До 1890 г. очень немногие, кроме специалистов, слышали об алюминии. Сегодня же алюминий и его сплавы занимают место среди наиболее широко применяемых металлов. Особую ценность они представляют для авиации и космонавтики благодаря сочетанию легкости, прочности и стойкости к коррозии. Из-за превосходной электропроводности алюминий используется также как проводниковый материал.

Распространение и получение

Алюминий – самый распространенный металлический элемент в земной коре. Он обладает высокой химической активностью и поэтому встречается только в виде соединений. Он присутствует почти во всех горных породах; среднее его содержание в верхнем 16-километровом слое земной коры составляет 8%. В промышленности алюминий получают из боксита – оксида алюминия, залежи которого найдены во многих странах.
Впервые алюминий был выделен в 1825 г. датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом (1777-1851). В начале XIX в. английский химик Гемфри Дэви (1778-1829) предсказал существование этого металла, но выделить его не смог. Только через 15 лет после открытия Эрстеда было получено достаточное количество алюминия, позволившее определить его свойства, и в первую очередь низкую плотность.
Французский химик Анри Девилль (1818-1881) восстановил хлорид алюминия металлическим натрием, и в 1855 г. на Всемирной парижской выставке алюминий впервые был представлен для всеобщего обозрения. Его стоимость составляла около 250 долл. за 1 кг, но уже в 1886 г. упала до 15 долл. за 1 кг. В том же году было получено 50 т алюминия.

Производство алюминия

Будущее алюминия было обеспечено в 1886 г., когда почти одновременно американец Чарлз Холл (1863-1914) и француз Поль Эру (1863-1914) разработали процесс его получения путем электролиза; процесс используется и поныне.
Чистый оксид алюминия растворяют в расплавленном минерале криолите, через раствор пропускают электрический ток. На катоде выделяется металлический алюминий, а на аноде – кислород. Спустя шесть лет после этого открытия стоимость алюминия упала до 1,3 долл. за 1 кг. В 1976 г. 1 кг алюминия стоил уже 0,88 долл.
Для получения 1 кг алюминия требуется около 13-18 кВт-ч энергии. Поэтому алюминиевая промышленность развивается в таких местах, где имеются источники снабжения заводов дешевой гидроэлектроэнергией. Однако алюминий настолько важен для техники, что большинство промышленно развитых стран создают собственную алюминиевую промышленность. Твердость алюминия повышают легированием и термообработкой.
Бокситы обычно добывают на открытых горных разработках и подвергают очистке. Они должны содержать не менее 32% оксида алюминия; сейчас содержание оксида алюминия достигает 45-55%. Самым распространенным процессом очистки бокситов является метод Байера. При этом примеси из бокситов удаляются в виде красного шлама, что может привести к загрязнению окружающей среды. В красном шламе все еще содержится некоторое количество оксида алюминия в смеси с диоксидом кремния. Оксид алюминия из красного шлама, а также из руд с высоким содержанием диоксида кремния извлекают методом АЛКОА.
В1973 г. АЛКОА объявила о новом методе, основанном на электролизе хлорида алюминия, при котором потребляется на 30% меньше электроэнергии, чем в процессе Холла-Эру. Изучается также карботермический процесс, по которому оксид алюминия восстанавливается углеводом.

Многоцелевой металл

Уже в 1890-х гг. из алюминия делали кухонную посуду. Он использовался в качестве электрических проводов (впервые в 1897 г. для телефонной линии на чикагской скотобойне), для изготовления деталей морских судов и самолетов, технических и научных инструментов, консервных банок, красителей и пробок для бутылок.
В первую мировую войну немецкий специалист Альфред Вильм изобрел дуралюмин (дюраль) – сплав алюминия с небольшими добавками меди, магния и марганца, по механическим свойствам близкий конструкционной стали. Дуралюмин был первым из обширной серии алюминиевых сплавов, разработка которых существенно расширила возможности использования этого металла. В США в 1975 г. потребление алюминия и его сплавов составляло: в строительстве 26%, в транспорте, электротехнике и для изготовления сосудов и емкостей – по 15-16%.
Сейчас из алюминия делают оконные рамы; монеты; кастрюли и упаковочную фольгу; детали самолетов, автобусов и поездов; катализаторы нефтехимической промышленности; патроны аэрозолей; гигантские резервуары для хранения жидкого газа; консервные банки для пива и легкого вина; коррозионностойкую металлическую краску. Алюминий – сырье для алюмотермии – метода получения тугоплавких металлов. Он присутствует в жизни современных людей в таких количествах, как ни один другой металл.