Алюминий: что это за металл, как его получают и где применяют

• 10 вопросов и ответов про алюминий
• Рождение алюминия: как из глины создают металл
• Применение алюминия
• Заключение

10 вопросов и ответов про алюминий

Он действительно смахивает на металл из фэнтези или комиксов про супергероев. Обыденный и скучноватый на первый взгляд, в нужный момент он раскрывает свои суперспособности и пусть не спасает мир, но делает его гораздо интереснее.

Что такое алюминий?

Это легкий металл-парамагнетик. Легкость объясняется малой плотностью — всего 2,7 г/см3 (для сравнения: тот же показатель у стали почти втрое больше — 7,85).

Также это самый распространенный металл в земной коре, массовая доля — 8,2% (вдвое больше железа). Благодаря уникальным свойствам алюминий широко применяют в самых разных отраслях промышленности.

А каковы его свойства?

Их можно назвать универсальными:

• прочность — тут без комментариев;
• коррозионная стойкость — не ржавеет, не окисляется, не тускнеет;
• пластичность и простота обработки — можно делать хоть толстые листы, хоть тончайшую фольгу или проволоку;
• высокая электро- и теплопроводность — алюминий активно используют в производстве техники;
• хорошая способность образовывать сплавы с другими металлами — в результате получаются материалы с улучшенными характеристиками.

Какие страны производят больше всего алюминия?

Их всего семь. В порядке убывания:

• Китай (~ 40 млн тонн);
• Индия (~ 4 млн тонн);
• Россия (~ 3,7 млн);
• Канада (~ 3 млн);
• Объединенные Арабские Эмираты (~ 2,7 млн);
• Бахрейн (~ 1,6 млн);
• Австралия (~ 1,5 млн).

Когда и как его открыли?

В 1825 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед путем химической реакции получил из глинозема несколько молекул этого металла.

Лишь через 20 лет французский ученый Сент-Клер Девиль сумел модифицировать этот метод и получил целый слиток. Его показывали как диковинку на выставке технологических достижений в Париже.

Добавим, что Эрстед знаменит еще и тем, что обнаружил магнитное поле, важность этого открытия сложно переоценить.

Почему он считался драгоценным металлом?

Потому что первоначальный метод его получения «по Девилю» был необычайно затратным. В 1850–1860-е годы алюминий по цене был сопоставим с золотом и платиной. Знать в те годы заказывала себе алюминиевые драгоценности и столовые сервизы, иметь такие считалось престижным.

А почему сейчас стал таким дешевым?

К концу 1860-х годов сразу в двух странах — Франции и США — изобрели до неприличия дешевый метод его массового производства. Цены рухнули.

А еще через 15 лет инженер Карл-Йозеф Байер разработал систему подготовки глинозема из бокситов, фактически — способ промышленного получения алюминия. После этого драгоценный металл окончательно стал привычным и практически вездесущим.

Из чего и как его получают?

Обычно из бокситов. Так называют руду, содержащую металл. Дело в том, что в природе алюминий в чистом виде не встречается. Зато его соли есть в силикатах, в том числе их много в бокситах. 

Из них методом Байера выделяют глинозем, а уже из него — алюминий.

Мировые запасы бокситов ограничены. Более трети месторождений находятся в Африке. Добычу бокситов обычно ведут открытым способом, поскольку они залегают неглубоко. Но есть исключения: на Урале находится одна из самых глубоких в мире бокситных шахт — Черемухово-Глубокая. Ее глубина превышает 1,5 км.

Где его используют?

Можно сказать, что везде. Сегодня трудно найти сферу, где бы его не было. Алюминий применяют:

• в авиастроении;
• космической промышленности;
• автопроме;
• железнодорожном транспорте;
• строительстве;
• электронике;
• электротехнике;
• медицине;
• упаковке.

Ну и еще из него делают многие бытовые предметы, от посуды до недорогой бижутерии.

Почему он так широко распространен?

Потому что алюминий легче и дешевле стали. А еще прочный, не ржавеет и прекрасно обрабатывается.

Кто придумал ему название?

Российский химик, создатель периодической системы Дмитрий Менделеев. Хотя на самом деле русский гений лишь «застолбил» это название в своем монументальном труде «Основы химии». 

До этого алюминий называли «глиноземом», «алумием», даже квасцами. В таблице Менделеева Al стоит на 13-м месте в третьем периоде.

Но само слово «алюмин» — очень древнее, известное с античности. Так называли различные соли. Да, еще древнегреческие ученые знали, что разные металлы присутствуют в почве или воде в виде солей. Просто тогда не умели их синтезировать.

Рождение алюминия: как из глины создают металл

Массовое производство началось с работ француза Поля Эра и американца Чарльза Холла. Независимо друг от друга в 1866 году они изобрели способ получения алюминия посредством электролиза. 

Их открытие стало первым шагом к тому, чтобы «второе золото», за которым охотились короли и миллионеры, появилось на каждой кухне.

Сегодня производственная цепочка выглядит следующим образом:

Шаг 1. Добывают бокситы.

Шаг 2. Доставляют на завод — обычно он находится недалеко от шахты. Там методом Байера из бокситов делают глинозем — «родителя» алюминия.

Шаг 3. Получают чистый металл из глинозема. Это крайне энергозатратный процесс. Комбинаты стараются строить рядом с электростанциями: так проще доставлять электричество на производство.

Глинозем помещают в электролизную ванну, ее дно — катод. Туда же в качестве анода отправляют уголь и криолит — минерал, необходимый для выделения металла из сырья. 

От электротока глинозем разрушается. Чистый расплавленный алюминий оседает на дно ванны. Образующийся от распада сырья кислород реагирует с углем и образует углекислый газ, который направляют в газосборники.

Расплавленный металл с помощью спецоборудования выгребают из ванны и отправляют дальше — на авиационные, автомобильные, строительные заводы и так далее.

Конечно, это максимально упрощенная схема.

Получение алюминия — сложный технологический процесс, который постоянно совершенствуют ученые и инженеры. 

В России с 1930-х годов работает ВАМИ — Всероссийский алюминиево-магниевый институт. Сейчас это учреждение входит в структуру РусАла. Институт изучает алюминий, разрабатывает новые технологии его производства.

Вложения в инновации всегда сторицей окупают себя. Откройте брокерский счет в «Совкомбанк Инвестициях» и получите доступ к широкому набору биржевых инструментов и удобному сервису.

Применение алюминия

В устройстве, с которого вы читаете эту статью, будь то ноутбук, смартфон или планшет, есть алюминиевые детали. Наверняка у вас дома припасены ложки, кастрюльки или формы для выпечки из алюминия. Но это лишь сотая часть того, где его используют.

Из диковинки он давно превратился в самый распространенный металл современного производства. Легкость, прочность и химическая стойкость делают его великолепным материалом для многих отраслей. Вот основные из них:

1. Авиационная промышленность. В авиации это один из основных материалов. Его даже называют «крылатым металлом». Из него изготавливают корпуса самолетов, вертолетов и беспилотников, комплектующие для двигателей. Алюминиевые сплавы обладают высокой прочностью при небольшом весе, что делает их идеальными для авиастроения.
2. Автомобильная промышленность. Кузова, рамы, диски, части двигателей, другие компоненты машин — везде применяется алюминий. Он помогает уменьшить вес автомобиля, повысить эргономичность, разнообразить дизайн.
3. Строительство. Из не подверженного коррозии металла делают оконные и дверные профили, кровельные материалы, фасадные системы, лестницы, множество других конструкций.
4. Электротехника. Кабели, провода, детали трансформаторов и других электрических устройств — все это алюминий.
5. Высокотехнологичная медтехника. Алюминиевые сплавы применяют в производстве медицинского оборудования, а также имплантатов, протезов, инструментов и прочего.
6. Упаковочная отрасль. Консервные банки, контейнеры, фольгированные пакеты для напитков, просто фольга — везде и всюду вы найдете алюминий.

Конечно, он годится не для всего. Например, из алюминия не делают колюще-режущие инструменты — ножи и прочие лезвия, гвозди, болты или сверла. Он не выдержит такой нагрузки.

Заключение

Сейчас я понимаю, что алюминий все же не был прототипом «эльфийского серебра» во «Властелине колец». Но для современного человека он важнее митриля. 

Это надежный и незаметный спутник, вроде Сэма для Фродо, он помогает нам каждый день и делает нашу жизнь проще и веселее.