История алюминия

редактировать

История химического элемента алюминия Экструзионные алюминиевые заготовки складываются на заводе Экструзия алюминиевых заготовок

Алюминий (или алюминия) металл очень редок в самородной форме, и процесс его очистки от руд сложен, поэтому на протяжении большей части истории человечества он был неизвестен. Однако соединение квасцов известно с V века до нашей эры и широко использовалось древними для окрашивания. В Средневековье его использование для окрашивания сделало его товаром международной торговли. эпохи Возрождения ученыхариали, что квасцы были солью новой земли ; во время эпохи Просвещения было установлено, что эта земля, глинозем, была оксидом нового металла. Об открытии этого металла объявил в 1825 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед, чьи работы были расширены немецким химиком Фридрихом Вёлером.

Алюминий было трудно очищать, и поэтому его редко использовали. Вскоре после его открытия цена на алюминий превысила цену золота. Он был сокращен только после начала первого промышленного производства французским химиком Анри Этьеном Сент-Клер Девиль в 1856 году. Алюминий стал гораздо более доступным для общественности Процесс Холла-Эру независимо разработан французским инженером Полем Эру и американским инженером Чарльзом Мартином Холлом в 1886 году, а также процесс Байера, пример австрийским химиком Карлом Джозефом Байером в 1889 году. Эти процессы использовались для производства алюминия до настоящего времени.

Внедрение этих методов в массовом производстве привело к широкому использованию легкого, устойчивого к коррозии металла в промышленности и быту. Алюминий начали использовать в машиностроении и строительстве. Во время мировых войн I и II алюминий был важнейшим стратегическим ресурсом для авиации. Мировое производство металла выросло с 6 800 метрических тонн в 1900 году до 2 810 000 метрических тонн в 1954 году, когда алюминий стал самым производимым цветным металлом, обогнав медь.

во второй половине В 20 веке алюминий стал любовью в транспортировке и установке. Производство алюминия стало поводом для беспокойства из-за его воздействия на среду, и переработка алюминия получила распространение. Металл стал сталжевым товаром в 1970-х годах биржевым товаром. Производство начало перемещаться из развитых стран в безопасаться ; к 2010 г. Китай накопил особенно большую долю как в производстве, так и в потреблении алюминия. Мировое производство продолжало расти, достигнув в 2015 году 58 500 000 метрических тонн. Производство алюминия как всех других цветных металлов вместе взятых.

Содержание

  • 1 Ранняя история
  • 2 Установление природы квасцов
  • 3 Выделение металла
  • 4 Раннее промышленное производство
  • 5 Электролитическое производство и коммерциализация
  • 6 Массовое использование
  • 7 Алюминиевый век
  • 8 См. Также
  • 9 Примечания
  • 10 Ссылки
  • 11 Библиография

Ранняя история

Сегодня я представляю вам победу над турком. Каждый год они выжимают у христиан более трехсот тысяч дукатов на квасцы, мы красим шерсть. Ибо это не встречается у латинян, за исключением очень небольшого количества. [...] Но я нашел семь гор, настолько богатых этим материалом, что они могут быть источником семи миров. Если вы хотите получить приказ нанять рабочих, построить печь и плавить руду, вы обеспечите всю Европу квасцами, и турок потеряет всю свою прибыль. Вместо этого они достанутся вам...

— Джованни да Кастро своему крестному Папе Пию II в 1461 году, после обнаружения богатого источника квасцов в Толфе недалеко от Рима Белые кристаллы квасцов на стеклянной пластине Кристаллы квасцов, встречающаяся в природе форма которой была известна еще в древности

История сформировалась благодаря использованию его соединения квасцы. Первое письменное упоминание о квасцах было сделано в веке до нашей эры греческим историком Геродотом. Древние использовали его в красителя протравы, в химическом измельчении и в качестве огнестойкого покрытия для дерева для защиты от вражеских поджогов. Металл алюминия был неизвестен. Римский писатель Петроний в своем романе Сатирикон упоминал, что императору преподнесли необычный стакан: после, как его бросили на мостовую, он не разбился, а только деформировался. Его вернули прежнюю форму с помощью молотка. Узнав от изобретателя, никто другой не знает, как этот материал, император приказал казнить изобретателя, чтобы это не снизило цену на золото. Вариации этой истории были кратко упомянуты в Естественной истории римского историка Плиния Старшего (который отмечен, что эта история была «актуальна благодаря частому повторению, а не аутентичности») и «Римской истории» римской историк Кассий Дион. Некоторые источники предполагают, что это стекло могло быть алюминиевым. Возможно, алюминийсодержащие сплавы производились в Китае во время правления первой династии Цзинь (265–420).

После крестовых походов квасцы были товар международной торговли; он был незаменим в европейской текстильной промышленности. Небольшие квасцы работали в католической Европе, но большинство квасцов прибыло с Ближнего Востока. Квасцы продолжали продаваться через Средиземное море до середины 15 века, когда османы сильно повысили экспортные пошлины. Через несколько лет квасцы были обнаружены в большом количестве в Италии. Папа Пий II запретил весь импорт с востока, используя прибыль от торговли квасцами, чтобы начать войну с османами. Эти недавно найденные квасцы долгое время играли роль в европейской аптеке, но высокие цены, установленные папским правительством, в итоге заставили другие государства начать собственное производство; крупномасштабная добыча квасцов пришла в другие регионы Европы в 16 веке.

Установление природы квасцов

Я думаю, что не слишком рискованно предсказывать, что наступит день, когда металлический характер основания квасцов будет неопровержимо доказано.

— Французский химик Теодор Барон д'Энувиль в 1760 году в Парижской академии наук Портрет Антуана Лавуазье в лаборатории Антуан Лавуазье установил, что оксид алюминия был оксидом неизвестного металла.

В начале Возрождения природа квасцов оставалась неизвестной. Около 1530 года швейцарский врач Парацельс выделил квасцы отдельно от купороса (сульфатов) и предположил, что это соль земли. В 1595 году немецкий врач и химик Андреас Либавиус применил, что квасцы и зеленый и синий купорос образованы одной и той же кислотой, но разными землями; для неоткрытой земли, из которого образовывались квасцы, он использовал название «глинозем». Немецкий химик Георг Эрнст Шталь заявлено, что неизвестная основа квасцов была сродни извести или мелу в 1702 году; это ошибочное мнение разделяли многие ученые на протяжении полувека. В 1722 году немецкий химик Фридрих Гофман предположил, что квасцов была отдельная земля. В 1728 году французский химик Этьен Жоффруа Сент-Илер утвержден, что квасцы образованы неизвестной землей и серной кислотой ; он ошибочно полагает, что при сжигании земля дает кремнезем. (Ошибка Жоффруа была исправлена ​​только в 1785 году немецким химиком и фармацевтом Иоганном Христианом Виглебом. Он определил, что квасцовую землю нельзя синтезировать из кремнезема и щелочей, вопреки современным представлениям.) Французский химик доказал, что земля существует в наличии. глина и земля, образовавшиеся в результате реакции щелочи на квасцы, были идентичны в 1739 году. Немецкий химик Иоганн Генрих Потт показал, что осадок, полученный при заливке щелочи в раствор квасцов, отличался от извести и мела в 1746 году.

Немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф синтезировал квасцы путем кипячения глины в серной кислоте и добавил поташа в 1754 году. Он понял, что добавление соды, поташа или щелочи к раствору новую землю в серной кислоте дала квасцы. Он описал землю как щелочную, поскольку она растворяется в кислотах при сушке. Маргграф также описал соли этой земли: хлорид, нитрат и ацетат. В 1758 году французский химик Пьер Макер писал, что глинозем похож на металлическую землю. В 1760 году французский химик [fr ] выразил уверенность в том, что глинозем - это металлическая земля.

В 1767 году шведский химик Торберн Бергман синтезировал квасцы кипячением алунита в серной кислоте и добавлением в раствор поташа. Он также синтезировал квасцы как продукт реакции сульфатами калия и землей квас, применяемые, что квасцы были двойные солью. Немецкий химик-фармацевт Карл Вильгельм Шееле применил, что и квасцы, и кремнезем произошли из глины, а квасцы не содержали кремния в 1776 году. В 1782 году французский химик Антуан Лавуазье считал глинозем оксидом металл со столь сильным сродством к кислороду, что никакие известные восстановители не могут его преодолеть.

Шведский химик Йенс Якоб Берцелиус применяет формулу AlO 3 для оксида алюминия в 1815 году. Правильная формула, Al 2O3, была установлена ​​немецким химиком Эйльхардом Мичерлихом в 1821 году; это помогло Берцелиусу определить правильный атомный вес металла, 27.

Выделение металла

Эта амальгама быстро разделяется на воздухе и при перегонке в инертной атмосфере дает кусок металла, который по цвету и блеску чем -то напоминает олово.

— Датский физик Ганс Кристиан Орстед в 1825 году, описывая выделение алюминия в Королевской датской академии наук и литературы Крупный план Ганса Христиана Эрстеда Гансиан Кристиан Орстед, открывший металлический алюминий

В 1760 году барон де Анувиль безуспешно попытался восстановить глинозем до металла. Он утверждал, что перепробовал все известные в то время методы редукции, хотя его методы не были опубликованы. Вероятно, он смешал квасцы с каким-либо органическим веществом, с солью или содой для флюса и нагрел их на угле. Австрийские химики Антон Леопольд Рупрехт и Маттео Тонди повторили эксперименты Барона в 1790 году, повысив температуру. Они обнаружили мелкие металлические частицы, которые, по их мнению, были желанным металлом; но более поздние эксперименты других химиков показали, что это фосфид железа из примесей в древесном угле и костной золе. Немецкий химик Мартин Генрих Клапрот использует прокомментировал: «Если существует земля, которая помещена в условия, при которых должна быть раскрыта ее металлическая природа, если она была такова, то земля подвергалась экспериментам, подходящим для ее восстановления., испытанная на самых горячих пожарах всеми методами методов, как в большом, так и в маленьком масштабе, эта земля, безусловно, глиноземом, но является еще не заметил ее металлизации ». Лавуазье в 1794 году и французский химик Луи-Бернар Гайтон де Морво в 1795 году расплавили глинозем до белой эмали на углях, питаемых чистым кислородом, но не представленного металла. Американский химик Роберт Хэр расплавил глинозем с помощью водородно-кислородной выдувной трубы в 1802 году, также получив эмаль, но все же не нашел металла.

В 1807 году британский химик Хамфри Дэви успешно электролизовал оксид алюминия с помощью щелочных батарей, но полученный сплав содержал калий и натрий, и у Дэви не было средств для отделения желаемого металла от эти. Затем он нагрел глинозем с калием, образуя оксид калия, но не смог получить искомый металл. В 1808 году Дэви поставил другой эксперимент по электролизу оксида алюминия, установив, что оксид алюминия разлагается в электрическую дуге, но образует металл, легированный железом ; он не мог разделить их. Наконец, он попытался провести еще один эксперимент с электролизом, пытаясь собрать металл на железе, но снова не смог отделить его желанный металл. Дэви использует этот металл алюминиевый в 1808 году и алюминием в 1812 году, таким образом получив современное название. Другие ученые использовали правописание «алюминий»; в последующие десятилетия прежнее написание вернулось в употребление в последних Штатах.

Американский химик Бенджамин Силлиман повторил эксперимент Хейра в 1813 году и получил небольшие гранулы искомого металла, которые почти сразу же сгорели..

В 1824 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед попытался получить этот металл. Он прореагировал безводный хлорид алюминия с амальгамой калия, получив кусок металла, похожий на олово. Он представил свои данные и образец нового металла в 1825 году. В 1826 году он писал: «Алюминий имеет металлический блеск и несколько сероватый цвет и очень медленно разрушает воду»; это говорит о том, что он получил сплав алюминия с калием, а не чистую алюминий. Эрстед не придал значения своему открытию. Он не уведомил ни Дэви, ни Берцелиуса, которых он знал, и опубликовал свою работу в датском журнале, неизвестном европейской публике. В результате его часто не считают первооткрывателем элемента; некоторые более ранние источники утверждали, что Эрстед не уровень алкоголий.

Портрет Фридриха Велера крупным планом Фридрих Велер, пионер, исследовавший свойства алюминия

Берцелиус попытался использовать металл в 1825 году, тщательно промывая калиевый аналог основной соли в криолит в тигле. Перед экспериментом он правильно определил формулу этой соли как K 3 AlF 6. Он не нашел металла, но его эксперимент был очень близок к успеху и был успешно воспроизведен много раз. Ошибка Берцелиуса заключалась в использовании раствора калия, который делал слишком щелочным и растворял весь новообразованный алюминий.

Немецкий химик Фридрих Велер посетил Эрстед в 1827 году и получил четкое разрешение продолжить исследования алюминия, на которые у Эрстеда «не было времени». Велер повторил эксперименты Эрстеда, но не обнаружил алюминий. (Позднее Велер писал Берцелиусу: «То, что Эрстед принял за кусок алюминия, определенно было не чем иным, как алюминийсодержащим калием».) Он провел аналогичный эксперимент, смешав безводный хлорид алюминия с калием, и получил порошок алюминия. Услышав об этом, Эрстед предположил, что его собственная алюминий мог содержать калий. Велер продолжил свои исследования и в 1845 году смог произвести небольшие кусочки металла и описал некоторые его физические свойства. Описание свойств Велера указывает на то, что он получил нечистый алюминий. Другим ученым также не удалось воспроизвести эксперимент Эрстеда, и Велер долгие годы считался его первооткрывателем. Хотя Эрстеда не волновала приоритетность открытия, что он получил алюминий. В 1921 году причина использования большого количества избыточного хлорида алюминия и амальгамы с низким содержанием калия. В 1921 году причина была обнаружена датским химиком Йоханом Фогом. В 1936 году США из американской компании по производству Alcoa успешно воссоздали этот эксперимент. Однако более поздние источники до сих пор приписывают Вёлеру открытие алюминия.

Раннее промышленное производство

Моей первой мыслью было то, что я попал в руки этому промежуточному продукту. металл, который найдет свое место в использовании и потребностях человека, когда мы найдем способ взять его из химической лаборатории и использовать в промышленности.

— Предисловие к книге «Алюминий, его свойства, производство и применение», книгаского химика Анри Этьена Сент-Клер Девиль в 1859 году Гравюра на дереве портрета Анри Этьена Сент-Клера Девиль Анри Эть французен Сент-Клер Девиль был первым, кто установил метод производства алюминия.

Метод Велера не позволял получить большое количество алюминия, металл оставался необычным; его стоимость превысила стоимость золота до того, как был изобретен новый метод. Цены последовали: в 1852 году алюминий продавался по 34 доллара США за унцию. Для сравнения: цена на золото в то время составляла 19 долларов за унцию.

Французский химик Анри Этьен Сент-Клер Девиль объявил о промышленном методе производства алюминия в 1854 году в Париже. Академия наук. Хлорид алюминия может быть восстановлен натрием, металлом, более чем менее дорогим, чем калий, используемым Велером. Девилль смог произвести слиток этого металла. Наполеон III из Франции пообещал Девилю неограниченную субсидию на исследования алюминия; в общей сложности Девиль семьи использовал 36 000 французских франков, что в 20 превышало годовой доход обычной. Интерес Наполеона к алюминию заключен в его потенциальном военном использовании: он хотел, чтобы оружие, шлемы, доспехи и другое снаряжение для французской армии было сделано из нового блестящего металла. Хотя металл все еще не был представлен публике, считается, что Наполеон устроил банкет, на котором наиболее почетным гостям была вручена алюминиевая посуда, а другим досталось золото.

Двенадцать маленьких слитков алюминия были позже выставлены для впервые публике на Всемирной выставке 1855 г.. Металл представляли как «серебро из глины» (алюминий визуально очень похож на серебро), и вскоре это название стало широко использоваться. Он привлек всеобщее внимание; Было предложено использовать алюминий в искусстве, музыке, медицине, кулинарии и посуде. Металл заметили писатели-авангардисты того времени - Чарльз Диккенс, Николай Чернышевский и Жюль Верн - которые предвидели его использование в будущем. Однако не все внимание было благоприятным. Газеты писали: «Парижская выставка положила конец сказке о серебре из глины», говоря, что многое из того, что было сказано о металле, было преувеличением, если не неправдой, и что количество представленного металла - около килограмма - в отличие от того, что ожидалось, и было «немного для открытия, которое, как говорили, перевернуло мир». В целом ярмарка привела к коммерциализации металла. В том же году алюминий продавался по цене 300 F за килограмм. На следующей выставке в Париже в 1867 году посетителям были представлены алюминиевые проволока и фольга, а также новый сплав - алюминиевая бронза, отличающийся низкой себестоимостью производства, высокой устойчивостью к коррозия и желаемые механические свойства.

Лицевая и оборотная сторона блестящей серебряной монеты, лицевая сторона с изображением бородатого мужчины; назад с ценой и в венке из листьев 1857 20 французские франки алюминиевая монета с портретом Наполеона III Франции, покровителя исследований в области производства алюминия

Производители не хотели отвлекать ресурсы от производства хорошо известных (и товарных) металлов, таких как железо и бронза, на эксперименты с новым металлом; кроме того, полученный алюминий все еще был невысокой чистоты и отличался по свойствам в зависимости от образца. Это привело к первоначальному общему нежеланию производить новый металл. Девиль и партнеры наладили первое в мире промышленное производство алюминия на плавильном заводе в Руане в 1856 году. Плавильный завод Девиля переехал в том году в Ла-Гласьер, затем в Нантер, а в 1857 году - в Салиндрес. Для фабрики в Нантере было зарегистрировано производство 2 кг алюминия в день; с чистотой 98%. Первоначально производство начиналось с синтеза чистого глинозема, который получали при прокаливании квасцов аммония. В 1858 году Девиль познакомился с бокситом и вскоре превратился в то, что стало известно как процесс Девилля, в котором минерал использовался в качестве источника для производства глинозема. В 1860 году Девиль продал свои алюминиевые доли Анри Мерлю, основателю Compagnie d'Alais et de la Camargue; эта компания десятилетиями спустя доминировала на рынке алюминия во Франции.

Верхняя часть памятника Вашингтону Замковый камень памятника Вашингтону (Вашингтон, округ Колумбия) весом 2,85 кг (6,3 фунта) был изготовлен из алюминия в 1884 году. был самымбольшим куском алюминия из когда-либо литых.

Некоторые химики, в том числе Девиль, пытались использовать криолит в исходной руды, но без особого успеха. Британский инженер Уильям Герхард в 1856 году построил завод с криолитом в качестве основного сырья в Баттерси, Лондон, но технические и финансовые трудности вынудили его закрыть через три года. Британский металлург Исаак Лоутиан Белл производил алюминий с 1860 по 1874 год. Во время открытия своего завода он помахал алюминиевым цилиндром цилиндром. Статистику по этой продукции невозможно восстановить, но она «не может быть очень высокой высокой». Производство Девиля выросло до 1 метрической тонны в год в 1860 году; 1,7 метрических тонны в 1867 г.; и 1,8 метрических тонны в 1872 году. В то время спрос на алюминий был низким: например, продажи алюминия Девилля его британскими агентами равнялись 15 килограммам в 1872 году. Алюминий в то время часто сравнивали с серебром; как и серебро, оно оказалось пригодным для изготовления ювелирных изделий и предметов искусства. Цена на алюминий в 1859 году неуклонно снижалась до 240 F; 200 F в 1862 г.; 120 F в 1867 году.

Другие производственные площадки начали появляться в 1880-х годах. Английский инженер начал промышленное производство алюминия восстановлением натрием в 1882 году; его алюминий был намного чище, чем у Девиля (он содержал 0,8% примесей, тогда как алюминий Девилля обычно содержал 2%). Мировое производство алюминия в 1884 году составляло 3,6 метрических тонны. В 1884 году американский архитектор Уильям Фришмут объединил производство натрия, глинозема и алюминия в единый технологический процесс; это контрастирует с предыдущей потребностью в сборе натрия, который воспламеняется в воде, а иногда и в воздухе; Стоимость его производства алюминия составляет около 16 долларов за фунт (по сравнению с ценой в 19 долларов за фунт или французской ценой, эквивалентной 12 долларам за фунт). В 1885 году фабрика по производству алюминия и магния начала производства в Хемелингене. Его производственные показатели превосходили показатели фабрики в Салиндресе, но фабрика остановила производство в 1888 году. В 1886 году американский инженер Гамильтон Кастнер разработал метод более дешевого производства натрия, который снизил стоимость производства алюминия до 8 долларов. за фунт, но у него не было достаточно капитала, чтобы построить такую ​​фабрику, как у Девилля. В 1887 году он построил фабрику в Олдбери ; Вебстер восстановил завод и купил натрий Кастнера, чтобы использовать его в собственном производстве алюминия. В 1889 году немецкий металлург Курт Нетто запустил метод восстановления криолита натрием, который позволил получить алюминий с примесей 0,5–1,0%.

Электролитическое производство и коммерциализация

Я иду для этого металла.

— Якобы американский студент в 1880 году, услышав от своего профессора химии, что промышленное производство алюминия будет большим благом для первооткрывателя Cover of Hall's patent for electrolytic aluminium production Обложка патента, выданного Чарльзу Мартину Холлу на его процесс восстановления алюминия электролизом. Холл подал заявку на патент через два месяца после патент Эру; в результате ему потребовалось почти три года, чтобы доказать оригинальность своего метода, и патент был выдан только в 1889 году.

Алюминий был впервые произведен независимо с помощью электролиза в 1854 году немецким химиком Робертом Вильгельмом Бунзеном И Девиль. Их методы не стали промышленным производством алюминия, потому что в то время электроснабжение было неэффективным. Ситуация изменилась только после того, как бельгийский инженер Зеноб-Теофиль Грамм изобрел динамо в 1870 году, что сделало возможным производство большого количества электроэнергии. Изобретение трехфазного тока русским инженером Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году сделало возможной передачи этого электричества на больших расстояниях. Вскоре после своего открытия Бунзен перешел к другим интересным областям, в то время как работы Дев были замечены Наполеоном III; Это было причиной того, что Девиль начал исследования по производству алюминия, финансируемые Наполеоном. Девиль быстро осознал, что электролитическое производство было непрактичным в то время, и перешел к химическим методам, представив результаты позже в том же году.

Электролитическое массовое производство оставалось затруднительным, потому что электролитические ванны не выдерживали длительного контакта с расплавленными солями, подвергаясь коррозии. Первая попытка преодолеть это при производстве алюминия была предпринята американским инженером Чарльзом Брэдли в 1883 году. Брэдли нагревает соли алюминия изнутри: самая высокая температура была внутри ванны, самая низкая - на ее стенках, где соль затвердевали и защищали ванну. Затем Брэдли продал свою патентную заявку брать Альфреду и Юджину Коулзам, которые использовали ее на плавильном заводе в Локпорте, а в Сток-апон-Трент, но метод был изменен для получения сплавов. чем чистый алюминий. Брэдли подал заявку на получение патента в 1883 году; из-за его широких формулировок оно было отклонено как состоящее из предшествующего уровня техники. После необходимого двухлетнего перерыва он подал повторную заявку. Этот процесс длился шесть лет, поскольку патентное ведомство поставило под сомнение оригинальность идей Брэдли. Когда Брэдли получил патент, производство электролитического алюминия существовало уже несколько лет.

Первый метод крупномасштабного производства независимо разработан французским инженером Полем Эру и американским инженером Чарльз Мартин Холл в 1886 г.; теперь он как известен процесс Холла - Эру. Электролиз чистого оксида алюминия непрактичен из-за его очень высокой температуры плавления; и Эру, и Холл поняли, что его можно снизить за счет присутствия расплавленного криолита. Эру получил патент во Франции в апреле а затем в нескольких других странах; он также подал заявку на патент США в мае. Получив патент, Эру не смог заинтересоваться своим изобретением. Когда он попросил совета уалов, ему ответили, что нет спроса на алюминий, но есть профессионально спрос на алюминиевую бронзу. Завод в Салиндресе не хотел улучшить свой процесс. В 1888 году Эру и его товарищи основали Aluminium Industrie Aktiengesellschaft и начали промышленное производство алюминиевой бронзы в Нойхаузен-на-Рейнфоле. Затем в Парижской финансовой компании Société électrométallurgique française. Они убедили Эру вернуться во Францию, приобрели его патенты и назначили его директором плавильного завода в Изере, который сначала производил алюминиевую бронзу в больших количествах, а через несколько месяцев - чистый алюминий.

Статуя Антероса, греческого бога возмездия, на площади Пикадилли в Лондоне Статуя Антероса, греческого бога ответной любви, на площади Пикадилли в Лондоне. Эта статуя была первой установлена ​​в 1893 году и считается крупной работой из алюминия.

В то же время Холл производил алюминий тем же способом в своем доме в Оберлине. Он подал заявку на патент в июле, патентное ведомство уведомило Холла о «вмешательстве» в заявку Эру. Братья Коулз предложили юридическую поддержку. К тому времени Холлу не удалось создать коммерческий процесс для своих экспериментов с привлечением средств на плавильном заводе Cowles в Локпорте. Год экспериментировал без особого успеха, но привлекательное внимание инвесторов. Холл стал соучредителем Pittsburgh Reduction Company в 1888 году и начал производство алюминия. Патент Холла был выдан в 1889 году. В 1889 году производство Холла начало использовать принцип внутреннего отопления. К сентябрю 1889 года производство Холла выросло до 385 фунтов (175 килограммов) по цене 0,65 доллара за фунт. К 1890 году у компании Холла все еще не было капитала, и она не выплачивала дивиденды ; Холлу пришлось продать часть своих акций, чтобы привлечь инвестиции. В том же году был построен новый завод в Патрикрофт. Плавильный завод в Локпорте не выдержал конкуренции к 1892 году.

Процесс Холла-Эру превращает глинозем в металл. Австрийский химик Карл Йозеф Байер открыл способ очистки бокситов с получением глинозема в 1888 году на текстильной фабрике в Санкт-Петербурге и позже в том же году получил патент; теперь это известно как процесс Байера. Байер спекал боксит с щелочью и выщелачивал его водой; после перемешивания раствора и введения в него затравки он обнаружил осадок чистого гидроксида алюминия, который при нагревании разлагается до оксида алюминия. В 1892 году, он находится на химическом заводе в Елабуге, он содержит содержание алюминия в боксите, растворенном в щелочных остатках от выделения твердых частиц глинозема; это было решающим для использования этого метода. Позднее в том же году ему был выдан патент.

Мировое производство алюминия в 1885–1899 гг.

Общее количество нелегированного алюминия, произведенного с использованием химического метода Девиля с 1856 по 1889 год, составляет 200 метрических тонн. Только в 1890 году было произведено 175 метрических тонн. Он вырос до 715 метрических тонн в 1893 году и до 4034 метрических тонн в 1898 году. Цена упала до 2 долларов за фунт в 1889 году и до 0,5 доллара за фунт в 1894 году.

К концу 1889 года стабильно высокая чистота был получен алюминий, полученный электролизом. В 1890 году фабрика Вебстера устарела после открытия электролизного завода в Англии. Основное преимущество Нетто, высокая чистота получаемого алюминия, уступало электролитическому алюминию, и его компания закрылась в следующем году. Компания Compagnie d'Alais et de la Camargue также решила перейти на электролитическое производство, и их первый завод, использующий этот метод, был открыт в 1895 году.

Современное производство металлического алюминия на основе процессов Байера и Холла-Эру.. В 1920 году он был улучшен группой шведских химиков. Раньше анодные ячейки изготавливались из первоначальных обожженных угольных блоков, которые быстро разрушались и требовали замены; команда внедрила непрерывные электроды из пасты кокса и гудрона в камеру восстановления. Это значительно увеличило мировое производство алюминия.

Массовое использование

Дайте нам алюминий в нужном количестве, и мы сможем сражаться еще четыре года.

— Советский лидер Иосиф Сталин - Гарри Хопкинс, личный представитель президента США Франклин Д. Рузвельт, в августе 1941 г. График, показывающий номинальный датл (в современных долларах США) и реальные (в долларах США 1998 г.) г.) ​​цены на алюминий с 1900 г. Номинал (в современных долларах США, синим цветом) и реальные (в долларах США 1998 года, красным цветом) цены на алюминий с 1900 года

Цены на алюминий снизились, и к Начало 1890-х годов этот стал первым представителем в ювелирных изделиях, оправе для очков, оптике. инструменты и многие предметы быта. Алюминиевая посуда начала производиться в конце 19 века и постепенно вытеснила посуду из меди и чугуна в первые десятилетия 20 века. Алюминиевая фольга была популярна в то время. Алюминий мягкий и легкий, но вскоре было обнаружено, что сплавление его с другими металлами может повысить его твердость при сохранении низкой плотности. Алюминиевые сплавы нашли широкое применение в конце 19 - начале 20 веков. Например, алюминиевая бронза применяется для изготовления гибких лент, листов и проволоки и широко используется в судостроении и авиастроении. В авиации использовался новый алюминиевый сплав дюралюминий, изобретенный в 1903 году. Вторичная переработка алюминия началась в начале 1900-х годов и широко использовалась, поскольку алюминий не ухудшается при переработке и, следовательно, может повторно использоваться повторно. На этом этапе переработке подвергался только металл, который не использовался конечными потребителями. Во время Первой мировой войны крупные правительства требовали больших партий алюминия для легких прочных планеров. Они часто субсидировали заводы и необходимые системы электроснабжения. Общее производство алюминия достигло пика во время войны: мировое производство алюминия в 1900 году составило 6800 метрических тонн; в 1916 году годовой объем производства превысил 100 000 метрических тонн. Война привела к увеличению спроса на алюминий, который растущее первичное производство было не в состоянии полностью удовлетворить, а также интенсивно росла переработка. За пиком производства последовал спад, затем стремительный рост.

Wright brothers' first flight Первый полет авиации был выполнен братьями Райт в 1903 году. Для производства требовался прочный легкий материал. двигатель самолета Райт Флайер ; Для прочности использовался легкий алюминий, легированный медью.

В течение первой половины 20 века реальная цена на алюминий непрерывно падала с 14000 долларов за тонну в 1900 году до 2340 долларов в 1948 году (в 1998 году United Долларов США). Были некоторые исключения, такие как резкий рост цен во время Первой мировой войны. Алюминий был в изобилии, и в 1919 году Германия начала заменять свои серебряные монеты алюминиевыми; все больше и больше купюр переходили на алюминиевые монеты по мере развития гиперинфляции в стране. К середине 20 века алюминий стал частью повседневной жизни, став неотъемлемым компонентом посуды. Алюминиевые грузовые вагоны впервые появились в 1931 году. Их меньшая масса позволяла перевозить больше грузов. В 1930-х годах алюминий стал материалом гражданского строительства, который использовался как в основном строительстве, так и в интерьере зданий. Его применение в военной технике как для самолетов, так и для двигателей танков улучшилось.

Алюминий, полученный в результате вторичной переработки, считался хуже первичного алюминия из-за более слабого химического контроля, а также плохого удаления окалины и шлаки. Переработка в целом росла, но в значительной степени зависела от объема первичной продукции: например, когда цены на электроэнергию в Соединенных Штатах снизились в конце 1930-х годов, больше первичного алюминия можно было производить с использованием дорогостоящего энергозатратного процесса Холла – Эру. Это сделало переработку менее необходимой, и, как следствие, уровень переработки алюминия снизился. К 1940 году началась массовая переработка бывшего в употреблении алюминия.

Алюминиевые припасы в мешках перед тележками из сложного алюминиевого металла Во время Второй мировой войны британцы собирали алюминиевую посуду в домашних условиях. Алюминий был превращен в самолет.

Во время Второй мировой войны производство снова достигло пика, впервые превысив 1 000 000 метрических тонн в 1941 году. Алюминий используется в производстве самолетов. настолько, что когда Alcoa (преемница Холла Pittsburgh Reduction Company и монополист по производству алюминия в Штатах в то время) не расширила свое производство, министр внутренних дел США заявлено в 1941 году: «Если Америка проиграет войну, она В 1939 году Германия была ведущим мировым лидером в мире; таким образом, немцы считали своим преимуществом на войне. Алюминиевые монеты продолжили Google, но, хотя они символизировали упадок после их появления, к 1939 году они стали символом. (В 1941 году их начали изымать из обращения.) После нападения на Соединенное Королевство в 1940 году оно начало амбициозной программы по переработке алюминия; новоназначенный министр авиастроения обратился к общественности с призывом пожертвовать любой бытовой алюминий для Советский Союз получил 328 100 метрических тонн алюминия от своих соучастников с 1941 по 1945 год; этот алюминий использовался в двигателях самолетов и танков. Без этих поставок советской авиастроительной промышленности упала бы более чем вдвое.

После пика военного времени мировое производство упало на поздних и послевоенных лет, но снова начало быстро расти. В 1954 году мировое производство равнялось 2 810 000 метрических тонн; это производство превзошло производство меди, исторически уступая только железу, что сделало его самым производственным цветным металлом.

Алюминиевый век

Ничто не останавливает время. Одна эпоха следует за другой, а иногда мы этого даже не замечаем. Каменный век... Бронзовый век... Железный век... [...] Однако можно утверждать, что именно сейчас мы стоим на пороге алюминиевого века.

— Российская компания по производству алюминия РУСАЛ в своей книге Алюминий: тринадцатый элемент в 2007 Алюминиевая банка Алюминиевый корпус

Первый искусственный спутник Земли, запущенный в 1957 году, состоял из двух соединенных алюминиевых полусфер. Все последующие космические корабли в той или иной степени использовали алюминий. Алюминиевая банка была впервые изготовлена ​​в 1956 году и использовалась в качестве емкости для напитков в 1958 году. В 1960-х годах использовался алюминий для производства проводов и кабелей. С 1970-х годов в высокоскоростных поездах обычно используется алюминий из-за его прочности к весу. По той же причине содержание алюминия в автомобилех растет.

К 1955 году на мировом рынке доминировали шесть основных компаний: Alcoa, Alcan (возникшая как часть Alcoa), Рейнольдс, Кайзер, Печини (влияние Compagnie d'Alais et de la Camargue, купившего плавильный завод Девиля и Société électrométallurgique française, которое наняло Эру), и Алусуисс (преемник компании Héroult Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft); их совокупная доля рынка составила 86%. С 1945 года потребления алюминия росло почти на 10% каждый год в течение почти трех десятилетий, электрических кабелях, основных пленках и авиастроении. В начале 1970-х годов дополнительный толчок к развитию алюминиевых банок для напитков. Реальная цена снижалась до начала 1970-х годов; в 1973 году реальная цена равнялась 2130 долларов за метрическую тонну (в долларах США 1998 года). Основными драйверами падения цен стали снижение затрат на добычу и переработку алюминия, который впервые превысил 10 000 000 тонн в 1971 году.

Опалубка на Волоколамской метро Московского метрополитена Опалубка на Волоколамской станция метро Московского метрополитена

В конце 1960-х правительств стало известно об отходах промышленного производства; они ввели в действие ряд правил, благоприятствующих переработке и удалению отходов. Аноды Сёдерберга, которые экономят капитал и трудозатраты на обжиг анодов, но более вредны для окружающей среды (из-за большей сложности со сбором и удалением дыма от выпечки), попадают в немилость, и начинают возвращаться к обычным обожженным аноды. Алюминиевая промышленность начала продвигать переработку алюминиевых банок, пытаясь избежать ограничений на нее. Это к вторичной переработке алюминия, которое ранее использовалось конечными потребителями: например, привело к увеличению объема вторичного использования такого алюминия в 3,5 раза с 1970 по 1980 год и в 7,5 раза до 1990 года. Затраты на производство первичного алюминия выросли в 1970-х и 1980-х годах., и это также способствовало рост переработки алюминия. Более строгий контроль состава и улучшенная технология рафинирования уменьшили разницу в качестве между первичным и вторичным алюминием.

В 1970-х годах сделал возникший спрос на алюминий его товаром для обмена; он поступил на Лондонскую биржу металлов, старейшую в мире промышленную биржу металлов, в 1978 году. С тех пор алюминий продавался за доллары США, и его цена колебалась вместе с обменным курсом валюты. Необходимость разработки месторождений с более низким качеством и быстро растущие затраты на энергию, а также изменения курсовых курсов и регулирование по парниковым газам увеличили чистую стоимость алюминия; реальная цена выросла в 1970-е годы.

График мирового производства алюминия с 1900 года Мировое производство алюминия с 1900 года

Повышение реальных цен, а также изменение тарифов и налогов к перераспределению долей мировых производителей: США, Советского Союза и Японию в 1972 г. приходилось почти 60% мирового первичного производства (и их совокупная доля потребления первичного алюминия также была близка к 60%); но их совокупная доля лишь немного превысила 10% в 2012 году. Перемещение производства началось в 1970-х годах, когда производство было перемещено из США, Японии и Западной Европы в Австралию, Канаду, Ближний Восток, Россию и Китай, где это было дешевле. из-за более низких цен на электроэнергию и благоприятного государственного регулирования, такого как низкие налоги или субсидии. Себестоимость производства в 1980-х и 1990-х годах снизилась из-за технологических достижений, более низких цен на энергоносители и глинозем, а также высоких обменных курсов доллара США.

В 2000-х годах страны БРИК »(Бразилия, Россия, Индия и Китай) совокупная доля выросла с 32,6% до 56,5% в первичном производстве и с 21,4 % до 47,8% в первичном потреблении. Китайско-американское правительство. он также увеличил свою долю потребления с 2% в 1972 году до 40% в 2010 году. Единственной другой страной с двузначным процентом Соединенные Штаты с 11%; ни в одной стране не превышал 5%. В США, Европе и Японии большая часть алюминия потреблялась на транспорт, машиностроение, строительство и упаковку.

В середине 2000-х годов рост цен на энергию, глинозем и мозг (использование в анодах) вызвал рост затрат затрат. Это было усилено сдвигом в обменных курсах валют: не только ослаблением доллара США, но и укреплением китайского юаня. Последнее стало важным, поскольку большая часть алюминия в Китае была относительно дешевой.

Мировое производство продолжало расти: в 2013 году годовое производство алюминия превысило 50 000 000 метрических тонн. В 2015 году это был рекордный показатель в 57 500 000 тонн. Алюминий производится в больших количествах, чем все другие металлы вместе взятые. Его реальная цена (в долларах США 1998 г.) в 2015 г. составляла 1340 долларов за метрическую тонну (1940 долларов за тонну в современных долларах).

См. Также

  • Химический портал

Примечания

Список литературы

Библиография

Последняя правка сделана 2021-05-23 14:42:16
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте