земле металл. Запасы его в два раза превышают запасы железа. Соединения алюминия встречаются повсюду, но металл настолько тщательно маскируется, что о его присутствии в горных породах и минералах догадаться нелегко. Трудно предположить, что алюминий содержится даже в обычной буро-рыжей глине. Еще больше его в белой (каолине) и особенно в бокситовой глине (бокситах). Металл находится в этих осадочных породах в виде оксида алюминия — глинозема. Из глинозема состоит очень твердый минерал — корунд. Некоторые его разновидности являются драгоценными камнями. Среди них — прозрачный кроваво-красный рубин и василькового цвета сапфир. С непрозрачным мелкозернистым корундом в быту приходится встречаться довольно часто: ведь он применяется в качестве абразивного материала для точильных камней и шлифовальных шкурок.

Соединения алюминия входят в состав квасцов — минеральной породы, применявшейся древними греками еще в V веке до н. э. для закрепления красителей на тканях. Поскольку квасцы надежно и прочно связывали красители с тканью, этот минерал называли «алюменом», то есть «вяжущим». Впоследствии, когда был открыт металл, скрывающийся в квасцах, его первоначально называли «алюменом», затем «алюмнием» и, наконец, «алюминием». В России алюминий назывался также «глинием». В толковом словаре 21 В. И. Даля можно прочитать: «Алюминий, алюмий... щелочной металл глиний, основа глинозема, глины; так же, как основа ржавчины железо; а яри — медь».

Почему же, находясь буквально под ногами, так долго скрывал себя от человеческих глаз такой ценный универсальный металл? Во-первых, он не встречается в самородном виде, как золото или серебро; во-вторых, его нельзя выплавить из руды, как, скажем, медь или олово. Его можно получить только с помощью сложных химических реакций и так называемым электролитическим способом. Но как же в таком случае был изготовлен алюминиевый сосуд чуть ли не два тысячелетия назад, о котором рассказывает в «Естественной истории» Плиний Старший?

Один из мастеров Древнего Рима явился однажды перед императором Тиберием с небольшим сосудом в руках. Красота и легкость металла, из которого был сделан сосуд, поразили императора. Но, узнав, что изобретатель изготовил его из глины, Тиберий страшно испугался, решив, что широкое распространение нового металла может если не обесценить, то значительно понизить цены на серебро и золото. Было принято «мудрое» решение: изобретателя обезглавить, а мастерскую сравнять с землей.

Разумеется, это легенда, но не исключено, что попытки выделить таинственный металл из глинозема были еще в глубокой древности. Легенда осталась лишь отголоском неведомого нам события. Но как бы там ни было — путь этого легкого металла к человеку оказался не из легких. Было множество попыток выделить металл из глинозема, но все они были безуспешными. Только в 1825 году датскому ученому Г Эрстеду удалось наконец получить небольшое количество металла. Продолжая начатые им опыты, немецкий ученый Ф. Велер разработал вначале способ получения алюминия в виде небольших зерен, а затем и монолитной массы.

На первых порах алюминия производилось совсем немного и ценился он дороже золота. Из него делали дорогие ювелирные украшения, пуговицы, оправы для лорнетов и очков, то есть алюминий использовался в изделиях, в которых легкость металла считалась одним из достоинств.

Начало промышленного производства алюминия было положено в 1855 году, когда во французском городе Руане был открыт завод, получивший алюминий химическим способом. В этом же году на Всемирной парижской выставке посетители могли видеть довольно крупные слитки из алюминия. Хотя за внешнее сходство алюминий и приравнивали к серебру, называя его «серебром из глины», по цене он далеко обогнал серебро, так как стоил в пять раз дороже его. Позже, с развитием производства, цены на алюминий стали падать, но он еще долго продолжал оставаться относительно дорогим металлом. Только в конце прошлого века, когда в 1886 году был изобретен электролизный способ получения алюминия, он постепенно становится дешевым и широко распространенным металлом, находит самое разнообразное применение в технике, быту, строительстве и архитектуре, изобразительном искусстве.

Впервые алюминий с помощью электролиза был получен в России в 1913 году Н. А. Пушкиным, Э. X. Дишлером и М. С. Максименко. Но промышленное его производство было осуществлено только в 1921 году на Урале.

Самым распространенным сырьем для производства алюминия являются боксит и каолин. Боксит содержит от 40 до 60% глинозема (оксида алюминия), до 10% оксида кальция, до 15% оксида кремния и до 15% оксида железа, которое окрашивает его в красновато-бурый цвет. Известен курьезный случай, когда окрашенный солями железа боксит ошибочно приняли за «бедную» железную руду. Под таким названием собранные еще в прошлом веке образцы боксита хранились в одном из музеев на Урале. Когда в 30-е годы нашего столетия был проведен тщательный анализ образцов, этикетку пришлось сменить: из бедной железной боксит стал богатой алюминиевой рудой. Позже на базе месторождений этой руды был открыт крупный алюминиевый завод.

Процесс получения алюминия на современном производстве состоит из следующих операций. Вначале бокситная или каолиновая глина поступает на глиноземный завод, на котором из нее химическим способом удаляют примеси, а затем обжигают, чтобы удалить воду. Очищенный глинозем (оксид алюминия) представляет собой белый сухой порошок. В таком виде его отправляют на алюминиевый завод, где в него добавляют креолит — минерал, снижающий температуру плавления и увеличивающий электропроводность. Смесь помещают в электролизную ванну и нагревают до 900 — 1000 °С. В процессе электролиза положительно заряженные частицы алюминия осаждаются на катодах. Полученный металл называется первичным алюминием; он содержит незначительное количество различных примесей, основными из которых являются железо и кремний. Первичный алюминий вновь расплавляют и вновь подвергают электролизу. Этот процесс называется рафинированием. Рафинированный металл состоит на 99,99% из алюминия. Порой эти показатели бывают еще более высокими.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Он очень легок (плотность 2,7 г/см3), мягок, имеет сравнительно невысокую температуру плавления 660,4 °С. Среди всех металлов, производимых в мире, он занимает по количеству второе место после железа и первое среди цветных металлов. Он растворяется в крепких растворах щелочей, довольно устойчив к воздействию кислот благодаря образованию на его поверхности защитной пленки. Измельченный алюминий горит на воздухе.

У алюминия высокая теплопроводность и электропроводность. Лишь только три металла — золото, серебро и медь — имеют более высокие показатели. Алюминий отличается также высокой пластичностью, позволяющей прокатывать его в тончайшую фольгу. Вместе с тем он имеет низкую прочность: слиток из чистого алюминия можно свободно строгать ножом. Сплавы алюминия, отличающиеся более высокой прочностью, находят широкое применение в самых различных областях человеческой деятельности.

Один из распространенных теперь сплавов был получен в промышленных масштабах в 1911 году в немецком городе Дюрене. Новый сплав, названный в честь города дюралюминием, вскоре стал известен во всем мире. Дюралюминий (дуралюминий, дюраль) содержит 4,5% меди, до 1% магния и 0,5% марганца. После закалки и выдержки он становится очень прочным, не теряя при этом своей легкости. Появление дюралюминия сразу привлекло внимание авиаконструкторов. Уже во втором десятилетии нашего века появились самолеты, в которых дюралюминий был основным конструктивным материалом. Став значительно прочнее, чем алюминий, дюралюминий потерял одно из ценнейших его свойств — антикоррозийную стойкость. Поэтому снова пришлось призвать на помощь чистый алюминий. Готовые детали стали плакировать, то есть покрывать тонким слоем чистого алюминия.

Впоследствии на основе алюминия было получено множество сплавов, отвечающих самым различным техническим требованиям. Так были созданы сплавы алюминия-силумины, содержащие от 3 до 26% кремния. Они обладают меньшей прочностью по сравнению с дюралюминием, но имеет более высокую коррозийную стойкость. Основное достоинство силуминов — высокие литейные свойства. Из них отливают тонкостенные детали сложной конфигурации, корпуса, картеры, детали различных приборов. Эти сплавы получили широкое распространение в авиации, вагоностроении, машиностроении и автомобилестроении.

Алюминий отличается высокой коррозийной стойкостью. Тончайшая пленка, которая возникает на его поверхности, служит надежной защитой от разрушения. В силу своей относительной молодости этот металл не мог быть проверенным веками и тысячелетиями, но многие десятки лет строительные конструкции и скульптура из алюминия, находившаяся на открытом воздухе, подтвердили высокую коррозийную стойкость металла. До сих пор сохранилась скульптура «Эрос» А. Жильберта, установленная на куполе одного из зданий в Лондоне в 1893 году. Без малого столетие поливают ее дожди, окутывают знаменитые лондонские туманы, насыщенные вредными газами фабрик и заводов. В хорошем состоянии находится кровля из листового алюминия на одной из церквей Рима, сделанная в 80-х годах прошлого века. Из архитектурных сооружений известен алюминиевый мост, построенный в 1882 году в американском городе Питсбурге. После небольшой реконструкции мост продолжает успешно выполнять свое назначение и поныне.

Приведенные примеры позволяют надеяться, что различные архитектурные сооружения, а также скульптура, созданная в наше время, будут жить многие годы. Недаром алюминий, а точнее его сплавы, обладающие более высокой прочностью и коррозийной стойкостью, пользуются все большей популярностью у архитекторов и скульпторов. Но чаще всего из алюминия и его сплавов отливаются скульптуры и декоративные пластические формы, находящиеся в композиционном единстве с архитектурным сооружением.

Кроме высокой стойкости, алюминий отличается высокой декоративностью благодаря возникающей со временем на его поверхности красивой патине. Кроме того, камень или бетон зданий и постаментов, украшенных алюминиевым декором, не портится потеками окислов, как, например, от медных сплавов. Ко всему этому следует прибавить высокие литейные качества алюминия, технологичность при выколотке полых скульптурных форм, простоту монтажа благодаря легкости, мягкости и пластичности металла.

Алюминий имеет сравнительно невысокую стоимость.

Находящийся на территории Московского Кремля Дворец съездов построен с широким использованием алюминия. Из алюминия отлиты гигантские цифры на циферблате часов, укрепленных на центральном высотном здании Московского государственного университета. Эти часы самые крупные в нашей стране. Можно перечислить множество современных зданий и сооружений в разных городах нашей страны, при возведении которых активно использовался алюминий как замечательный строительный и отделочный материал. Правда, в условиях повышенной влажности при соприкосновении с кирпичом, сталью, бетоном и древесиной алюминий может постепенно коррозировать. Чтобы этого не произошло, алюминий изолируют от перечисленных материалов. Стальной каркас, находящийся внутри скульптуры, оцинковывают, кадмируют или же прокладывают в местах соединения его с алюминием текстолитом. Между кирпичом, бетоном и алюминием прокладывают листы оцинкованного железа. Дерево от алюминия изолируют тканью или же бумагой, пропитанной специальными грунтами.

Скульптура из листового или литого алюминия может окисляться внутри, как раз там, где металл защищен от воздействия дождей и атмосферного газа. Чтобы предупредить это, скульптуру изнутри грунтуют и покрывают несколькими слоями лака.

Алюминий порой образно именуют крылатым металлом. Этим он обязан прежде всего малому весу (он в три раза легче меди!), благодаря которому он является незаменимым металлом в авиационной и космической промышленности.

Исследуя влияние алюминия на различные пищевые продукты, ученые установили, что при контакте с ним не разрушаются витамины. Это открытие послужило причиной широкого использования алюминия в пищевой промышленности, а также в косметике и бытовой химии. Из него изготавливают разнообразную аппаратуру, предназначенную для переработки пищевых продуктов в сахарной, кондитерской, маслобойной и других отраслях промышленности.

Алюминиевых изделий изобилие как на кухне крупного предприятия общественного питания, так и на домашней кухне: мясорубки, вилки, ложки, чашки, тазы, кастрюли и т. д. Алюминиевая фольга — прекрасный упаковочный материал, хорошо сохраняющий различные продукты. В обертку из алюминиевой фольги упаковываются кулинарный жир, маргарин, мороженое, конфеты и многое другое. В алюминиевые тубы традиционно упаковывается зубная паста. Чтобы было удобно пользоваться, некоторые продукты, такие, например, как плавленый сыр, упаковывают в тубы с отвинчивающейся крышкой. В таких тубах берут с собой в космос продукты питания космонавты. Все чаще тонкий листовой алюминий применяется вместо жести при производстве консервных банок.

К сожалению, многие и многие тонны алюминия ежедневно выбрасываются на свалку в виде использованных тюбиков и консервных банок. Между тем это хороший материал для тиснения, чеканки, басменных и выколоточных работ.

Среди простых металлов алюминий занимает по электропроводности и теплопроводности второе место после меди. Поэтому этот недорогой металл нашел широкое применение в электротехнике. Из него делают многожильные провода для высоковольтных линий электропередач. Высокая электропроводность плюс высокая коррозийная стойкость увеличивают ценность таких проводов ведь им приходится постоянно находиться на открытом воздухе. Алюминиевая проволока применяется также в обмотках трансформаторов и электродвигателей. Легкий серебристый металл широко используется в радиотехнике.

Алюминий имеет высокую отражательную способность. Поэтому его используют для покрытия зеркал гигантских телескопов.

Алюминий настолько универсальный материал, что из него не раз пытались создать модную одежду. В 1979 году на осенней выставке в Париже демонстрировалась «кофта-кольчуга», «связанная» из алюминиевой «пряжи». Пока что мода не очень жалует этот металл и одежда из алюминия не торопится войти в наш быт, но вот на производстве она может быть незаменимой. Разработанная учеными алюминиевая ткань отталкивает тепловые лучи. Сшитая из нее спецодежда может во многом облегчить труд сталевара, пожарника. Она может помочь в дальних странствиях геологам и путешественникам.

В народном декоративно-прикладном искусстве алюминий тоже нашел применение. Взять хотя бы хохломскую деревянную посуду. Если прежде под слоем прозрачного лака золотыми всполохами загоралась оловянная полуда, то теперь ее давно заменил алюминий. Своим золотым праздничным одеянием обязана хохломская посуда этому металлу.

В некоторых районах нашей страны и за рубежом получила развитие живопись на стекле, когда слой масляных красок наносился с его внутренней стороны. Стекло одновременно служило основой для живописи и ее покрывным лаком, придавая ей интенсивный блеск и защищая от пыли и грязи. Вместо красок народные живописцы довольно часто применяли кусочки фольги с гладкой или шероховатой фактурой, которые наклеивали с обратной стороны стекла. Разглаженная фольга излучала мягкий серебристый блеск, а шероховатая мерцала, словно аметистовая. Чтобы сделать фольгу шероховатой, ее сминали в руках, затем расправляли и приклеивали к стеклу.

Использование фольги в качестве элементов декоративного оформления встречалось также и в профессиональном искусстве. Цветная мятая фольга, подложенная под стекло и создающая впечатление необычной горной породы, нередко использовалась при оформлении дворцовых залов. Подобный способ декоративной отделки был применен в XVIII веке в интерьерах Большого дворца в Царском Селе. Правда, тогда применялась оловянная и медная фольга, порой серебряная, золоченая или покрытая тонким слоем цветных лаков.

Широко применяется алюминий в производстве игрушек, в том числе и елочных. Как и в прошлом веке, из него делают пуговицы и женские украшения. Только теперь это не дорогие изделия, которые раньше были по карману царям и вельможам, а очень дешевая и доступная всем так называемая бижутерия. Наряду с алюминием в бижутерии используются дешевые неметаллические материалы, например пластмассы и стекло. Нередко в союзе со стеклом и пластмассами выступает алюминиевая фольга. Так, крученые полоски алюминиевый фольги, помещенные внутри прозрачных бусин, создают необычный декоративный эффект.


Книга «Звонкая песнь металла»
Федотов Г.Я.
«Просвещение»
г. Москва, 1990 г.



Звонкая песнь металла. Часть 1. Во кузнице кузнецы…

Звонкая песнь металла. Часть 2. Этюды о металлах

Звонкая песнь металла. Часть 4. Главный металл (Железо)

Звонкая песнь металла. Часть 5. На смену камню (Медь)

Звонкая песнь металла. Часть 6. Восставший из пепла (Цинк)
Вернуться назад