Все новости
НАУКА 3.0
27 Июня 2021, 11:39

Крылатый металл

Алюминий… Удивительна судьба этого самого распространенного на земле металла. В земной коре его в два раза больше, чем железа, в 5 тысяч раз больше, чем свинца, в 20 миллионов раз больше, чем золота! Эта «большая тройка» – алюминий, железо, кислород – три кита, на которых держится (точнее, из которых состоит) земная кора.

Практически почти все горные породы (кроме чистого кремнезема) «построены» на основе кремния и алюминия. Да и крупные конструкции, современную технику, создаваемые человеком, – самолеты, ракеты, небоскребы, – сегодня почти невозможно представить без алюминия… Например, на строительство одного 20–30-этажного дома расходуется 160 т алюминия!
Не меньше, чем на самолеты и ракеты, «крылатого металла» тратится на… упаковку: шоколад, конфеты, масло, сырки, сухое молоко упаковывается в алюминиевую фольгу. Словом, сегодня алюминий прочно вошел в наш быт.
А каких-то полтора века назад алюминий ценился намного дороже золота. Алюминиевые пуговицы считались роскошью, которую мог позволить себе только очень состоятельный человек. Алюминиевыми ложками, легкими и изящными, пользовались поначалу… королевские особы. И именовали этот металл весьма помпезно – «серебро из глины».
В чем же тайна долгой недоступности самого распространенного на нашей планете элемента? Как ему удавалось в течение многих тысячелетий скрывать от людского любопытства свое «металлическое обличье», в то же время присутствуя повсюду – в многометровых глиняных толщах, в чудесных самоцветах, в тысячах крынок в крестьянском хозяйстве?
Вот как объясняют вездесущность алюминия минералоги и геохимики: алюминий – очень активный элемент и не способен оставаться инертным во многих минерало- и породообразующих процессах, протекающих в земной коре. Из-за активности алюминия долгое время считалось, что встретить этот металл в чистом виде вообще невозможно. Однако самородный алюминий был открыт… на Луне! Малюсенькие серебристые шарики, блестевшие в лунной пыли, оказались металлическим алюминием. И практически одновременно ученые нашли самородный алюминий в вулканических породах, по составу очень схожих с лунным грунтом, – в базальтах Сибирской платформы алюминий был найден в виде редких серебристых блесков. Это открытие дало возможность по-новому взглянуть на природу алюминия.
Атомы алюминия очень легко отдают свои внешние электроны кислороду, то есть легко окисляются. И соединений алюминия с кислородом (особенно с кислородом и кремнием) в природе сотни. Так, очень богата алюминием белая глина – каолин, много его в обыкновенной рыжей глине, которая на треть состоит из алюминия.
Нам известны и «благородные» минералы алюминия – самоцветы. Кроваво-красный рубин и синий сапфир, работяга-корунд и желтый топаз, нежно-розовый шпинель и голубой кианит – это далеко не полный букет дорогих минералов алюминия.
Крупное бокситовое месторождение «Красная шапочка» было открыто в начале XX века профессором Санкт-Петербургского горного института Федоровым, у которого свою научную деятельность начал будущий первый академик Башкортостана Заварицкий. Профессор бережно хранил свои коллекции из этого месторождения под названием «бедные железные руды». О бокситах как таковых в нашей стране тогда не знали – лишь при ревизии месторождений в 30-е годы догадались сделать анализ образцов из коллекции профессора Федорова на алюминий. Результаты этого анализа были совершенно неожиданными: «бедные железные руды» оказались богатейшими рудами алюминия, первыми отечественными бокситами.
Боксит – не минерал. Это семейство нескольких близко сросшихся мельчайших минералов, в основном гидроокислов алюминия. Разглядеть эти минералы в боксите крайне трудно. Лучше всего они видны в измененных нефелиновых породах Хибина (впервые изученных академиком Ферсманом в 30–40 гг. прошлого века) и Урала.
Диаспор – главный минерал еще одного типа богатых алюминием метаморфических пород, вторичных кварцитов и кристаллических сланцев, широко распространенных на Урале. Они являются громадными потенциальными запасами алюминиевого сырья, что открывает небывалый простор для деятельности будущих поколений уральцев.
Но почему алюминий был редок и дорог? Причиной тому – колоссальная трудность его извлечения. «Выплавить» этот металл из глинозема, как выплавляется из руды медь или свинец, невозможно: бокситы плавятся при температуре +2000°С, а сам алюминий, соединяясь с кислородом, «сгорает» уже при +900°С. Как же быть? Со временем ученые задались вопросом: какие силы держат вместе атомы алюминия и кислорода? Оказалось, что алюминий заряжен положительно, а кислород – отрицательно. Следовательно, необходимо воздействовать на «руду» электричеством! Так зародился новый метод получения алюминия – электролиз. При электролизе отрицательно заряженные частички кислорода выделяются на угольных анодах, а частицы алюминия с положительным зарядом притягивает сама электролизная ванна, к которой подведен отрицательный заряд.
В промышленности алюминий в чистом виде применяется редко: гораздо чаще используются его сплавы. Чаще других применяют дюралюминий, или попросту дюраль, – сплав алюминия с небольшими количествами меди, магния и марганца. Дюраль – чудесный конструкционный металл, однако есть недостаток и у него: дюраль не может противостоять коррозии. Для защиты ответственные конструкции из дюраля плакируют – покрывают пленкой чистого алюминия. «Бытовой» алюминий, из которого изготавливаются кастрюльки и бидоны, быстро покрывается устойчивой пленкой окислов, предохраняющей его от дальнейшего разрушения.
Даже краткое изложение «биографии» алюминия показывает, насколько сложен был его путь к человеку. Не обошлось на этом пути и без зигзагов. Еще античные авторы сообщают, что в I в. н. э. некий человек принес императору Тиберию чашу из очень легкого «серебра», полученного из обыкновенной глины. Император забеспокоился: не подорвет ли умение делать деньги из простой глины мощь казны? И «на всякий случай» этого умельца казнили… В конце XX века ученые исследовали гробницу китайского военачальника Чжоу Чжу, жившего в III в. н. э. Спектральный анализ рельефного орнамента гробницы показал, что он на 85% состоит из алюминия. Возможно, древним китайцам был известен секрет гидролиза алюминия? Ответа на этот вопрос пока нет…
Автор:Минниахмет МУТАЛОВ
Читайте нас в