Легче перечислить те области нашей жизни, где алюминий не используется, чем те, где он практически незаменим.
Называя вещи своими именами, время, в котором мы сейчас живем, следовало бы назвать не железным веком, а алюминиево-пластмассовым.
Алюминий для пападанца это такой рог изобилия, ништяков и эксклюзива, что"алюминий" и "золото" для него практически синонимы.
Алюминий, например, это удивительная для аборигенов фурнитура и бижутерия, напоминающая серебряную, сверхлегкий доспех из алюминиевых сплавов(даже легче кожаного, но по защитным качествам приближающийся к стальному - недаром сейчас из сплавов системы AlZn делают противопульную броню), котлы, сковороды и другая походная посуда (по теплопроводности и прочности почти как медная, но меньше прогорает и легче раза этак в три) - у вояк и кочевников такие котлы и доспехи улетят как горячие пирожки, даже если брать по три веса золотом. Кроме того, алюминий это отличные провода (гораздо более доступные, чем медные, ведь медь и во времена попадания страшно дорога и не везде продается), разнообразные радиаторы, компонент ВВ, наполнитель для специальных красок и пластмасс, восстановитель для добычи всяких разных хитрых и редких металлов... Список можно без труда продолжать.
Так что если наш попаданец овладел электричеством, то ему самое время заняться добычей этого важнейшего металла.
С самого открытия металла и по наше время для его добычи использовались отнюдь не кустарные, а очень сложные технологии, высокие давления и температуры, дефицитные материалы и большие заводы. Но самое удивительное, что нет никаких принципиальных препятствий для его производства нашим попаданцем буквально на коленке, естественно, при условии что у него руки растут откуда надо, а на уроках химии он не спал и не пинал балду... Все упирается лишь в наличие электрогенератора постоянного тока. Остальные принадлежности попаданцу вполне доступны.
Но путь все же тернист, и на нем ожидают многочисленные засады 🙂
Металлургия алюминия неизбежно включает в себя две фазы.
Первая фаза - добыча и обогащение первичного сырья, то бишь отделение соединений алюминия от примесей. Хотя алюминий в природе находится в виде сложных соединений типа силикато-алюминатов, сульфатов и их гидратных комплексов(то бишь, содержащих химически свзяанную воду), ценность сырья всегда условно приято выражать в процентах содержания гидроокиси алюминия, или глинозема - Al(OH)3.
Хотя мы все проходили в школе, что алюминий - "серебро из глины", в реальности добывать его из глины мало кому вообще приходит в голову. Сейчас мировая алюминиевая промышленность в качестве сырья предпочитает боксит - чрезвычайно богатый алюминием минерал, но, к сожалению, не везде встречающийся в нужном количестве. Единственное исключение - Россия, где РусАл господина Дерипаски, работая по уникальным советским технологиям и пользуясь халявным электричеством с сибирских ГЭС, до сих пор эксплуатирует богатейшие месторождения алунитов, апатитов и других бросовых пород, на которые во всем остальном мире из-за наличия богатых бокситовых залежей в странах третьего мира никто просто не обращает внимания.
Но попаданцу все-таки придется иметь дело с разнообразными сортами глины. Она обычно не так богата алюминием, как боксит(нужного глинозема, там обычно всего где-то 15-20%, хотя как повезет - в отдельных породах и до 80 может доходить), но зато есть абсолютно везде. Подходит практически любая, имеющая относительно стабильный состав.
Главные примеси - кремнезем(большинство), оксид титана, оксиды железа(не больно много, но мешаются невероятно на последующих стадиях производства, вызывая ненужную трату реактивов и мощности), щелочных и щелочноземельных металлов. А в примесных количествах там чего только нет - от органики до тяжелых металлов, и в принципе, после разделения всему этому попаданец может легко найти применение.
Способов отделения глинозема попаданцу доступно только два - кислотный и щелочной( соляная кислота с едким натром для него перестают быть проблемой, как только появился доступ к соли, и, опять же, к электричеству).
Первый способ - хорошенько прокипятить глину со щелочью в плотно закрытом а-ля автоклав железном котле. Плюсы - процесс идет довольно быстро и для него не нужны какие-то очень уж специфические условия. Глинозем растворится весь, а все железо останется в осадке. Минусы - нужна обязательно железная ёмкость(любую другую из доступных просто разъест), в раствор вместе с глиноземом попадет весь ненужный кремнезем, которого там ну очень много. Так что для его удаления придется титровать кислотой, получив, правда, замечательный побочный продукт под названием силикагель.
(Подробнее можно погуглить на тему "процесс Байера". Я рекомендую книгу "Металлургия алюминия", И.А. Троицкий, В.А. Железнов )
Второй способ - растворить в кислоте предварительно осторожно прокаленную для удаления связанной воды, увеличения поверхности и химической активности(т.н. "вскрытую") глину.
Плюсы - можно растворять в глиняной или стеклянной емкости, а весь кремнезем, которого в глине львиная доля, останется в осадке.
Минусы - просто так глину растворить не получится. Реакция пойдет невыносимо медленно. Кроме того, есть одна тонкость - диапазон температур для правильного прокаливания довольно узок (коридор градусов 200 начиная где-то с 300°С) и попаданцу придется определять его методом тыка. Глинозем же все равно растворится не весь, а всего где-то треть из того, что есть в глине, но зато растворится все железо и остальные сходно ведущие себя слабоосновные примеси. В итоге, как и в первом способе, скорее всего придется аккуратно осаждать всю эту прелесть небольшим количеством крепкой щелочи. Главное тут не пропустить момент начала выпадения осадка глиноземного геля. Тут ценным побочным продуктом будет осадок довольно чистой ржавчины - гидроксида железа, который после накопления, в конце концов, можно использовать, например, в качестве высокочистой железной руды.
(подробнее о кислотном способе можно почитать, например, вот в этих статьях:
Extraction of Alumina from Local Clays by Hydrochloric Acid Process, A.A. Al-Zahrani and M.H. Abdul-Majid,
Extraction of Alumina from Clays by the Lime-sinter Modification of the Pedersen Process. BY RAYMONLD. COPSON,JOHN H. WALTHALLA, TRAVIS P. HIGNETT, New York Meeting. February 1944
)
Короче говоря, после первой фазы тем или иным способом попаданец получит не сильно большое (принимая во внимание количество переработанной глины), но все же приличное количество насыщенного раствора солей алюминия. Скорее всего, это будет хлорид AlCl3.
Теперь начинается вторая фаза металлургии алюминия и наступает еще большее веселье - нужно как-то добыть сам металл!
Казалось бы, все просто - пускаем ток, и дело в шляпе.
Но тут ожидает самое главное разочарование - электролизом водного раствора при обыкновенных, доступных для попаданца источниках тока и оборудовании алюминий не получить. Слишком уж он активен, так что на электролиз попаданцу годится только расплав.
В наше время идут по самому рентабельному пути - перерабатывают руду по первому способу, доводя затем раствор до перенасыщения и добавляя затравку глиноземного геля. В результате весь чистый глинозем выпадает в осадок, его прокаливают и получают чистый оксид алюминия Al2O3, который и идет дальше на электролиз.
Окись алюминия - тугоплавкий огнеупор, и просто так за здорово живешь не расплавится. Тут нужно больше 2000°С. Поэтому независимо друг от друга сразу два инженера начала 20 века Холл и Эру придумали растворять его в расплаве криолита(это смешанный фторид алюминия-натрия состава Na3AlF6, из-за редкости приготовляемый искусственно), но все равно вести электролиз при ~900°С в графитовой ванне графитовыми же электродами.
Попаданцу, понятное дело, подобное не покатит. Работы со фтором ему не потянуть, фторидов взять негде, с постоянно горящим графитом напряги, да и 900 градусов в ванне как-то многовато. Ему бы что-нить поближе и подешевле, чтоб на дому.
Вот, например, хлорид уже есть - пускай он и будет, к тому же электролиз хлорида на треть более энергоэффективен.
Отлично, только тут ждет еще одна засада - хлорид алюминия, так же, как и хлориды магния и кальция, ужасно гигроскопичен, так что на воздухе сосет из него воду и просто расплывается в кашу, а при попытке прокалить разлагается, гад, на оксид и хлороводород. В общем, нужна безводная соль. Как же её получить? Из водного раствора - никак.
В нашей реальности корпорация Alcoa провела разработки на эту тему и самое простое, что они придумали, это обрабатывать глинозем смесью хлора с хлороводородом в кварцевой печке при температуре выше 1000°С. Безводный хлорид потом конденсируется в герметичном холодильнике.
Такое попаданцу тоже уж точно не подойдет - кварцевая печка на ближайшем базаре не продается, а чтобы самому её сделать, надо сначала пуд соли съесть. Да и герметичность надо как-то обеспечивать...
Кажется тупик. Не видать бедолаге алюминия, как своих ушей, а он уже и губы раскатал...
Попаданец с горя напивается, и, мучимый похмельем, решает на следующий дель отмокнуть в лохани. Заодно и помыться можно. Он берет кусок собственноручно сваренного мыла, до скрипа надраивается мочалкой, и матеря про себя местную жесткую воду, тянется за следующим куском, попутно разгоняя к краям лохани все, что осталось от его произведения - покрывающие всю поверхность воды, абсолютно не желающие ни мылиться, ни растворяться, ни даже просто смачиваться водой легкие белые катышки.
И тут вдруг он, подобно Архимеду, выскакивает голый из лохани с криком "Эврика!", ведь решение головоломки с алюминием как раз в этих катышках и заключается.
Знакомьтесь: алюминиевое мыло, старший кузен тех самых белых катышков, то бишь "мыл" магния и кальция!
Фишка в том, что большинство высокомолекулярных органических кислот (в просторечии именуемых "жирными" по своему производному - жирам) дают со всеми металлами, кроме щелочных, абсолютно нерастворимые в воде соли. Больше того - эти "мыла" с водой даже не смешиваются, и в своем составе химически связанной воды абсолютно не содержат. Это свойство, повсеместно используемое химиками, делает жирные кислоты идеальным экстрагентом для смешанных водных растворов металлических солей. Кроме всего прочего, эти "мыла" всплывают еще и в очередности, строго соответствующей ряду напряжений металлов. То бишь, пока не выйдет весь алюминий, кальций и магний так и останутся плавать. И это тоже еще не все! Ионы щелочных металлов здорово подвижны. Поэтому если теперь нагреть мыло с безводным хлоридом щелочного металла(а лучше их смесью), натрий или калий перейдут в мыло, поменявшись с алюминием, а тот уйдет в смесь хлоридов, давая очень легкоплавкую тройную эвтектику AlCl3-KCl-NaCl(при оптимальном процентном соотношении солей плавится всего при 70С!!!). И заметьте себе - от воздуха она сверху все еще закрыта еще твердым алюминиевым мылом!
(подробнее об экстракции алюминия через соли жирных и других органических кислот можно почитать здесь:
US patent 4415412,
"Экстракция металлов некоторыми органическими катионобменными реагентами", Э.Н. Меркин, Москва, 1968,
а также, как всегда, спросить гугл на тему "стеарат(или, к примеру, пальмитат) алюминия" 🙂
)
Короче говоря, попаданец, выскочив из лохани, доливает в горшок с раствором хлорида алюминия раствора обычного натриевого мыла, отделяет всплывшее мыло алюминиевое, сушит, накладывает в широкий горшок поверх хорошо прокаленной смеси калийной и поваренной солей, греет на водяной бане и через некоторое время сует туда два электрода.
Придя с обеда, он обнаруживает на нижнем, стальном(а лучше свинцовом), долгожданный слой алюминия! Бинго!
Конечно, все вышеописанное довольно далеко от идеала экономичности. Электричества, соли и мыла нужно на первых порах очень много. Но потом, после оптимизации процесса, реактивы регенерируются, к тому же имеются сами по себе ценные побочные продукты - силикагель, оксид титана, шламы...
Но вот зато когда наконец продается с аукциона (буквально за мешок золота:)) первый алюминиевый котел, попаданец забывает обо всех пройденных терниях, и его маленькая мастерская чудес переходит на совершенно новый уровень этих самых чудес!
А это однозначно окупает все затраты.
|
Автор
Алюминиевый заводик попаданца
Свежие комментарии