Металлы и человек
Шрифт:
Технический алюминий, содержащий не более половины процента примесей, плавится при 658 градусах, кипит при 2500 градусах. Почти в двухтысячеградусном диапазоне температур алюминий продолжает оставаться жидким.
Алюминий — легкий металл. Он почти в три раза легче железа. Его удельный вес — 2,7 (удельный вес стали — 7,8).
Алюминий — мягкий металл. Он легко поддается всем видам механической обработки: прокатке, резанию, волочению, ковке и т. д. Он непрочен — предел прочности литого технического алюминия равен 3—12 кг на кв. мм. Уже простая прокатка повышает прочность этого металла. Прокатанный алюминий выдерживает до 18–28 кг на кв. мм. Однако при этом резко снижается пластичность: у литого она равна 18–25, у прокатанного —3–5 процентам.
Вспомним, что предел прочности широко распространенной качественной углеродистой стали, содержащей около 0,3 процента углерода, равен примерно 45–50 кг на кв. мм, а удлинение— 20 процентам.
Даже ливень из кислот не страшен ему!
Алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью. В ряду металлов по этим свойствам он занимает третье место, сразу за медью. У технического алюминия электропроводность, в зависимости от чистоты, составляет примерно 65 процентов от электропроводности меди.
Нет, алюминий не бедный родственник, уступающий своим более счастливым соперникам — железу по прочности, меди по электропроводности. Надо поглубже разобраться в его свойствах.
Не будем говорить о сплавах алюминия, механические свойства которых приближаются к некоторым сортам мягкой стали. Посмотрим свойства простого прокатанного алюминия.
Изготовим из него круглый стержень, равный по длине и весу другому стержню, изготовленному из стали и имеющему в сечении 1 кв. мм. Очевидно, что алюминиевый стержень будет несколько толще стального, но на них пошли одинаковые по весу количества металла. Попробуем их прочность.
Стальной стержень-проволочка разорвется как только усилие превысит 40 кг. Это — прочность хорошей конструкционной углеродистой стали, из которой изготовляют болты, винты, фермы и т. д.
Начинаем разрывать алюминиевый стержень. Подвешиваем к нему 20-килограммовую гирьку — выдерживает. Добавляем еще 20 килограммов. Ого! Этого не выдерживала уже и наша сталь! И только когда вес груза перевалил за 60 кг, лопнул алюминиевый стерженек. Он оказался почти в полтора раза прочнее стального.
Значит, фермы из прокатанного алюминия, равные по прочностям стальным, будут в полтора раза легче. Значит, можно будет реже поставить быки-опоры, длиннее сделать пролеты, если из алюминия построить мост через реку. Значит, можно выше поднять шпиль телевизионной башни, если изготовить ее из алюминия. Значит, большим будет полезный вес состава из одинаковых по прочности со стальными алюминиевых вагонов.
Совсем не бедным родственником, а имеющим важное преимущество соперником оказывается алюминий при таком сравнении со сталью!
Если мы приведем такое же сравнение алюминиевых и медных проводов, мы убедимся, что и здесь алюминиевый провод равного сопротивления току с медным окажется более легким. Реже встанут опоры высоковольтной линии с алюминиевыми проводами, более легким окажется ротор мотора и генератора с алюминиевой обмоткой. И здесь — преимущество алюминия.
Эти преимущества и предопределили широчайшее применение алюминия. Важным его потребителем является электротехника. Кабели и шинопроводы, конденсаторы и выпрямители переменного тока, провода и приборы делаются из алюминия.
Из рафинированного алюминия можно прокатать фольгу тоньше папиросной бумаги, вытянуть проволоку тоньше паутинки. Кстати, и такая проволока и такая фольга находят важнейшее применение в радиотехнике.
Высокая коррозионная стойкость алюминия позволяет широко использовать его в химической промышленности. Аппаратура для производства азотной кислоты, многих органических веществ, пищевых продуктов (включая и домашнюю посуду) — все это область алюминия.
Но главный потребитель алюминия — авиация. Подавляющее большинство современных самолетов во всех странах мира делается из алюминия.
Немало алюминиевых деталей и в современном автомобиле. Делают из алюминия автобусы, железнодорожные вагоны. Наверное, все видели алюминиевую мебель — легкую, прочную, изящную.
И чем дальше, тем большее применение будет находить чудесный металл. Единственное, что мешает ему вытеснить железо буквально изо всех областей применения, — его еще высокая стоимость.
Рождение в молнии
Металлургический завод, на котором получают чистый алюминий, очень непохож на своего собрата, производящего чугун и сталь. Здесь нет гигантских башен доменных печей, тяжелых мартенов, громоздкого блюминга. Не в пламени сгорающего кокса, а в горячей электролитной ванне, пронизанной потоками электрического тока, достаточными, чтобы породить молнию, рождается чистый металл. Но здесь, в этой электролитической ванне, сходятся, как и в домне, многие технологические линии.
Одна из этих линий — производство чистого глинозема, чистой окиси алюминия.
Не многие из двухсот пятидесяти содержащих алюминий горных пород могут служить рудой для получения глинозема. Одни из них содержат глинозем в такой форме, что извлечь его слишком трудно, в других глинозема просто мало, третьи сами встречаются слишком редко или в небольших количествах. Поэтому наиболее часто используются бокситы.
В состав бокситов входят, кроме соединений алюминия, также соединения железа, титана, кремния и т. д. Внешне эта руда алюминия представляет глиноподобную или каменистую породу. Общие разведанные запасы ее определяются более чем миллиардом тонн. Больше всего бокситов найдено в Европе, меньше — в Африке, еще меньше — в Америке и Азии.
Богата залежами бокситов и наша страна. Они имеются в Ленинградской области (близ города Тихвина), на Северном Урале, на Южном Урале, в Красноярском крае и т. д.
Неспециалист не скажет, если перед ним положить на стол два куска бокситов, но один из-под Тихвина, а другой из южноуральского месторождения, что это одна и та же горная порода. Да и в пределах одного месторождения бокситы внешне могут очень отличаться друг от друга. Так, тихвинские бокситы встречаются всех цветов — от белого до красного и фиолетового. Непостоянен и их удельный вес. И, конечно, непостоянен химический состав.
Обычно в бокситах содержится от 50 до 60 процентов глинозема. Впрочем, в лучшем случае эта цифра может быть и значительно выше.
Глинозем… Когда мы произносим это слово возникает представление о чем-то грязно-землистом, сером, аморфном. Но это неверно. Ведь одной из разновидностей бокситов является корунд. Это очень твердый кристаллический минерал. Только алмаз тверже корунда, поэтому корундовые круги применяются для заточки инструмента, а мелкий корундовый порошок — для шлифовки. Это далеко не аморфная глина!