НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ





Новое соединение вольфрама и бора станет материалом рекордной твердости

Самовосстанавливающиеся оксиды металлов помогут бороться с коррозией

Солёный магний для космической отрасли

Спасти металлические поверхности от обледенения и коррозии поможет наносекундный лазер

'На погасшую печь смотреть больно' - в России навсегда остановлена работа печи Мартен

Уральская кузница запустила в работу манипулятор-гигант

В Красноярском крае ученые выплавили железо по древним технологиям

Ученые создали высокостойкий сплав титана и тантала

История первого чугуна

Броня Победы

Древние плавильные печи найдены в Монголии



предыдущая главасодержаниеследующая глава

Глава XII. Тучка, обернувшаяся рудой (Алюминий)

А за окошком в первом инее 
Лежат поля из алюминия.

А. Вознесенский


Жестокое, знойное лето выдалось в тот год во всей Греции. Засуха палила посевы и пастбища. Голод гнал толпы измученных людей в Орхон, столицу маленькой страны Беотии, к царскому дворцу. В горячем мареве пыли крики ослов и жалобное блеяние овец сливалось с детским плачем. Страх терзал царя Атаманта. На что решиться? Как остановить, унять, как охладить мрачную лавину толпы?

На злое, страшное дело решилась Ино, новая молодая царица. Она давно ждала этого дня. Темные слухи ходили в народе, говорили, что царица сама поджаривала перед севом зерна пшеницы, боги лишь довершили остальное: не зазеленели весной всходы пшеницы и ячменя. Теперь она может насытить свою мстительную нелюбовь к пасынку и падчерице - детям царя от слезливой, непостоянной Нефелы... Ино вытолкнула детей Нефелы на суд разгоряченной толпы, обезумевшей от зноя, голода, полчищ мух и слепней. "Вот виновники вашей беды. Богам неугодно видеть их здесь, в Беотии. Отдайте детей Нефелы в жертву, и ваши поля оросит благословенный дождь".

...Казалось, ничто не может спасти Геллу и Фрикса. Вот уже жертвенные венки оплели их плечи... И тут с небес на выручку детям прямо на жертвенный холм белым облаком спускается их мать - Нефела. Прохладное, влажное облако окутало все сплошной белой пеленой. Когда же туман рассеялся, толпа замерла.

Смятие цветы лежат возле жертвенных камней, жертвенный огонь угас. А высоко в небе нестерпимо блестел на солнце золоторунный красавец баран, улетая в открытую бездну неба и моря, слившихся в одну синеву. Прижавшись, замерли на его спине дети. За морем в далекой Колхиде надумала Нефела спрятать своих чад от гнева Ино. Но не могут небожители предугадать, как слабы детские руки, как малы силы смертных. С непростительной беспечностью посадила Нефела детей на золоторунного барана и отпустила одних через два моря из Греции в далекую Колхиду. Фрикс, старший брат, сильнее, серьезнее - он и долетел. А младшая сестренка Гелла засмотрелась в морскую синеву, разжала руки и камнем полетела вниз, в бездну. Море Геллы - Геллеспонт - так назвали пролив между Средиземным и Черным морем. А бедная беспечная тучка Нефела изошла слезами, растаяла в воздухе... Но ее имя навеки осталось в прекрасных греческих мифах и... в минералогии.

Однажды, в 1800 г., когда в тонком стакане с раствором соляной кислоты французский минералог и кристаллограф Рене Жюст Гаи увидел легкое облачко кремнезема вокруг мгновенно помутневших, только что полупрозрачных белых кристаллов, он вспомнил, должно быть, тучку Нефелу и назвал в память о ней нестойкий белый минерал нефелином.

Кристаллы нефелин образует сравнительно редко. Первый раз их нашли в выбросах вулкана Везувия. В округлых пустотках лавы, оставшихся от газовых пузырей (миндалинах), тоже можно было увидеть полупрозрачные шестигранные таблички. Но здесь, в застывших лавах, минерал гораздо чаще образует вкрапления в сплошной темной породе, не очерченные строгими гранями.

Однако в памяти минералога при слове "нефелин" возникает не солнечное итальянское небо, а суровые фьорды Норвегии, поселок Лаурвик, хибинские тундры или залесенные склоны Ильменских гор возле города Миасса. Там этот минерал слагает целые массивы горных пород. Некоторые из этих пород так и называются по месту находки: лаурвикит, хибинит, миаскит. Минерал нефелин имеет здесь совсем другой облик: зеленовато-серые, почти квадратные в сечении кристаллы словно погружены в потоки черных иголочек эгирина. Меняется и весь облик самого нефелина: микроскопические включения того же эгирина или роговой обманки придают ему сизовато- или зеленовато-серую окраску. Точечные включения гематита окрашивают некоторые разновидности нефелина в кирпично-красный цвет.

Нефелин в породе был бы очень похож на полевой шпат, если бы не такая "главная" черточка его внешности: свежая поверхность выделений нефелина всегда словно влажная, будто только что лизнула его тучка Нефела или попросту смазали его маслом. Отсюда и второе название нефелина - элеолит, масляный камень. Есть у нефелина и еще одно существенное отличие от полевых шпатов: сколько ни верти в руках кусочек нефелиновой породы - не блеснет зеркальце спайности. Ее нет у нефелина. Но тогда он похож на кварц? Верно. Похож. Цвет в общем серый, блеск жирный, спайности нет. Как отличить? Не очень трудно. У нефелина всегда есть какой-то отчетливый оттенок: синеватый, зеленоватый, красноватый. И, главное, нефелин гораздо мягче. И легче поддается выветриванию. Если кварц всегда торчит на выветрелой поверхности породы, скажем гранита, выпуклыми зернышками, то выветрелая поверхность нефелинового сиенита словно изрыта оспинками: белесые ямочки на нем - это и есть полуразрушенные выветренные выделения нефелина. Кстати, эти белесые пленки тоже отличают нефелин от кварца: кварц очень устойчив и химически, а нефелин легко замещается вторичными минералами - ярким, как яичный желток, канкринитом или белесыми цеолитами.

Есть и еще одно запоминающееся отличие - "компания" экзотических Кольских или ильменских минералов, сопровождающих нефелин: бурый или медово-желтый сфен, светло-зеленый зернистый апатит, черные иголки и целые лучистые "солнышки" эгирина или "звезды" золотисто-бурого астрофиллита. А если повезет, увидишь среди них багряные капли эвдиалита - лопарской крови. Особенно впечатляет эта, как говорят минералоги, "ассоциация минералов", если они встречаются в крупных выделениях. Тут кристаллы нефелина достигают 5 см, а "звезды" астрофиллита - и 15.

Суровой красотой Севера пленяют породы, сложенные этими минералами. Нефелиновые глыбы, зеленовато-серые или буро-розовые по окраске, похожи на тяжелые, набухшие тучи. Как нельзя лучше вписываются они в пейзаж Заполярья. Известны нефелиновые породы и в других местах нашей страны: на Украине, в Красноярском крае, Саянах, Туве, Якутии и других местах.

Нефелин
Нефелин

Спокойные и своеобразные окраски нефелина в сочетании с четким графическим рисунком породы нередко привлекают взгляд художников-камнерезов. Среди разнообразных изделий резчиков по камню мягко поблескивают серыми глазками шкатулки и вазы из хибинита. Изредка встречаются среди зеленых нефелинов настоящие ювелирные камни. Отшлифованные кабошоном, они излучают спокойный, слегка шелковистый блеск, светлый поясок неуловимо скользит, переливаясь по округлой поверхности камня. Такой световой эффект обусловил симпатичное прозвище подобных самоцветов - кошачий глаз.

Но сейчас нефелин, содержащий 32-34% оксида алюминия, справедливо претендует на важные роли в рудной промышленности. А ведь нефелин - минерал породообразующий! Это значит, что запасы его очень и очень велики. Долгое время его использованию препятствовала дороговизна переработки таких руд. Но сейчас научились рентабельно извлекать из нефелина алюминий, при переработке из него можно извлечь и такие ценные элементы-примеси, как рубидий и цезий. Освоение энергии сибирских рек позволяет взглянуть на проблему совсем другими глазами. Особенно если "углядеть", что при переработке нефелина можно попутно получить и такой ценный продукт, как соду, ведь нефелин - это алюмосиликат натрия.

В решении этой проблемы большую важность приобретают и калиевые "родственники" нефелина - лейцит и кальсилит. Своеобразной красоты нефелина они не имеют, зато из них попутно с алюминием можно получать калийные удобрения, так необходимые сельскому хозяйству. Эти богатые калием породы Сибири - источник еще одного дефицитного вида сырья - калиевого полевого шпата. Именно без него не сделать ни тончайшей фарфоровой чашки, ни электроизоляторов для высоковольтных ЛЭП. Именно такие вот лейцитовые и кальсилитовые породы нашли недавно геологи неподалеку от трассы Байкало-Амурской магистрали. Будет на БАМе новое месторождение алюминиевой руды!

Алюминий. Удивительно сложилась судьба этого самого распространенного на Земле металла! В земной коре его почти в 2 раза больше, чем железа, в 5 тыс. раз больше, чем свинца, и примерно в 20 млн. раз больше, чем золота! Алюминий, кремний, кислород - вот три подлинных кита, на которых стоит, а точнее, из которых состоит земная твердь. Ведь не только фельдшпатоиды нефелин и кальсилит, но и сами полевые шпаты, как слюды, многие пироксены, амфиболы и вообще большинство других породообразующих минералов (разумеется, кроме чистого кремнезема - кварца) - это кристаллические постройки на основе кремния и алюминия. Да и большое количество конструкций, созданных человеком, немыслимо сейчас без этого легкого "крылатого" металла: от 2/3 до 3/4 каждого самолета, от 1/20 до 1/2 каждой летящей в Космос ракеты сделаны из алюминия. Не обойдутся без него и строители судов, мостов, небоскребов. На постройку только одного 20-30-этажного небоскреба расходуется до 100 т алюминия! Но не меньше, чем на ракеты и небоскребы, тратится алюминия... на шоколадные обертки! Да! Упаковка шоколада, конфет, масла, творожных сырков, сухого молока, сублимированного мяса и множества других ценных продуктов производится во всем мире в алюминиевую фольгу.

А ведь всего 100 лет назад алюминий стоил дороже золота. Алюминиевые пуговицы! Такую роскошь могли позволить себе лишь очень состоятельные люди. Алюминиевые ложки! Их вместо "простых" серебряных употребляли лишь коронованные особы. В то время алюминий именовался очень торжественно - "серебро из глины". Первые серебристые крупицы элементарного металлического алюминия впервые представил немецкий химик Ф. Велер в 1827 г. Первый слиток такого "серебра" был получен французским ученым и промышленником Сен-Клер Девилем и демонстрировался в 1855 г. на Всемирной выставке в Париже. В чем же секрет недоступности вездесущего алюминия? Как удалось ему столько тысячелетий прятать от человека свое "металлическое лицо", оборачиваясь то гранитной скалой, то скользкой глинистой тропинкой, то кровавым рубином королевской короны, то глиняной крынкой простого пастуха?

Геохимия объясняет такое "странное" его поведение. Алюминий - активный элемент и просто не способен оставаться бездействующим, инертным в разнообразных минералообразующих процессах. Он не образует самородки, подобно золоту, платине и серебру. Долгое время считалось, что на Земле вообще невозможно встретить алюминий в виде самородного металла. Но новые открытия одно за другим опровергли это категорическое заявление. Вы помните солнечный гелий? Тот самый элемент, который открыли сначала на Солнце, а лишь потом на Земле. (Потому он и назван гелием, в честь бога Солнца Гелиоса.) А вот самородный алюминий впервые был открыт на Луне! Маленькие серебристые шарики металла, блестевшие среди других шариков в космической пыли лунного грунта, оказались металлическим алюминием. Но в том же году ученые нашли его в вулканических породах, в принципе очень близких лунным,- в базальтах Сибирской платформы. Редкие серебристые блестки в толщах базальта позволяют ученым взглянуть на алюминий по-новому. Может быть, мы сможем изменить наши взгляды и на происхождение этого металла и расширить его поиски?

Но для металлурга пока все остается по-прежнему. Судьбу металла определяют его соединения, минералы. И в первую очередь ни полюбившийся нам нефелин, ни кальсилит, а гидроксиды алюминия. Атомы алюминия чрезвычайно легко отдают свои внешние электроны кислороду, т. е. окисляются. И соединений алюминия с кислородом, особенно с кислородом и кремнием, сотни. Очень богата алюминием белая глина - каолин, да и любая рыжая глина на одну треть состоит из алюминия, хотя в ее облике и свойствах ничего нет от металла. Многие из "благородных" минералов алюминия, вам, наверно, известны. И кроваво-красный рубин, и синий сапфир, и древний работяга - твердейший абразив корунд, и винно-желтый топаз, и нежно-розовая шпинель, и голубой шестоватый кианит - это букет алюмосодержащих "цветочков"*. А "ягодки"? На "ягодки", пожалуй, и вправду похожа главная алюминиевая руда - боксит, а точнее, не на ягоды, а на бобы или фасоль, но только не на металл. Пестрые, в горошек, бокситы самые запоминающиеся, часто "поисковые", а по качеству самые богатые и самые лучшие землистые, плотные, коричневато-красные, похожие внешне на обычные песчаники и сланцы, но только не на привычную руду!

* (Подробнее о самоцветах, содержащих алюминий, см. в кн.: Здорик Т. Б. Приоткрой малахитовую шкатулку. М., 1979.)

Известно, что некогда знаменитые бокситы уральского месторождения Красная Шапочка были открыты еще до революции, когда алюминий еще не представлял особого интереса. Они бережно хранились в коллекции, собранной академиком Е. С. Федоровым, под этикеткой "бедные железные руды". Ведь бокситов тогда еще вообще не знали в нашей стране. И только при ревизии месторождений Урала в 30-е годы догадались проанализировать эти образцы на алюминий.

Результат превзошел все ожидания: "бедные железные руды" оказались богатейшими рудами алюминия, первыми отечественными бокситами.

Боксит - не минерал. Это постоянная ассоциация нескольких тесно сросшихся мельчайших выделений минералов, главным образом гидроксидов алюминия - диаспора, бемита и гиббсита (гидраргиллита).

Разглядеть крошечные кристаллики гидроксидов алюминия в бокситах практически не удается. Лучше всего видны они в измененных нефелиновых породах. И особенно в таких, где сами кристаллы нефелина достигают крупных размеров: 8-10 см. Такие породы встречаются на Урале и в Хибинах. В трещинках и маленьких кавернах нефелиновых кристаллов дотошные минералоги разглядели форму и особенности неуловимых гидроксидов алюминия. Здесь они хорошо отличаются друг от друга: шести-сторонние пластиночки гидралгиллита (гиббсита) и цветом, и перламутровым блеском похожи на светлую слюду. Иногда пластинки срастаются в звездочки или шарики. Сплющенные ромбоэдры бемита, светло-желтые или оранжевые, по форме напоминают чечевицу, а диаспор образует заостренные копьевидные или пирамидальные кристаллики в трещинках пород, и не только нефелиновых. Диаспор - частый минерал еще одного типа богатых алюминием метаморфических пород, так называемых вторичных кварцитов и кристаллических сланцев (андалузитовых или кианитовых). Это тоже потенциальные руды алюминия. Однако собственно в бокситах минералоги различают отдельные составляющие их минералы лишь с колоссальным трудом. Нередко они вовсе неразличимы. И тогда используют замечательное свойство кристаллических решеток минералов избирательно поглощать электромагнитные колебания не только в видимой части солнечного света, но и в инфракрасной. Специальная аппаратура надежно фиксирует спектр поглощения любого минерала. И тут спектр поглощения каждого минерала выглядит по-своему. И специфический характер инфракрасного спектра поглощения является надежной уликой, констатирующей присутствие минерала, неразличаемого не только простым глазом, но и под микроскопом.

Боксит
Боксит

Еще один важный минерал алюминия - алунит. В качестве руды он используется совсем недавно, но вот в качестве квасцов или протраве тканей перед крашением, при обработке кожи это соединение известно с античных времен. По свидетельству Плиния Старшего, квасцы имели и "оборонное" значение: бревна крепостной стены, пропитанные квасцами, делались огнестойкими. Алунит, водный сульфат калия и алюминия, изредка подобно нефелину, образует мелкие кубические кристаллики в пустотах измененных лав. Но гораздо чаще это плотные землистые или волокнистые агрегаты светлого желтого или розоватого цвета, напоминающие каолинит или светлый боксит.

Колоссальная трудность освоения алюминия, на столетие отодвинувшая его широкое использование, заключалась в том, что "выплавить" этот металл из руды (точнее, из глинозема - оксида алюминия, который получается из руд на первом этапе), как медь или свинец, почти невозможно: бокситы плавятся при температуре около +2000°С, а сам алюминий соединяется с кислородом, "сгорает" уже при +900°С! Как же быть? Нельзя ли разорвать атомы алюминия и кислорода еще как-нибудь, не плавкой? Какие силы держат их вместе? Электрические, конечно! Ведь частички алюминия заряжены положительно, а кислорода - отрицательно. Значит, и действовать на них надо электричеством! Такой метод называется электролиз. При электролизе отрицательно заряженные частички кислорода выделяются на угольных анодах, а частички алюминия с положительным зарядом притягивает сама электролизная ванна: к ней подведен отрицательный заряд. Но и этот способ не давал возможности получения промышленных количеств металла, пока к бокситам не научились добавлять фтористое соединение криолит.

Криолит - минерал, внешне очень похожий на лед, он сильно снижает температуру плавления и увеличивает электропроводность расплава. В природе он считался очень редким. Получают его искусственно - из флюорита, другого, гораздо более распространенного минерала, содержащего фтор. Недавно советские геологи обнаружили большое месторождение криолита, и тоже в зоне БАМа.

В недалеком будущем это месторождение, возможно, станет промышленным источником природного криолита.

Однако классический метод получения алюминия электролизом криолито-глиноземного сплава в последние годы вынужден слегка потесниться, чтобы дать место новому в металлургии алюминия: на Днепропетровском алюминиевом заводе впервые в мире освоено промышленное получение алюминиево-кремниевых сплавов силуминов* методом прямого восстановления природных бокситов и алюмосиликатов в мощных рудотермических печах (тут успешно "тает" и "облачко" - нефелин и его родственники - лейцит и кальсилит). Ценными в этом методе оказались и считавшиеся прежде вредными примеси циркония и титана. Их минералы всегда присутствуют в лейцитовых и нефелиновых рудах. Такая примесь тормозила использование алюмосиликатного сырья. Оказалось, что при рудотермическом способе незначительная добавка циркония способствует кристаллизации мелкозернистого и оттого более пластичного и прочного силумина. Но как бы ни был хорош силумин, алюминия он не заменяет. Однако сам алюминий, как и все другие металлы, используется не в чистом виде, и ему полезны тщательно подобранные примеси. Сейчас в конструкциях, особенно в самолетостроении, чаще других применяют дуралюмин, или дюраль,- сплав алюминия с медью, магнием и марганцем. Дуралюмин - великолепный прочный конструкционный металл. Однако не зря говорится, что и на солнце есть пятна. Есть пятна и на дюрале. Это пятна коррозии. Дюраль легко корродирует. Чтобы спасти конструкции из дюраля от этого зла, его листы покрывают пленкой чистого алюминия (плакируют).

* (Силумины - это сплавы легких металлов на основе алюминия. Они отличаются высокой прочностью и стойкостью во влажной и морской атмосфере.)

Сложным оказался путь алюминия к человеку. Встречаются на этом пути и вовсе непостижимые зигзаги. По свидетельству римского ученого и писателя Плиния, в 1 в. н. э. некто принес императору Тиберию чашу, изготовленную из очень легкого белого "серебра", полученного из глины. Император забеспокоился, не подорвет ли умение делать деньги прямо из глины мощь государственной машины, и, на всякий случай, приказал отрубить изобретателю голову, согласно закону "об оскорблении величия римского народа". Это известие пришло из Древнего Рима. Не исключено, что это легенда... А вот гробницу китайского военачальника Чжоу-Чжу, жившего в III в. н. э., исследовали совсем недавно. Неоднократно повторенный спектральный анализ светлого металла, образующего рельефный орнамент гробницы, показал, что он на 85% состоит из алюминия. Был ли известен древним секрет электролиза или они владели искусством скоростной плавки с очень точной дозировкой состава шихты (о том, что можно получить алюминий и так, узнали только в 1949 г.), пока неизвестно. И это лишь пример того, как сложны пути познания, подчас воскрешающего вечные, но однажды забытые истины.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2010-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://metallurgu.ru/ "Metallurgu.ru: Библиотека по металлургии"