Срібло з глини »

Люміній знаходиться всюди. Він лежить у нас під но-гами. Цей хімічний елемент настільки поширенням странён в природі, що становить приблизно близько третини всіх металів, що зустрічаються в земній корі. Але не пи-тайт відшукати його в чистому вигляді. Алюміній хімічно дуже активний і тому він «не терпить самотності». Його можна зустріти лише в поєднанні з іншими еле-тами. І таких з'єднань дуже багато; відомий рада-ський геолог академік А. Е. Ферсман нарахував близько 250 різних мінералів, що містять в собі алюміній. Серед них - різні сорти глин; дещо схожа на глину алюмінієва руда - боксит; кріоліт, прозваний за своє схожість з льодом «крижаним каменем»; драгоцен-ні мінерали - червоний рубін і блакитний сапфір.

Звичайно, ні рубін, ні сапфір не можуть служити сировиною для видобутку алюмінію. Для цієї мети використовують бік-Сіти. Така алюмінієва руда була виявлена ​​ще в 1894 році на Північному Уралі видатним українським учё-ним Е. С. Федоровим.

Збираючи колекцію уральських мінералів, Е. С. Фёдо-рів забрів далеко на північ, в околиці глухого посе-лення Тур'ї. Там, у відрогів Північного Уралу, він знайшов величезні поклади коричневих каменів, схожих на залоз-ву руду. Це були боксити, що містять понад 50% окису алюмінію.

У 1916 році найбільше родовище бокситів було відкрито під містом Тихвіном (поблизу Ленінграда).

Алюмінію можна було добувати більше, ніж заліза, проте довгий час він вважався рідкісним елементом. Ще в середині минулого століття паризькі модниці прик-закладають до своїх одягам витончені дрібнички з алюмінію-ня, що називався в той час «сріблом з глини», але коштував набагато дорожче срібла.

Першим природним сировиною для отримання глини став «крижаний камінь» - кріоліт. Освоїти виробництво алюмінію з цього мінералу дозволили роботи про-фессорами Харківського університету Н. Н. Бекетова. У 1865 році Бекетов запропонував використовувати для напів-чення алюмінію хімічну реакцію заміщення. Як відомо, так називають хімічну взаємодію, при якому одна частина складного речовини, що бере участь в реакції, заміщається іншою. Впливаючи на химиче-ське з'єднання якимось активним елементом, хімік може витіснити з цього з'єднання інший, нуж-ний йому. В даному випадку з кріоліту витіснявся алюміній. Його місце займав магній.

Роботи Бекетова дозволили істотно змінити спо-соб отримання сріблястого металу. Якщо раніше алю-міній вдавалося отримувати тільки з спеціально запро-лення хімічних сполук, то спосіб українського учё-ного дозволяв використовувати вже природна сировина.

Однак, як це було з багатьма українськими відкриттями, спосіб Бекетова в умовах царського самодержавства НЕ

Відомий український хімік Микола Миколайович Бекетов.

Знайшов застосування на своїй батьківщині. Царські чиновники не визнали винаходи, невідомого за кордоном. Але закордонні промисловці виявилися більш підпри-стійкими проти. Дізнавшись про роботи Бекетова, вони швидко налагодили виробництво алюмінію за методом українського вченого. В не-мецком містечку Гмелінгене і у Франції, в Руані, були побудовані спеціальні фабрики. Спосіб Бекетова викорис-поклику в Німеччині і у Франції близько 10 років. За цей час було виплавлено понад 58 тисяч кілограмів срібла з глини - 25% усього світового видобутку алюмінію за ті роки.

Роботи Бекетова були важливим кроком у розвитку алюмінієвої промисловості. Але вони не могли пів-ністю вирішити проблему отримання цього металу. Рас-пространённий в Гренландії кріоліт майже не зустрічався в інших країнах і його доводилося везти здалеку або готувати штучно. Треба було знайти спосіб напів-чення алюмінію з поширених вітчизняних руд. Але зробити це виявилося дуже важко.

Основна складність полягала в тому, щоб на-вчитися відокремлювати окис алюмінію (з'єднання металу з киснем), що міститься в різних мінералах, від оксидів інших металів.

Як вже говорилося, алюміній знаходиться всюди. Але руда вважається досить багатою і такою, що заслуговує пе-переробкою, якщо вона містить не менше 20% глинозему - окису алюмінію. Однією з таких багатих руд є боксити, що складаються з оксидів алюмінію, кремнію, же-леза і води. За зовнішнім виглядом ця руда нагадує спів-бій звичайну глину, але відрізняється від неї тим, що, взаємо-діючи з водою, не дає пластичної маси. Найбільше в боксити окису алюмінію - глинозему - і окису заліза.

Хімік К. І. Байєр, який працював в кінці XIX століття на заводах Харкова і Єлабуга (біля річки Ками), зайнявся поділом цих «сусідів». Йому вдалося підшукати віщо-ство, здатне розчинити в собі глинозем, утримуючи-щійся в боксити, і в той же час не розчиняється окис заліза. Цією речовиною виявилася натрієва луг [18]), розведена у воді. Байєр встановив, що якщо вести про-процес в щільно закритому посуді при підвищеному тиску-ванні і з підігрівом, то майже весь глинозем переходить з бокситу в розчин, дозволяючи таким чином звільнитися від окису заліза, а також і від окису кремнію.

Була вирішена і подальша завдання звільнення глинозему від лугу, в якій він розчинявся. Щоб зрозуміти, як це здійснюється, згадаємо простий досвід.

Якщо розводити в гарячій воді кухонну сіль до тих пір, поки вона не перестане розчинятися, відокремити нераст - ворівшійся осад і потім кинути в розчин кілька крупинок (кристалів) солі, то вони почнуть швидко рости. Кристали, що потрапили в насичений розчин, прискорюють виділення з нього твердої речовини.

Таким же шляхом можна виділити з розчину лугу і глинозем.

Однак кристали, що випали з розчину - це ще не чистий глинозем. До нього приєдналися молекули води, тому, щоб позбутися від вологи, кристали Прокаєв-ють.

Так просто і дотепно вирішив Байєр завдання виокрем-лення чистого глинозему з бокситів. Розтин бокситів, тобто отримання з них чистого глинозему, було од-ної з найважчих проблем, яку необхідно було ре-шити, щоб навчитися виділяти з природної сировини легкий метал.

Роботи Байєра як би підготували фундамент для будівлі молодий алюмінієвої промисловості. Дальньої-шиї розвиток її пов'язане перш за все з роботами осново-положнік електрометалургії кольорових металів Павла Павловича Федотьева.

У той час, коли Федотов приступив до своїх дослі-джень, фізикам були вже добре відомі закони проходження електричного струму через рідини. Вчені знали, що якщо занурити в розчин солі або кислоти електроди - металеві або вугільні пластини, - со-едінённие з джерелом струму, то між ними потече струм. Причина цього - ось в чому. Молекула будь-якого речовини складається з атомів, а кожен атом являє собою електричну систему - позитивно заряджене ядро ​​і обертаються навколо нього негативні частинки - електрони. Досить атому втратити один з електро-нів, щоб його електричне рівновагу порушилося. Він буде мати надлишок позитивного електрики. Та-кая ж картина відбудеться і в тому випадку, коли атом, навпаки, придбає зайвий електрон. Тоді він буде заряджений негативно. Атоми і групи атомів, що несуть на собі електричний заряд (і позитивний і отри-цательного), називаються іонами [19]). Молекули солі або кислоти в розчині і розпадаються на іони. Коли заступники-кається ланцюг струму, підключеного до електродів, то іони, що містяться в розчині, починають рухатися. Поло-тивних прагнуть до негативно зарядженої пла-Стін - катода, а негативні - до позитивної пла-Стін - анода. Цей процес називається електролізом, і

Павло Павлович Федотов, основоположник електрометалургії алюмінію.

Якщо розчин складається з солей металу, то при цьому на катоді виділяються частки чистого металу, що входив раніше до складу складного речовини.

Саме електроліз і вирішив П. П. Федотов поставити на службу алюмінієвої промисловості. Було відомо, що глинозем добре розчиняється в розплавленому кріо-літі. Такий кріоліту-глиноземний розплав Федотов і піддавав електролізу.

П. П. Федотов глибоко і детально вивчив цей про-процес: він описав, як проходить електроліз для кріоліту-глиноземного розплаву, встановив розчинність глино-зьома в кріоліті, створив теорію переносу струму в розплився-влених солях.

Розчинений в розплавленому кріоліті глинозем розпадається на іони. Під дією струму негативно заряджені іони кисню йдуть до анода, віддаючи йому зайві електрони і перетворюючись в нейтральні атоми. На катоді позитивні іони алюмінію перетворюються в нейтральні атоми цього металу.

Роботи Федотьева привели до того, що алюміній з рідкісного металу став одним з найбільш вживаних.

Електроліз кріоліту-глиноземного розчину був більш вигідний в порівнянні зі способом Бекетова, так як в кожній молекулі глинозему міститься в 4 рази більше алюмінію, ніж в кріоліті; крім того, глинозем, що виділяє на електродах основну масу металу, бо-леї дешевий, ніж кріоліт (хоча для електролізу прихо-диться штучно готувати і той і інший).

П. П. Федотов був вченим нового типу. Все теоретичного-етичні висновки він перевіряв на практиці і, збагачений досвідом, сміливо виправляв теорію.

Роботи українського вченого стали справжнім откровен-ням для іноземних електрометалургів. Зарубіжні дослідники Теребезі, Андрие і інші вважали, що кріоліт в розплавленому стані являє собою суміш солей, а не хімічна сполука. Федотов опро-верг цю точку зору, і його висновки, витримавши відпові-дарське випробування часом, тепер визнані всіма.

Одночасно з П. П. Федотьева вивченням електро-лізу кріоліту-глиноземного розплавів займалася група українських дослідників на чолі з професором Петер-бургское електротехнічного інституту Миколою Анто-вич Путіним. Вони поставили собі за мету - домогтися отримання алюмінію з вітчизняної сировини. Їх совмест-ний праця, що вийшла в 1914 році, так і називався: «Про отримання алюмінію з українських мінералів». Замість бокситу, родовище якого не було відомо цим дослідникам, вони використовували уральський мінерал - Соймонов, що містить в своєму складі глинозем.

Подібно Федотьева, Н. А. Пушиної та його помічники проробили весь важкий шлях, починаючи від вилучення з соймоніта окису алюмінію і закінчуючи процесом електро-лізу в спеціально сконструйованій ванні.

Далеко не всі сорти бокситів, цих найбільш розпо-странённих алюмінієвих руд, однакові по утримуючи-ня глинозему. Деякі містять його понад 60%, але такі родовища досить рідкісні. Зазвичай кількість глинозему в боксити не перевищує 35-50%. Професор А. Н. Кузнецов і Е. І. Жуковський в 1915 році розробити конструкцію талі спосіб, що дозволяє отримувати чистий глинозем не тільки з таких руд, але навіть з простих глин, в яких глинозему є всього лише 20-30%. Запаси простих глин на землі величезні, тому метод Кузнєцова-Жуков-ського має велике значення. Суть методу через-вичайно проста. Боксит або глина, змішана з окисом кальцію і вугіллям, розплавляється в електричній або доменної печі. Глинозем, що міститься в глині, при цьому з'єднується з окисом кальцію і спливає у вигляді шлаку над дихаючої вогнем масою. Зазвичай при виробництві металу шлак являє собою побоч-ний продукт. Тут же саме він йде в подальшу обробку. Вийшло в шлаку з'єднання глинозему з окисом кальцію легко розчиняється у водному розчині соди, з якого беруть в облогу водний глинозем. Роз'єднати-ня глинозему і води здійснюється тим же шляхом, що і в методі Байєра.

Видатним українським хіміком А. А. Яковкіним в 20-х і 30-х роках нашого століття був розроблений ще один спосіб отримання глинозему з низькосортних бокситів. Цей спосіб зветься сухого лужного способу і полягає в тому, що боксит, змішаний з вапняком і содою, піддається нагріванню (спікання) у великих циліндричних обертових печах. Під впливом висо-кою температури глинозем бокситу взаємодіє з со-дою, утворюючи в продуктах реакції хімічне з'єднань-ня - алюмінат натрію, добре розчинний у воді. Інші складові частини спеченого маси в воді не рас-яка твориться. Це дає можливість відокремити алюміній від домішок у вигляді розчину алюмінату. З розчину алю-Мінаті виділяють потім кристали водного глинозему, ко-торие після прожарювання (для видалення вологи) і йдуть для отримання металевого алюмінію. Спосіб, розроб-ботан А. А. Яковкіним, мав величезне значення для розвитку радянської алюмінієвої промисловості.