Алюміній: історія відкриття та способи виробництва
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Понад сторіччя тому, в 1855 році, на вулицях Парижа з’явилась кінна гвардія імператора Наполеона III в кірасах з якогось незвичайного металу, що відливався красивим сріблястим блиском.
– Панове, імператор одягнув свою гвардію в срібло! – Перешіптувалися вражені парижани. – Стільки срібла!
Але жителі французької столиці помилялися. Метал, з якого були зроблені обладунки гвардійців, називався – то алюмен, то глиній, то алюміній, про що, втім, ніхто, крім небагатьох хіміків, не знав. Вартість його виражалася тоді жахливими цифрами, а в історії промислових металів відкриття цієї речовини, довгий час залишалося загадковою, стало найяскравішою і цікавою сторінкою.
Вже давно робилися припущення про наявність у складі деяких гірських порід нікому не відомого металу. Немов вислизаючий привид, він давав знати про себе різними ознаками, але виявити його ніяк не вдавалося. Ще на початку XIX століття його намагався знайти Гемфрі Деві. Він говорив про «металеву речовину», яка імовірно називалась «алюмінієм», але так і не відкрив її. Однак минуло небагато років, і те, чого не досяг Деві, вчинив датський фізик Християн Ерстед. У 1825 році йому вдалося хімічним шляхом вперше отримати чистий металевий алюміній.
Отже, припущення підтвердилися. Але що користі? Метал цей був схожий на в’язня, довічно ув’язненого в тюрму: ніде і ніколи не існував він у вільному стані. Його знаходили тільки у вигляді найміцніших сполук з киснем. Щоб звільнити цього в’язня, цей дивний метал, що не боявся іржі і плавився при температурі майже в три рази нижчій, ніж залізо, – знадобилося кілька десятиліть. Кількість алюмінію, що добувається на земній кулі в 60-х роках 19-го століття, вимірювалася кілограмами, і коштував він дорожче срібла. Його так і називали – «срібло з глини».
Нарешті французький хімік Анрі Сен-Клер-Девіль відкрив новий досконаліший спосіб виробництва алюмінію і знизив його вартість до ста рублів за кілограм. Але це все ще було не металургією, а хімією, і притому досить кустарною .. У 1885 році у всьому світі було добуто лише три тонни цього важкого і таємничого металу. Здавалося, алюміній не має перед собою ніяких перспектив. І все ж знайшлася людина, яка ще тоді, майже століття тому, передбачила цьому металу майбутнє. І велике.
У 1861 році, коли найбільший в ту пору завод братів Белл в Англії випускав не більше сотні кілограмів алюмінію на рік.
На Кольскому півострові, який академік А. С. Ферсман назвав «скам’янілою казкою природи», був знайдений мінерал апатит. На рудниках, споруджених посеред тундри, апатит почали переробляти на фосфатні добрива.
Але разом з апатитом був дуже міцно зчеплений нефелін. Свою назву – цей світло-зелений або сіруватий мінерал, що легко вивітрюється та знаходиться в вивержених породах і в інших з’єднаннях, – отримав від грецького слова «Нефела», що означає – «хмара». Подібно бокситу він є алюмінієвою рудою, так як містить окис алюмінію, хоча і в більш слабкій концентрації. Але не хмарою – «Нефела» – здався нефелін технологам хімічного рудника, а похмурою хмарою: навіть незначна домішка цього мінералу робила апатит не придатним для переробки. Втім, незабаром був знайдений спосіб відділення нефеліну від апатиту, і ця «хмара», у вигляді рідкої, немов кисіль, пульпи потекла на дно кришталевих заполярних озер. День і ніч струмувала в тихі північні води блакитна річка, повільно осідаючи на їхньому дні і утворюючи штучні нефелінові родовища. Ці запаси, вимірювані мільйонами тонн, продовжували б збільшуватись з кожним днем, якби …
І тут доводиться трохи відволіктись у бік. З тих пір як був знайдений спосіб виробництва алюмінію, пройшло понад сімдесят років. Найбільше визнання отримав метод, заснований на властивості електричного струму розкладати сполуки металів з деякими іншими речовинами (так звані солі металів), виділяючи при цьому чистий метал. Це явище називається електролізом.
Алюміній виробляють шляхом електролізу його окису, глинозему, який, у свою чергу, одержують з бокситу. Протягом майже століття вважалося, що ця груба кам’яниста порода, пофарбована в червонувато-коричневий колір, – єдина сировину для алюмінієвої промисловості.
Разом з киснем і кремнієм алюміній становить по вазі більше п’яти шостих земної кори. Він – найбільш поширений в землі метал. Як говорить Ферсман, ми ходимо по алюмінію, топчемо його ногами, тому що звичайна глина – не що інше, як з’єднання алюмінію з кремнієм, тільки складне.
Однак потрібна була не проста глина, а така, що містить у собі найбільший відсоток окису алюмінію. Її шукали й виявили вперше на півдні Франції, поблизу міста Бо, по імені якого вона і отримала назву бокситу. Ця глина мала близько 70 відсотків дорогоцінного окису.