|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
elettrolisi dell'alluminio. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano La vita moderna non può essere immaginata senza alluminio. Questo metallo lucente e brillante, ottimo conduttore di elettricità, è stato ampiamente utilizzato in vari settori negli ultimi decenni. Nel frattempo, è noto che l'alluminio non si trova in natura in forma libera e fino al XNUMX° secolo la scienza non ne sapeva nemmeno l'esistenza. Solo nell'ultimo quarto del XNUMX° secolo il problema della produzione industriale di alluminio metallico in forma libera. Questa è stata una delle più grandi conquiste della scienza e della tecnologia di questo periodo, il cui significato, forse, non abbiamo ancora pienamente compreso.
In termini di contenuto nella crosta terrestre, l'alluminio è al primo posto tra i metalli e al terzo tra gli altri elementi (dopo ossigeno e silicio). La crosta terrestre è composta per l'8% di alluminio (notiamo per confronto che il contenuto di ferro è del 8%, rame - 4% e oro - 2%). Tuttavia, questo metallo reattivo non può esistere allo stato libero e si trova solo sotto forma di composti vari e molto diversi. La loro massa è rappresentata dall'ossido di alluminio (Al0O003). Ognuno di noi ha incontrato questo composto più di una volta: nella vita di tutti i giorni si chiama allumina o semplicemente argilla. L'argilla è circa un terzo dell'ossido di alluminio ed è una potenziale materia prima per la sua produzione. L'intera difficoltà è ripristinare l'alluminio (togliere ossigeno da esso). È estremamente difficile ottenere questo risultato chimicamente, poiché qui il legame tra i due elementi è molto forte. Già la prima conoscenza dell'alluminio ha dimostrato chiaramente tutte le difficoltà che gli scienziati si aspettavano lungo la strada. Nel 1825, il fisico danese Hans Oersted fu il primo a ottenere alluminio metallico allo stato libero dal suo ossido. Per fare questo, Oersted prima di tutto mescolò l'allumina con il carbone, riscaldò questa miscela e la fece passare attraverso il cloro. Il risultato è cloruro di alluminio (AlCl3). A quel tempo si sapeva già che i metalli chimicamente più attivi erano in grado di soppiantare quelli meno attivi dai loro sali. Oersted ha esposto il cloruro di alluminio all'azione del potassio disciolto nel mercurio (amalgama di potassio) e ha ottenuto l'amalgama di alluminio (riscaldando rapidamente il cloruro di alluminio con amalgama di potassio, si è formato il cloruro di potassio, mentre l'alluminio è andato in soluzione). Sottoponendo questa miscela a distillazione, Oersted isolò piccoli lingotti di alluminio. In modo leggermente diverso, l'alluminio è stato ottenuto nel 1827 dal chimico tedesco Wöhler, che ha passato un paio di cloruro di alluminio sul potassio metallico (in questo caso, come nella reazione chimica di Oersted, il potassio più attivo ha soppiantato l'alluminio e si è combinato con il cloro ). Ma entrambi i metodi non potevano essere applicati nell'industria, poiché qui veniva usato potassio molto costoso per ridurre l'alluminio. Successivamente, il fisico francese Saint-Clair-Deville sviluppò un altro processo chimico per ottenere l'alluminio, sostituendo il potassio con sodio più economico, ma comunque piuttosto costoso. (L'essenza di questo metodo era che il cloruro di alluminio veniva riscaldato con sodio, che spostava l'alluminio dal sale, facendolo risaltare sotto forma di piccole perle.) Per diversi decenni, l'alluminio è stato ottenuto in questo modo.
Indagando sulle proprietà dell'alluminio, Deville è giunto alla conclusione che potrebbe essere di grande importanza per la tecnologia in futuro. Nella sua relazione all'Accademia francese delle scienze scriveva: "Questo metallo, bianco e lucente come l'argento, non si annerisce all'aria, può essere fuso, forgiato e trafilato, e ha, inoltre, una notevole leggerezza, può essere molto utile se riesci a trovare un modo semplice per Se ricordiamo inoltre che questo metallo è estremamente comune, che il suo minerale è argilla, allora si può solo desiderare che trovi ampia applicazione. I primi lingotti di alluminio ottenuti da Deville furono presentati all'esposizione mondiale di Parigi del 1855 e suscitò il più vivo interesse. Nel 1856, presso la fabbrica dei fratelli Tissier a Rouen, Deville organizzò la prima impresa industriale per la produzione di alluminio. Allo stesso tempo, il costo di 1 kg di alluminio era inizialmente pari a 300 franchi. Alcuni anni dopo, il prezzo di vendita è stato ridotto a 200 franchi per 1 kg, ma è rimasto eccezionalmente alto. L'alluminio a quel tempo era usato come metallo semiprezioso per la produzione di vari ciondoli, e in questa forma guadagnò persino una certa popolarità grazie al suo colore bianco e alla sua piacevole lucentezza. Tuttavia, poiché i metodi chimici per estrarre l'alluminio sono migliorati, il suo prezzo è diminuito nel corso degli anni. Ad esempio, uno stabilimento ad Albury (Inghilterra) a metà degli anni '80. produceva fino a 250 kg di alluminio al giorno e lo vendeva al prezzo di 30 scellini al kg, in altre parole il suo prezzo è sceso di 30 volte in 25 anni. Già a metà del 1854° secolo, alcuni chimici fecero notare che l'alluminio si poteva ottenere per elettrolisi. Nel XNUMX Bunsen ottenne l'alluminio mediante elettrolisi di un cloruro di alluminio fuso. Quasi contemporaneamente a Bunsen, Deville ricevette l'alluminio elettroliticamente. L'apparato di Deville era costituito da un crogiolo di porcellana P inserito in un crogiolo di argilla porosa H e dotato di un coperchio D, che aveva una fessura per l'inserimento di un elettrodo di platino K e una grande apertura per un recipiente di terra porosa R. In quest'ultimo era posto un'asta di carbonio A, che era l'elettrodo positivo. Il crogiolo e il recipiente di terracotta sono stati riempiti allo stesso livello con doppio cloruro fuso di alluminio e sodio (il doppio cloruro è stato ottenuto mescolando due parti di cloruro di alluminio secco e sale comune). Dopo che gli elettrodi furono immersi, anche a bassa corrente, iniziò la decomposizione del doppio cloruro nella massa fusa e l'alluminio metallico precipitò sulla lastra di platino. Tuttavia, a quel tempo era impossibile anche solo pensare di mantenere i composti allo stato fuso, utilizzando solo il riscaldamento durante il passaggio della corrente. Era necessario mantenere la temperatura richiesta in altro modo dall'esterno. Questa circostanza, oltre al fatto che l'energia elettrica era molto costosa in quegli anni, impedì la diffusione di questo metodo di produzione dell'alluminio. Le condizioni per la sua distribuzione sono sorte solo dopo la comparsa di potenti generatori CC. Nel 1878 Siemens inventò il forno elettrico ad arco, utilizzato principalmente nella fusione del ferro. Consisteva in un crogiolo di carbonio o grafite, che era un polo. Il secondo polo era un elettrodo di carbonio posto in alto, che si muoveva all'interno del crogiolo su un piano verticale per controllare il regime elettrico. Quando si riempiva il crogiolo con una carica, veniva riscaldato e fuso da un arco elettrico o dalla resistenza della carica stessa quando una corrente lo attraversava. Non erano necessarie fonti di calore esterne per il forno Siemens. La creazione di questa fornace fu un evento importante non solo per la metallurgia ferrosa, ma anche per quella non ferrosa. Ora c'erano tutte le condizioni per il metodo elettrolitico di produzione dell'alluminio. Stava allo sviluppo della tecnologia di processo. In generale, l'alluminio si può ottenere direttamente dall'allumina, ma la difficoltà era che l'ossido di alluminio è un composto molto refrattario, che diventa liquido ad una temperatura di circa 2050 gradi. Per riscaldare l'allumina a questa temperatura e quindi mantenerla durante la reazione, era necessaria un'enorme quantità di elettricità. A quel tempo, questo metodo sembrava irragionevolmente costoso. I chimici stavano cercando un modo diverso, cercando di isolare l'alluminio da qualche altra sostanza meno refrattaria. Nel 1885, questo problema fu risolto indipendentemente dal francese Héroux e dall'American Hall. È curioso che entrambi, all'epoca in cui fecero la loro straordinaria scoperta, avessero 22 anni (entrambi nacquero nel 1863). Eru, dall'età di 15 anni, dopo aver conosciuto il libro di Deville, pensava costantemente all'alluminio. Ha sviluppato i principi di base dell'elettrolisi mentre era ancora studente all'età di 20 anni. Nel 1885, dopo la morte del padre, Héroux ereditò una piccola fabbrica di pelletteria vicino a Parigi e si mise subito al lavoro. Acquistò un generatore elettrico Gramma e dapprima tentò di decomporre soluzioni acquose di sali di alluminio con una corrente elettrica. Avendo fallito su questa strada, ha deciso di elettrolizzare la criolite fusa, un minerale che include l'alluminio (la formula chimica della criolite è Na3AlF6). Eru iniziò i suoi esperimenti in un crogiolo di ferro, che fungeva da catodo, e l'anodo era una bacchetta di carbone calata nella massa fusa. All'inizio, nulla prometteva il successo. Quando la corrente è passata, il ferro del crogiolo ha reagito con la criolite, formando una lega fusibile. Il crogiolo si è sciolto e il suo contenuto si è rovesciato. Eru non ha ottenuto alluminio in questo modo. Tuttavia, la criolite era una materia prima molto allettante, poiché si scioglieva a una temperatura di soli 950 gradi. Eru ha avuto l'idea che la fusione di questo minerale potesse essere utilizzata per dissolvere sali di alluminio più refrattari. È stata un'idea molto fruttuosa. Ma che tipo di sale scegliere per gli esperimenti? Eru decise di iniziare con quella che era servita a lungo come materia prima per la produzione chimica di alluminio - con doppio cloruro di alluminio e sodio. E poi, durante l'esperimento, si è verificato un errore, che lo ha portato a una scoperta notevole. Dopo aver sciolto la criolite e avervi aggiunto alluminio e doppio cloruro di sodio, Eru ha notato improvvisamente che l'anodo di carbonio ha iniziato a bruciare rapidamente. Potrebbe esserci solo una spiegazione per questo: durante l'elettrolisi, l'ossigeno ha iniziato a essere rilasciato sull'anodo, che ha reagito con il carbonio. Ma da dove potrebbe provenire l'ossigeno? Eru esaminò attentamente tutti i reagenti acquistati e poi scoprì che il doppio cloruro si decomponeva sotto l'influenza dell'umidità e si trasformava in allumina. Poi tutto quello che era successo gli divenne chiaro: ossido di alluminio (allumina) disciolto in criolite fusa e la molecola di Al2O3 decomposta in ioni alluminio e ossigeno. Inoltre, nel corso dell'elettrolisi, gli ioni di ossigeno caricati negativamente hanno donato i loro elettroni all'anodo e sono stati ridotti ad ossigeno chimico. Ma in questo caso, quale sostanza è stata ridotta al catodo? Potrebbe essere solo alluminio. Rendendosi conto di ciò, Eru aveva già deliberatamente aggiunto allumina alla fusione di criolite e quindi ottenuto perle di alluminio metallico sul fondo del crogiolo. Pertanto, è stato scoperto un metodo per ottenere l'alluminio dall'allumina disciolta nella criolite, utilizzato ancora oggi. (La criolite non partecipa a una reazione chimica, la sua quantità non diminuisce durante l'elettrolisi - qui viene utilizzata solo come solvente. Il processo procede come segue: l'allumina viene periodicamente aggiunta alla criolite fusa in porzioni; come risultato dell'elettrolisi, l'ossigeno viene rilasciato all'anodo e l'alluminio al catodo.) Due mesi dopo, l'American Hall ha scoperto esattamente lo stesso metodo di produzione dell'alluminio.
Eru ricevette il primo brevetto per la sua invenzione nell'aprile 1886. In esso, non ha ancora abbandonato il riscaldamento esterno del bagno elettrolitico per mantenere la temperatura richiesta del fuso. Ma l'anno successivo ottenne un secondo brevetto per un metodo per produrre bronzo alluminio, in cui rifiutava il riscaldamento esterno e scriveva che "una corrente elettrica produce abbastanza calore da mantenere l'allumina in uno stato fuso".
Poiché nessuno in Francia era interessato a scoprirlo, Héroux partì per la Svizzera. Nel 1887, la società Sons of Neger firmò un contratto con lui per implementare la sua invenzione. Ben presto fu fondata la Società metallurgica svizzera, che nello stabilimento di Neuhausen avviò la produzione prima del bronzo alluminio, e poi dell'alluminio puro. L'impianto industriale per l'elettrolisi dell'alluminio, così come l'intera tecnologia di produzione, è stato sviluppato da Eru. La fornace era una cassa di ferro, isolata a terra. La superficie del bagno era coperta dall'interno con spesse lastre di carbonio, che erano l'elettrodo negativo (catodo). Dall'alto, un elettrodo positivo (anodo) è stato abbassato nel bagno, che era un pacchetto di barre di carbonio. L'elettrolisi avveniva a una corrente molto forte (circa 4000 ampere), ma a bassa tensione (solo 12-15 volt). Una grande corrente, come già accennato nei capitoli precedenti, ha comportato un notevole aumento della temperatura. La criolite si sciolse rapidamente e iniziò una reazione di riduzione elettrochimica, durante la quale l'alluminio metallico veniva raccolto sul pavimento di carbone del bagno. Già nel 1890, lo stabilimento di Neuhausen riceveva oltre 40 tonnellate di alluminio e presto iniziò a produrre 450 tonnellate di alluminio all'anno. Il successo degli svizzeri ha ispirato gli industriali francesi. A Parigi si formò una società elettrica, che nel 1889 offrì a Eru di diventare il direttore dell'impianto di alluminio appena fondato. Alcuni anni dopo, Héroux fondò molti altri impianti di alluminio in diverse parti della Francia, dove c'era energia elettrica a basso costo. I prezzi dell'alluminio sono gradualmente diminuiti dozzine di volte. Lentamente ma costantemente, questo meraviglioso metallo iniziò a conquistare il suo posto nella vita umana, diventando ben presto tanto necessario quanto il ferro e il rame, conosciuti fin dall'antichità. Autore: Ryzhov KV
▪ TV
Pelle artificiale per l'emulazione del tocco
15.04.2024 Lettiera per gatti Petgugu Global
15.04.2024 L'attrattiva degli uomini premurosi
14.04.2024
▪ Raffreddamento delle ali di farfalla ▪ Il nuovo sensore OMRON rileva la direzione di inclinazione ▪ Scoperto il più antico embrione fossile ▪ Un modo sicuro ed economico per lanciare piccoli satelliti
▪ sezione del sito Comunicazioni radio civili. Selezione dell'articolo ▪ articolo Riassunto delle opere della letteratura russa del XIX secolo ▪ Articolo A che velocità viaggia la luce? Risposta dettagliata ▪ articolo Capo del Gabinetto di Statistica medica. Descrizione del lavoro
Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito
www.diagram.com.ua |
Ti consigliamo articoli interessanti sezione 
Vedi altri articoli sezione 
Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:
Tutte le lingue di questa pagina