HomeАлюминий › Важные открытия в производстве алюминия

Важные открытия в производстве алюминия

Важные открытия в производстве алюминияВ те годы, когда Холл — в США, а Эру — во Франции независимо друг от друга открыли новый способ производства алюминия, К.И.Байер, инженер Тентелевского химического завода в Петербурге (ныне завод \»Красный химик\»), сделал два важных открытия, которым суждено было вписать яркую страницу в историю развития алюминиевой промышленности.

В поисках эффективной протравы для крашения ситцевых тканей он обратился к гидроксиду алюминия. Разрабатывая способ получения чистого А1(ОН)3, он подметил одну особенность. Она и была положена в основу запатентованного им способа.

\»Открытый автором способ, — гласил патент, выданный Байеру в 1885 году, — основан на том наблюдении, что раствор алюмината начинает разлагаться, если при непрерывном движении жидкости добавить к ней гидрат глинозема, выделившийся либо вследствие самопроизвольного разложения, либо же при помощи углекислоты, и что разложение продлится в течение определенного времени — до тех пор, пока молекулярные количества глинозема и оксидов натрия не будут относиться друг к другу как 1:6\».

До изобретения К.И.Байера гидроксид алюминия, или, по его выражению, \»гидрат глинозема\» выделяли из алюминатных растворов, пропуская через жидкость углекислый газ. Под действием С02 дорогая каустическая сода превращалась в дешевую карбонатную, устойчивость раствора резко снижалась и гидроксид алюминия выпадал в осадок.

Вскоре Байер, продолжая изучение алюминатных растворов, сделал второе важное изобретение, которое позволяло использовать маточный раствор после выделения гидроксида алюминия для извлечения глинозема из бокситов.

Новый патент, выданный ему в 1888 году, предусматривал очень простой циклический процесс. Боксит обрабатывали под давлением при 160 — 170°С в автоклаве предварительно упаренным маточным алюминатным раствором. Затем раствор разбавляли, вводили затравку, с которой перемешивали его в течение нескольких суток. Выделившийся гидроксид алюминия отделяли, раствор упаривали и направляли вновь на выщелачивание.

Изучение процесса выщелачивания бокситов при разных температурах показало, что при низких температурах растворяются только гидраргилит и бемит. Диаспор растворим лишь при 200 — 205°С и более высокой температуре.

К.И.Байер не только придумал способ получения чистого глинозема, но и разработал соответствующую аппаратуру для его осуществления, которая с незначительными конструктивными изменениями применяется и поныне (реактор для разложения раствора алюмината натрия, автоклавы для выщелачивания бокситов).

 

Изобретение петербургского химика было как нельзя кстати. Оно не только помогло текстильщикам повысить качество кумача, но, что было еще важнее, обеспечило возможность получения чистого глинозема, в котором так нуждалась алюминиевая промышленность. К.И.Байер, прекрасно сознававший важность своего открытия, энергично взялся за его внедрение. Уже в 1893 году, спустя всего лишь год после проверки бай-еровского способа выщелачивания на Елабужском заводе, во Франции был пущен первый крупный глиноземный завод, снабжавший своей продукцией алюминиевую промышленность.

 

Первым директором этого завода стал К.И.Байер. Позднее разработанным им способ стал широко применяться в других странах Европы и в США. И в наши дни байеровский метод производства чистого глинозема не только не утратил своего значения, но и получил дальнейшее развитие. В настоящее время его по-прежнему используют как ведущий метод на глиноземных и алюминиевых заводах.

 

Спустя пять лет после опубликования К.И.Байером своих патентов русский инженер Д.А.Пеняков запатентовал другой способ производства глинозема из бокситов. Дорогостоящие щелочи — кальцинированную соду и едкий натр — он заменил глауберовой солью.

 

Смесь мелкоизмельченного боксита, глауберовой соли и угля подвергали спеканию в трубчатой вращающейся печи при 1200°С. Алюминат натрия выщелачивали из спека водой, затем алюминатный раствор карбонизировали (продувая через него двуоксид углерода), в результате чего гидроксид алюминия выпадал в осадок, а в растворе оставалась сода. Сернистый газ, выделявшийся при спекании смеси, использовали для получения из поваренной соли новых порций глауберовой соли и соляной кислоты.

Способ Пенякова не нашел применения в России, но был немедленно использован за границей. В Бельгии построили глиноземный завод, который успешно работал до осени 1914 года, пока в начале первой мировой войны не был разрушен немецкими войсками, оккупировавшими страну. Способ Пенякова применяли и во Франции, особенно в тех случаях, когда невозможно было получать глинозем из алюмосиликатов по способу Байера.

{PAGEBREAK}
Значительный вклад в развитие производства глинозема в XX веке внесли русские ученые А.Н.Кузнецов, Е.И.Жуковский, А.А.Яковкин. Особенно ценными для производства алюминия из бокситов с помощью электрического тока были работы В.П.Ильинского и П.П.Федоть-ева. В 1912 году они опубликовали капитальный труд \»Экспериментальные исследования по электрометаллургии алюминия\». Книга была сразу переведена на многие иностранные языки и стала настольной для металлургов всего мира.

К тому времени электролитическому способу производства алюминия уже исполнилось четверть века. Он полностью вытеснил с алюминиевых заводов химический способ и получил \»прописку\» в девяти странах. Тем не менее его теория не была еще разработана, и производство алюминия базировалось целиком на эмпирических данных.
Создатели электротермического способа получения алюминия Чарльз Холл и Поль Эру были талантливыми изобретателями, но не учеными, обладавшими глубокими теоретическими знаниями. Они быстро превратились в крупных промышленников, всецело занятых расширением производства металла и конкуренцией.

 

На каждом заводе существовал свой рецепт приготовления электролита, который хранился в тайне. Сведения о растворимости глинозема в криолите, так же как и о температуре расплавов глинозема в криолите, были противоречивы.

В работе петербургских ученых впервые были изучены диаграммы плавкости систем фтористый натрий — фтористый алюминий и криолит — глинозем. Работа была выполнена столь тщательно, что исследователи, повторившие изучение этой системы в 1935 и 1956 годах, получили те же результаты. Было также установлено, что максимальная растворимость глинозема в криолите составляет 20,7 % (по массе).

Но главная заслуга В.П.Ильинского и П.П.Федотьева состояла в том, что они провели тщательное исследование по выбору оптимального состава электролита, а также выяснили, как на растворимость глинозема в криолите и температуру расплава влияют добавки фтористых солей натрия, кальция и алюминия.

 

Еще за три года до опубликования работы В.П. Ильинского и П.П. Федотьева другой русский ученый Н.А. Пушин исследовал условия плавления криолита и доказал возможность получения алюминия из уральских сой-монитов. В 1914 году он совместно с Э. Дишлером и М. Максименко напечатал статью \»О получении алюминия из русских минералов электролитическим способом\». В ней был изложен разработанный этими учеными метод.

 

Они даже получили в лаборатории четыре килограмма алюминия из отечественного сырья. В то время еще не были разведаны богатые залежи бокситов, скрытые в недрах Урала и других месторождений на территории нашей страны. Поэтому пророческими оказались их слова, что сырьем для получения глинозема станут бокситы и различные гидраты оксида алюминия, которые будут найдены на территории России.

 

Не менее важным было и их указание, что криолит можно использовать как гренландский, так и искусственный, приготовляемый по методу Н.Н. Бекетова. Разработанные русскими учеными промышленные способы производства глинозема и алюминия не смогли найти практического приложения в царской России, хотя  правительство с самого начала первой мировой  войны всячески поощряло разведку алюминиевых руд и не раз пыталось организовать алюминиевую промышленность.

Еще в 1898 году Д.И. Менделеев, ратовавший за создание отечественной алюминиевой промышленности, способствовал организации небольшого завода по производству алюминия электротермическим способом, который вскоре закрылся из-за недостатка сырья. Позднее, в 1904 году — во время русско-японской войны — была сделана еще одна попытка построить алюминиевый завод, но и она не увенчалась успехом.

В 1916 году учреждена особая комиссия при Главном артиллерийском управлении, которую возглавил профессор А.П. Курдюмов. Комиссии была поручена постройка алюминиевых заводов в России. В 1917 году намечена постройка глиноземного завода в Самаре. В том же году под руководством профессора Есьмина проведено гидротехническое обследование нескольких рек на Черноморском побережье Кавказа.

 

По его результатам следовало выбрать место для постройки гидроэлектростанции и завода по производству алюминия. Однако эти работы так и остались незаконченными. Всем благим начинаниям авторитетной комиссии препятствовало, прежде всего, отсутствие нужного количества электроэнергии, а кроме того, и иностранные концерны, продававшие России алюминий по высоким ценам. Они не желали терять свои огромные барыши.

Хотя потребление алюминия в дореволюционной России было ничтожно малым — в 28 раз меньше, чем во Франции, и в 32 раза меньше, чем в США (в 1913 году его было ввезено всего 400 тонн), тем не менее Россия за четверть века выплатила иностранным капиталистам свыше 40 миллионов золотых рублей. Этой суммы с избытком хватило бы на постройку и оборудование нескольких отечественных глиноземных и алюминиевых заводов.

Царское правительство так и не смогло создать в России алюминиевую промышленность, хотя было и сырье в изобилии, и мощные гидроресурсы для строительства электростанций, были и талантливые инженеры и ученые, внесшие весомый вклад в развитие мирового производства алюминия.

Только после Великой Октябрьской социалистической революции в нашей стране была наконец создана мощная алюминиевая промышленность, успешно развивающаяся и работающая ныне на отечественном сырье.

разведки месторождения бокситов, открытого П.П. Тимофеевым еще в конце первой мировой войны. Совместно с советскими геологами под руководством профессора С.Ф. Малявкина они вскоре принялись за работу. Спустя некоторое время, отобрав ряд проб боксита и обнаружив в них высокое содержание кремнезема, американцы заявили: \»Тихвинские бокситы годятся лишь для глинобитных построек, а не для получения из них алюминия\»… и работу прекратили.

 

Однако профессор Малявкин вместе со своими помощниками продолжал подробное изучение тихвинских месторождений бокситов. К 1924 году было уже выявлено двенадцать крупных месторождений и подсчитаны их запасы. Действительно, во всех залежах бокситы содержали большое количество кремнезема — от 2,5 до 10 %. Между тем на глиноземных заводах мира перерабатывается боксит с содержанием кремнезема не выше 3—4 %.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.