Чудеса алюминия: как он появился и чем он нас еще удивит

В 1825 году мир облетела несколько непонятная, но явно занятная новость: датский ученый Ганс-Христиан Эрстед сумел, используя амальгаму калия и нагревание, добыть из глинозема новый, доселе невиданный металл – алюминий.

Подтвердив этим замечательным опытом идею английского химика Дэви, Эрстед этим своим экспериментом вполне удовлетворился и развивать его не стал, хотя… хотя многие говорили ему, что, развив это, как идею производства нового металла, можно было бы получить огромные деньги.

Эрстед, однако, был нормальным ученым, а не жаждущим безумных богатств обывателем: добившись успеха в этом своем эксперименте, он планово занялся иными научными проблемами.

Говорят, что Эрстед был тогда в весьма преклонном возрасте – ему было 48 лет, и он был крайне чувствителен к расходу времени, которого ему вечно не хватало на его научную работу – в итоге имя свое он обессмертил не этим экспериментом (которому сам он не придал серьезного значения) и не возможным обогащением, а именно научной работой. 

 

Вот он, Ханс-Кристиан Эрстед, благодаря которому появился алюминий

Итак, принцип получения алюминия Эрстедом был обнаружен, но только 20 лет спустя. После 18 лет (!!!) непрерывных трудов, немец Вёллер создал на этой основе технологию, которая позволяла получать уже не микроскопические частицы, а — вполне себе сотни… граммов такого металла.

К этому времени человечество уже знало о бокситах – красноватой глине, чрезвычайно богатой алюминием.

Кроме того, еще с античных времен люди знали, что такое “квасцы” (так называемые двойные соли некоторых металлов, чаще всего – именно алюминия) и активно ими пользовалось – в фармацевтике, красильном и дубильном производствах.

Но промышленная, а не лабораторная технология его получения все еще не находила своих разработчиков, пока за дело не взялся француз Сент-Клер Девиль.

Всего за год он усовершенствовал метод Вёллера, и на Парижской выставке 1855 года посетителей изумляли целым слитком красиво блестящего и необыкновенно легкого металла.
Правда, к чему можно было применить новый металл, было загадкой.

Он был настолько дорогим в производстве, что сравним был с драгоценными металлами, поэтому, первым делом, его попробовали применить в ювелирном деле. 

 

Сент-Клер Девиль

Наполеон III, благоволивший Девилю, заказывал у него украшения из алюминия и даже большой набор посуды: на королевских приемах сам он и наиболее знатные особы ели из алюминиевой посуды и пользовались алюминиевыми приборами, а гости попроще — довольствовались тем, что ели на золоте и серебре.

У Девиля Британская академия наук заказывала ценный подарок своему уважаемому коллеге Менделееву, которому вручены были точнейшие аналитические весы (химик пользовался ими всю жизнь) с чашками из золота и алюминия.

Не сразу (прошло время) выяснилось, что алюминий темнеет и теряет блеск, покрывается точечными пятнами, что на нем остаются вмятины, и, например, изготовленная из него посуда недолговечна и довольно быстро теряет «товарный вид».

В общем, в какой-то момент в поиске применения этому невероятно дорогому металлу наступил, скажем так, кризис жанра: идей было много, а вот возможности для их испытаний, ввиду дороговизны алюминия, были ограничены.

Все поменялось, когда в 1866 году сразу два молодых человека – французский инженер Поль Эру и американский студент Чарльз Холл, одновременно и независимо друг от друга, изобрели метод электролиза криолитно-глиноземного расплава, что обрушило стоимость производства алюминия и сделало его металлом довольно дешевым. 

 

Вальтер Ратенау, немецкий предприниматель и политик еврейского происхождения. Его отец создал крупнейшую в Европе энергетическую компанию, AEG, а Вальтер стал выпускать алюминий в таком количестве, что алюминий резко подешевел и стал довольно доступным для производителя материалом.

В 1889 году инженер Карл-Йозеф Байер, австриец, работавший на заводе близ Санкт-Петербурга, решил и проблему приготовления основного сырья – глинозема, что позволило уже довольно недорогому металлу стать еще дешевле.

Проблема с алюминием была одна – это высокий расход электроэнергии, и все заводы по его производству старались располагать максимально близко к источникам энергии.

Заводы, которые основывал Эру (принадлежали они не ему, а группе акционеров во главе с известным немецким предпринимателем Ратенау) располагались в швейцарском Нойхаузене-ам-Райнфалль и французском Фроже, у гидроэлектростанций, а Холл (он тоже не был главным акционером созданной компании, занимая в ней должность вице-президента и являясь, по сути, главным инженером) в какой-то момент создал отлично оборудованное предприятие, ставшее ведущим в концерне, рядом с Ниагарской гидроэлектростанцией.

Заметим, что Холл и Эру, в которых историки видят немалые сходства (правда, в основном ссылаясь при этом на то, что года их рождения и смерти, как и год открытия ими новой технологии, совпадают), были людьми разными: Холл, настоящий фанатик своего дела, одержимый экспериментатор, а Эру, по складу своему – серийный изобретатель, вошедший в историю не только как изобретатель метода Холла-Эру, но и изобретением электродуговой печи для выплавки стали, названной его именем, и еще более чем двумя десятками патентов на разные, порой весьма необыкновенные, но очень практичные изобретения, а вот все 22 патента Холла связаны исключительно с алюминием. 

 

Поль Эру и Чарльз Холл, благодаря которым производство алюминия кардинально изменилось. Завод в Нойхаузене под руководством Эру растет, как на дрожжах: всего за пять лет объемы получаемого там алюминия вырастают в 10 раз, до 450 тонн в год. Это больше, чем произведенное Девилем и его конкурентом Бекетовым (завод которого был расположен в Германии и использовал технологию Девиля) за почти 40 лет работы.

Метод Холла-Эру позволял думать о практически неограниченных масштабах производства «металла из глины», и фантазия заработала: уже в 1891 году в Швейцарии Эру изготовил для Альфреда Нобеля катер с алюминиевым корпусом, а три года спустя в Шотландии уже строят из этого материала торпедный катер (для российского ВМФ, кстати), который поражает всех невероятной скоростью, в 32 узла – начиная с этого момента алюминий в кораблестроении используется необыкновенно широко.

Джордж Мортимер Пульман, изобретатель удивительных спальных вагонов, тоже быстро оценит алюминий.

А в 1898-1899 годах Карл Бенц начинает использовать алюминий в двигателях внутреннего сгорания – этот опыт окажется насколько привлекательным, что все без исключения моторостроители перейдут на использование алюминия.

В ХХ веке авиастроители доберутся до предела прочности аэропланов, которые сначала, говоря словами героя одного из романов, делали «из фанеры и клеенки»: набирающей силы отрасли потребуются новые материалы, и таким (до сих пор незаменимым) материалом станет дюралюминий – сплав алюминия с марганцем, магнием и медью (это предотвращало ломкость чистого алюминия). 

 

Первый бензиновый двигатель Карла Бенца. Красиво смотрится. В дальнейшем большинство деталей будет сделано из алюминия, и это тоже будет красиво. Но по-другому красиво

Немец Альфред Вильм занимался изобретением этого сплава целых 7 лет, зато дюралюминий подоспел вовремя, именно тогда, когда появился спрос: первый самолет с цельнометаллическим корпусом, детище знаменитого Хуго Юнкерса – законодателя мод и одного из отцов гражданской авиации – взлетел в 1915 году, во время первой мировой. Зато после войны практически все летательные аппараты будут изготавливаться уже именно так, как это сделал Юнкерс – с цельнометаллическим алюминиевым корпусом.

Еще один промышленный фронт ХХ века – электрификация – призовет алюминий поработать в качестве проводника, где его дешевизна сделает его популярной альтернативой меди.
Необыкновенно важным окажется и изобретение такой обычной сейчас в быту вещи, как алюминиевая фольга – кстати, у Роберта Неера уходит четыре года с момента изобретения (1907 год) до запуска фольгопрокатного завода, а первыми потребителями становятся его земляки-швейцарцы, производители шоколада, и первыми среди первых в фольгу одевают Toblerone.
В 1920 году норвежец Содерберг вносит технологические изменения в метод Холла-Эру, что еще раз «роняет» цены на выпуск и без того уже, казалось бы, недорогого металла – именно метод норвежца и будет использован в строительстве первого в СССР завода по производству алюминия (раньше на наших территориях непроизводимого: Россия была одним из крупнейших импортеров алюминия в мире).

Понятно, завод был построен рядом с ГЭС – Волховской, по проекту американской компании Кана (который не просто проектирует здание, но проектирует его именно под метод Содерберга, тем самым «заставляя» применять самую современную из технологий). 

 

Волховский алюминиевый завод

В 1935 году начала свой путь алюминиевая пивная банка – довольно тяжелая (почти килограмм), скроенная из трех кусков металла, к которой необходим был специальный ключ для открывания – покупатели приняли её без восторга, зато идея казалась очень перспективной производителям, и идея неспешно совершенствовалась: та самая пивная алюминиевая банка, которой мы пользуемся сейчас, появилась только в 1975 году.

Дальнейший путь алюминия, собственно, происходит у всех нас на глазах – алюминиевой посудой, возможно, пользовался каждый (поэтому каждый может легко вообразить себя если уж не императором Наполеоном III, то хотя бы одним из почетных его гостей). Производить её начали еще в начале прошлого века, особо обращая внимание на легкость и антикоррозийные свойства, а вот сегодня эту посуду практически не производят – спрос на неё крайне невелик в связи с её «негигиеничностью» (плохо отмывается) и сомнительным подозрением на токсичность.

В 20-е гг. алюминий начинают активно использовать в строительстве, и в 1931 году в Нью-Йорке строят легендарный Empire State Building, где алюминий используется и в основных (в том числе несущих) конструкциях, и в оформлении здания. Это сооружение много лет остается самым высоким на планете, а алюминий прочно завоевывает себе место как один из любимых материалов архитекторов и строителей – не без «рекламного» влияния этого небоскреба, конечно. 

 

Первый искусственный спутник Земли, выполнен из алюминия. Как и все последующие космические объекты

То, что алюминий «работает» в космосе (первый искусственный спутник Земли скроен из трех листов алюминия), наверное, известно каждому; но перечислять сферы его применения, пожалуй, пора прекратить, иначе статья эта вырастет до совершенно «нечитаемых» размеров – настолько много и часто встречаем мы этот замечательный металл в нашей жизни.

Можно даже подводить некоторые итоги того, что началось почти два века назад в лаборатории Датского королевского университета как научный опыт, в результате которого были добыты первые несколько крупинок невиданного раньше металла…

Итоги, конечно, промежуточные – потому что современные технологи весьма оптимистично называют алюминий, несмотря на его двухсотлетнюю историю, металлом будущего.

Александр Иванов

Мировой спрос на алюминий вырос на 12,8% за три квартала