Алюминий для пападанца это такой рог изобилия, ништяков и эксклюзива, что»алюминий» и «золото» для него практически синонимы. Алюминий, например, это удивительная [...]]]> 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 день 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.

Проще всего сделать именно вольтов столб, который состоит из медных и цинковых кружков, между которыми [...]]]> Если вы смогли получить цинк — то можно сделать гальванический элемент не на разности металлов «железо-медь», а на «цинк-медь». Так как в  электрохимическом ряду элементов цинк стоит левее железа, то напряжение эта батарея будет давать больше — порядка 1.1 вольта.

Проще всего сделать именно вольтов столб, который состоит из медных и цинковых кружков, между которыми попарно проложено сукно,  пропитанное кислотой. Несмотря на свою простоту, это более мощный источник тока, чем багдадская батарея.

В 1803 году, соединив 4200 медных и цинковых кругов, удалось получить 2500 вольт и зажечь электрическую дугу. Если повторить это ночью в  полутемном храме — то можно организовывать секту, что сулит попаданцу много полезного.

Более того, в Багдаде [...]]]> Простейший гальванический элемент несложно построить уже с началом железного века.
То есть во время Гомера или в Египте времен построения пирамид — это было бы почти невозможно, потому что железо было крайне дорогое (ну, если, конечно, не развить там металлургию железа). Но уже во времена Римской Империи это более чем возможно.

Более того, в Багдаде был найден сосуд, фактически являющийся гальваническим элементом и датируемый первым тысячелетием до нашей эры.
Есть предположения, что он применялся для электролитического покрытия серебряных предметов золотом.
Возьмем его за основу.

Итак, нам во-первых нужен обожженный глиняный горшок 10-15 см в высоту. К нему прилагаются железный стержень и мендный цилиндр — они будут электродами. Необходимо закрепить железный стержень внутри медного цилиндра так, чтобы они не касались друг друга и соеднинение не проводило электричество. В оригинале как диэлекрик для удержания электродов использовался природный асфальт, но в условиях средневековековой Европы подойдет древесная смола. Для удержания электродов придется сделать крышку с отверстиями под них. Съемная крышка необходима для доступа к электролиту. Электролитом может быть или соленая вода или кислота. В случае с соленой водой подойдет морская, ее желательно немного выпарить для повышения концентрации соли (ну или брать воду из Красного Моря, как одного из самых соленых). В случае с кислотой подойдет лимонный сок, даже возможен кислый яблочный. Также подойдет винный уксус.  Эти электролиты относятся к слабым, поэтому особым качеством элементы блистать не будут.  Электролит наливается непосредственно перед использованием и после работы его желательно слить, иначе коррозия быстро сожрет медь.

Такой элемент теоретически может дать напряжение в районе 0.7 вольта, но из-за внутреннего напряжения и слабого электролита не стоит ожидать более чем 0.3 вольта.
Кроме того, в электролите происходит поляризация и медный цилиндр покрывается пузырьками водорода, что снижает напряжение. Поэтому необходимо время от времени или трясти гальваническую батарею, или вынуть и вставить крышку с электродами.

Медный электрод — это будет «плюс», а железный электрод — это «минус».

Емкость элементов небольшая, как и напряжение. Да и ток не как у современного аккумулятора.
Поэтому будет необходимо соединять элементы в батареи — от десяти горшков единовременно. Если их соединить последовательно, можно получить в районе 5B. Десять горшков достаточно для покрытия золотом в течении 8 — 12 часов небольшого серебряного предмета.
Если совсем сорвет крышу и сделать батарею из порядка 5 тысяч горшков, то теоретически можно получить электрическую дугу.  Использование дуги в древнем мире может дать поразительный психологический эффект. Также полезно разрешать верующим прикасаться к элементам под током, хотя тут психологический эффект будет слабее.

Для нашего человека принцип действия объяснять не надо, к тому же многие имеют опыт непосредственной работы с девайсом. Вещь, которую сделать средневековыми технологиям несложно и обещающая немалую прибыль.

Главная проблема в условиях средневековья — отсутствие термометра. Его не сделать и не [...]]]> Хорошим решением для попаданца является сделать перегонный куб. То есть по-русски — самогонный аппарат.

Для нашего человека принцип действия объяснять не надо, к тому же многие имеют опыт непосредственной работы с девайсом. Вещь, которую сделать средневековыми технологиям несложно и обещающая немалую прибыль.

Главная проблема в условиях средневековья — отсутствие термометра. Его не сделать и не откалибровать в условиях какого-нибудь 12 века (по крайней мере поначалу) и придется заменять его опытом использования аппарата, что вообще-то возможно.

Сам аппарат можно сделать либо из меди, либо из стекла. Стеклодувное произодство появилось в 11-12 веке, но такое стекло было безумно дорого. Перегонный куб из медных листов, запаяный оловом, будет дешевле, да и для промышленного производства куда предпочтительнее из-за возможности сделать большой емкости. Сложность будет представлять змеевик, но его возможно сделать из прямых отрезков медных трубок, по длине опять-таки запаяных оловом.

Тут главное — уболтать инвестора и получить средства на производство, поэтому лабораторный экземпляр придется сделать из глины, чтобы дать инвестору попробовать полученый продукт. Глиняный перегонный куб для промышленного производства не годится, потому что керамика плохо проводит тепло и даже при небольшом повышении давления взрывается с осколками.
Тут надо помнить, что водку уже гнали в 13-м веке, поэтому срок внедрения патента не такой большой, чтобы успеть первым. Возможно, в таком случае следует сразу делать виски — то есть перегонять вино и хранить в обожженных внутри дубовых бочках.

Недостаток метода — очень крупные первоначальные вложения, можно легко попасть в зависимость к инвестору.

Вопросы экстракции эфирных масел для парфюмерии я пока не рассматриваю, слишком много подводных камней, узкий круг покупателей и море конкурентов.

До этого момента порох был в виде очень мелкого порошка — «пороховой мякоти». Если помолоть не до состояния пыли, то порох весь не сгорает и поэтому мололи мелко.

Но пороховая мякоть очень медленно горит, [...]]]> Если вы попали во время, когда порох уже существует, но на дворе еще не XV век, то можно придумать гранулированый порох.

До этого момента порох был в виде очень мелкого порошка — «пороховой мякоти». Если помолоть не до состояния пыли, то порох весь не сгорает и поэтому мололи мелко.

Но пороховая мякоть очень медленно горит, то есть порох маломощный. Кроме того, она гигроскопична, такой порох при малейшей возможности забирает влагу из воздуха, а зимой поэтому  смерзается. И еще — пороховую мякоть нужно в дульнозарядное ружье трамбовать шомполом,  поэтому пороховой мякотью ружье заряжать 2 мин, хотя гранулированым порохом — одну.

Гранулированый порох сделать очень просто. Достаточно пороховую мякоть развести водой до состояния густой каши и продавить через сито на стекло (чтобы не прилипло). Полученые комочки высушить на солнце. ВСЕ.

Следует только помнить, что для разных применений гранулы должны быть разного размера. Для ружей размеры гранул должны быть 1 — 2 мм, а для пушек 3 — 4. То есть сито нужно подбирать соответствующее.

Конечно, это будет не заводской порох, при грануляции на заводе добавляют разные вещества, чтобы гранулы были прочнее и еще менее гигроскопичные. Но работать будет.

Из-за простоты технологии придется строго сохранять военную тайну, но оно того стоит.

Для пороха селитра и желательно калиевая селитра. Сейчас [...]]]> Классический дымный порох состоит из трех компонентов — уголь, сера и селитра.
Древесный уголь в то время был доступен везде, его пережигали в ямах без доступа воздуха. Сера была привозная, но была — ее добывали на вулканах и плавили в горшках с водой. А вот третий компонент…

Для пороха селитра и желательно калиевая селитра. Сейчас ее без проблем купить в магазинах удобрений. Но в те времена это было совсем и совсем непросто. Получали ее из выгребных ям, причем для количества бросали туда тухлое мясо и гниющие тряпки. Потом добавляли известь, строительный мусор, ветки, хворост. Процесс многоступенчатый — при гниении получался аммиак, который реагировал с известью и на дне получались желтоватые кристаллы. Процесс шел где-то полгода и эти ямы защищались навесами от прямых солнечных лучей. Естественно, качество селитры было на уровне плинтуса, зато посторонних примесей хватало. Причем это сильно зависело от места приготовления, потому что ингредиенты были разные. А так как время эксперимента полгода, то нужно было потратить жизнь, чтобы добиться устойчивого результата. Да и то результат будет годен только для данного региона.

Собственно, использование пороха началось после того, как в середине ХШ века Роджер Бэкон предложил метод очистки селитры.

И  если при этом учесть, что доля селитры в порохе больше половины, то… В общем — не царское это дело.