|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
SEJARAH TEKNOLOGI, TEKNOLOGI, OBJEK DI SEKITAR KITA
elektrolisis aluminium. Sejarah ciptaan dan pengeluaran
Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita Kehidupan moden tidak dapat dibayangkan tanpa aluminium. Logam ringan berkilat ini, konduktor elektrik yang sangat baik, telah digunakan secara meluas dalam pelbagai industri dalam beberapa dekad kebelakangan ini. Sementara itu, diketahui bahawa aluminium tidak berlaku di alam semula jadi dalam bentuk bebasnya, dan sehingga abad ke-XNUMX, sains tidak tahu tentang kewujudannya. Hanya pada suku terakhir abad ke-XNUMX masalah pengeluaran industri logam aluminium dalam bentuk bebas diselesaikan. Ini menjadi salah satu pencapaian terbesar sains dan teknologi dalam tempoh ini, kepentingan yang mungkin belum kita hargai sepenuhnya.
Dari segi kandungan dalam kerak bumi, aluminium menduduki tempat pertama di antara logam dan ketiga di antara unsur lain (selepas oksigen dan silikon). Kerak bumi terdiri daripada 8% aluminium (perhatikan untuk perbandingan bahawa kandungan besi di dalamnya adalah 8%, tembaga - 4%, dan emas - 2%). Walau bagaimanapun, logam aktif secara kimia ini tidak boleh wujud dalam keadaan bebas dan hanya terdapat dalam bentuk sebatian yang pelbagai dan sangat pelbagai. Sebahagian besar daripadanya ialah aluminium oksida (Al0O003). Setiap daripada kita telah menemui sebatian ini lebih daripada sekali - dalam kehidupan seharian ia dipanggil alumina, atau hanya tanah liat. Kira-kira satu pertiga daripada tanah liat terdiri daripada aluminium oksida dan merupakan bahan mentah yang berpotensi untuk pengeluarannya. Keseluruhan kesukaran adalah untuk mengurangkan aluminium (mengambil oksigennya). Amat sukar untuk mencapai ini secara kimia, kerana ikatan antara dua unsur adalah sangat kuat. Perkenalan pertama dengan aluminium jelas menunjukkan semua kesukaran yang menanti para saintis di sepanjang laluan ini. Pada tahun 1825, ahli fizik Denmark Hans Oersted adalah yang pertama memperoleh aluminium logam dalam keadaan bebas daripada oksidanya. Untuk melakukan ini, Ørsted pertama campuran alumina dengan arang batu, panaskan campuran dan lulus klorin melaluinya. Hasilnya ialah aluminium klorida (AlCl3). Pada masa itu sudah diketahui bahawa logam kimia yang lebih aktif mampu menyesarkan yang kurang aktif daripada garamnya. Menempatkan aluminium klorida terdedah kepada kalium yang dilarutkan dalam merkuri (kalium amalgam) dan memperoleh amalgam aluminium (dengan pemanasan cepat aluminium klorida dengan kalium amalgam, kalium klorida telah terbentuk, tetapi aluminium dimasukkan ke dalam larutan). Setelah mencampurkan campuran ini kepada penyulingan, Ørst mengasingkan jongkong kecil aluminium. Aluminium diperolehi dengan cara yang sedikit berbeza pada tahun 1827 oleh ahli kimia Jerman Wöhler, yang melepasi wap aluminium klorida ke atas logam kalium (dalam kes ini, seperti dalam tindak balas kimia Oersted, kalium yang lebih aktif menyesarkan aluminium dan dirinya digabungkan dengan klorin). Tetapi kedua-dua kaedah tidak boleh digunakan dalam industri, kerana kalium yang sangat mahal digunakan untuk memulihkan aluminium. Kemudian, ahli fizik Perancis Saint-Clair-Deville membangunkan proses kimia yang berbeza untuk menghasilkan aluminium, menggantikan kalium dengan natrium yang lebih murah, tetapi masih agak mahal. (Intipati kaedah ini ialah aluminium klorida dipanaskan dengan natrium, yang menyesarkan aluminium daripada garam, menyebabkan ia memendakan dalam bentuk manik kecil.) Selama beberapa dekad, aluminium diperoleh dengan cara ini.
Mengkaji sifat aluminium, Deville membuat kesimpulan bahawa ia boleh menjadi sangat penting untuk teknologi pada masa hadapan. Dalam laporannya kepada Akademi Sains Perancis, dia menulis: "Logam ini, putih dan berkilat, seperti perak, tidak menghitam di udara, boleh dicairkan, ditempa dan ditempa, dan juga mempunyai cahaya yang luar biasa, boleh menjadi sangat berguna jika kita boleh mencari cara mudah untuk "Jika kita ingat lagi bahawa logam ini adalah sangat biasa, bahawa bijihnya adalah tanah liat, maka seseorang hanya boleh berharap bahawa ia akan mendapat aplikasi yang luas." Jongkong aluminium pertama yang diperoleh oleh Deville telah ditunjukkan di Pameran Dunia Paris pada tahun 1855 dan menimbulkan minat yang besar. Pada tahun 1856, di kilang Tissier brothers di Rouen, Deville menganjurkan perusahaan perindustrian pertama untuk pengeluaran aluminium. Pada masa yang sama, kos 1 kg aluminium pada mulanya ialah 300 franc. Beberapa tahun kemudian adalah mungkin untuk mengurangkan harga jualan kepada 200 franc setiap 1 kg, tetapi ia masih kekal tinggi. Aluminium pada masa ini digunakan sebagai logam separa berharga untuk pengeluaran pelbagai perhiasan, dan ia juga mendapat beberapa populariti dalam bentuk ini kerana warna putih dan bersinar yang menyenangkan. Walau bagaimanapun, apabila kaedah kimia untuk mengasingkan aluminium bertambah baik, harganya jatuh selama bertahun-tahun. Contohnya, sebuah loji di Albury (England) pada pertengahan 80-an. menghasilkan sehingga 250 kg aluminium sehari dan menjualnya pada harga 30 syiling sekilogram, dengan kata lain, harganya telah menurun sebanyak 30 kali ganda dalam 25 tahun. Sudah pada pertengahan abad ke-1854, beberapa ahli kimia menunjukkan bahawa aluminium boleh dihasilkan melalui elektrolisis. Pada tahun XNUMX, Bunsen memperoleh aluminium melalui elektrolisis aluminium klorida cair. Hampir serentak dengan Bunsen, Deville memperoleh aluminium dengan cara elektrolitik. Radas Deville terdiri daripada pijar porselin P yang dimasukkan ke dalam mangkuk tanah liat berliang H dan dilengkapi dengan penutup D, di mana terdapat celah untuk pengenalan elektrod platinum K dan lubang besar untuk bekas tanah liat berliang R. Di bahagian kedua. telah diletakkan rod karbon A, yang merupakan elektrod positif. Bekas pijar dan tanah liat telah diisi pada tahap yang sama dengan aluminium berganda cair dan natrium klorida (klorida berganda disediakan dengan mencampurkan dua bahagian aluminium klorida kering dan garam meja). Selepas merendam elektrod, sudah pada arus yang rendah, penguraian klorida berganda bermula dalam cair, dan aluminium logam dilepaskan pada plat platinum. Walau bagaimanapun, pada masa itu adalah mustahil untuk berfikir tentang mengekalkan sebatian dalam keadaan cair, hanya menggunakan pemanasan melalui laluan arus. Ia adalah perlu untuk mengekalkan suhu yang diperlukan dengan cara lain dari luar. Keadaan ini, serta hakikat bahawa elektrik adalah sangat mahal pada tahun-tahun itu, menghalang penyebaran kaedah pengeluaran aluminium ini. Keadaan untuk penyebarannya timbul hanya selepas kemunculan penjana DC yang berkuasa. Pada tahun 1878, Siemens mencipta relau arka elektrik, yang digunakan terutamanya dalam peleburan besi. Ia terdiri daripada cawan karbon atau grafit, yang merupakan satu tiang. Kutub kedua ialah elektrod karbon yang terletak di atas, yang bergerak di dalam mangkuk pijar dalam satah menegak untuk mengawal mod elektrik. Apabila pijar diisi dengan cas, ia dipanaskan dan dicairkan sama ada oleh arka elektrik atau disebabkan oleh rintangan cas itu sendiri apabila arus melaluinya. Tiada sumber haba luaran diperlukan untuk relau Siemens. Penciptaan relau ini merupakan peristiwa penting bukan sahaja untuk ferus, tetapi juga untuk metalurgi bukan ferus. Sekarang semua syarat untuk kaedah elektrolitik pengeluaran aluminium tersedia. Ia kekal sebagai masalah membangunkan teknologi proses. Secara umumnya, aluminium boleh diperolehi terus daripada alumina, tetapi kesukarannya ialah aluminium oksida adalah sebatian yang sangat refraktori, yang bertukar menjadi cecair pada suhu kira-kira 2050 darjah. Untuk memanaskan alumina kepada suhu ini dan kemudian mengekalkannya semasa tindak balas, sejumlah besar elektrik diperlukan. Pada masa itu, kaedah ini kelihatan tidak munasabah mahal. Ahli kimia mencari cara yang berbeza, cuba mengasingkan aluminium daripada bahan lain yang kurang refraktori. Pada tahun 1885, masalah ini diselesaikan secara bebas oleh orang Perancis Héroult dan Dewan Amerika. Adalah aneh bahawa kedua-duanya berusia 22 tahun pada masa mereka membuat penemuan cemerlang mereka (kedua-duanya dilahirkan pada tahun 1863). Dari usia 15 tahun, selepas dia berkenalan dengan buku Deville, Heroux sentiasa memikirkan aluminium. Beliau membangunkan prinsip asas elektrolisis semasa masih pelajar, pada usia 20 tahun. Pada tahun 1885, selepas kematian bapanya, Héroux mewarisi sebuah penyamakan kulit kecil berhampiran Paris dan segera memulakan eksperimen. Dia membeli penjana elektrik Gram dan mula-mula cuba menguraikan larutan akueus garam aluminium dengan arus elektrik. Setelah gagal dalam laluan ini, dia memutuskan untuk mengelektrolisis kriolit cair, mineral yang mengandungi aluminium (rumus kimia kriolit ialah Na3AlF6). Heru memulakan eksperimennya dalam pijar besi, yang berfungsi sebagai katod, dan anod adalah rod karbon yang dicelup ke dalam cair. Pada mulanya, tiada apa yang menjanjikan kejayaan. Apabila arus dialirkan, besi pijar bertindak balas dengan kriolit, membentuk aloi lebur rendah. Pisau itu cair dan isinya tertumpah. Eru tidak memperoleh sebarang aluminium dengan cara ini. Walau bagaimanapun, kriolit adalah bahan mentah yang sangat menggoda kerana ia cair pada suhu hanya 950 darjah. Eru datang dengan idea bahawa leburan mineral ini boleh digunakan untuk melarutkan lebih banyak garam aluminium tahan api. Ia adalah idea yang sangat membuahkan hasil. Tetapi garam apa yang harus saya pilih untuk eksperimen? Heru memutuskan untuk memulakan dengan yang telah lama berkhidmat sebagai bahan mentah untuk pengeluaran kimia aluminium - dengan aluminium berganda dan natrium klorida. Dan kemudian ralat berlaku semasa eksperimen, yang membawanya kepada penemuan yang luar biasa. Setelah mencairkan kriolit dan menambahkan aluminium berganda dan natrium klorida padanya, Heroux tiba-tiba menyedari bahawa anod karbon mula terbakar dengan cepat. Terdapat hanya satu penjelasan untuk ini - semasa elektrolisis, oksigen mula dibebaskan di anod, yang bertindak balas dengan karbon. Tetapi dari mana oksigen boleh datang? Eru mengkaji dengan teliti semua reagen yang dibeli dan kemudian mendapati bahawa klorida berganda terurai di bawah pengaruh lembapan dan bertukar menjadi alumina. Kemudian segala yang berlaku menjadi jelas kepadanya: aluminium oksida (alumina) dilarutkan dalam kriolit cair dan molekul Al2O3 hancur menjadi ion aluminium dan oksigen. Selanjutnya, semasa elektrolisis, ion oksigen bercas negatif menyerahkan elektronnya kepada anod dan dikurangkan kepada oksigen kimia. Tetapi dalam kes ini, bahan apakah yang dikurangkan pada katod? Ia hanya boleh menjadi aluminium. Menyedari perkara ini, Eru sengaja menambah alumina pada leburan kriolit dan dengan itu memperoleh manik aluminium logam di bahagian bawah mangkuk pijar. Oleh itu, kaedah untuk menghasilkan aluminium daripada alumina yang dilarutkan dalam kriolit, yang masih digunakan hari ini, ditemui. (Cryolite tidak mengambil bahagian dalam tindak balas kimia, kuantitinya tidak berkurangan semasa elektrolisis - ia digunakan di sini hanya sebagai pelarut. Prosesnya adalah seperti berikut: alumina secara berkala ditambah kepada cair kriolit dalam bahagian; akibat daripada elektrolisis, oksigen dibebaskan di anod, dan aluminium di katod. ) Dua bulan kemudian, kaedah yang sama untuk menghasilkan aluminium telah ditemui oleh American Hall.
Héroux menerima paten pertama untuk ciptaannya pada April 1886. Di dalamnya, dia belum lagi meninggalkan pemanasan luaran mandi elektrolit untuk mengekalkan suhu cair yang dikehendaki. Tetapi pada tahun berikutnya dia mengeluarkan paten kedua untuk kaedah menghasilkan gangsa aluminium, di mana dia meninggalkan pemanasan luaran dan menulis bahawa "arus elektrik menghasilkan haba yang mencukupi untuk mengekalkan alumina dalam keadaan cair."
Oleh kerana tiada seorang pun di Perancis berminat dengan penemuannya, Heroux pergi ke Switzerland. Pada tahun 1887, Syarikat Sons of Neger menandatangani kontrak dengannya untuk menjual ciptaannya. Tidak lama kemudian Persatuan Metalurgi Swiss telah ditubuhkan, yang di kilang Neuhausen melancarkan pengeluaran gangsa aluminium pertama dan kemudian aluminium tulen. Pemasangan industri untuk elektrolisis aluminium, serta keseluruhan teknologi pengeluaran, telah dibangunkan oleh Eru. Dapur itu adalah kotak besi yang dipasang secara berasingan di atas tanah. Permukaan bahagian dalam tab mandi ditutup dengan plat karbon tebal, yang berfungsi sebagai elektrod negatif (katod). Elektrod positif (anod), yang merupakan bungkusan rod karbon, diturunkan ke dalam tab dari atas. Elektrolisis berlaku pada arus yang sangat tinggi (kira-kira 4000 ampere), tetapi pada voltan rendah (hanya 12-15 volt). Kekuatan semasa yang tinggi, seperti yang dinyatakan dalam bab sebelumnya, membawa kepada peningkatan suhu yang ketara. Kriolit cepat cair dan tindak balas pengurangan elektrokimia bermula, di mana logam aluminium terkumpul di atas lantai karbon tab mandi. Sudah pada tahun 1890, kilang di Neuhausen menerima lebih 40 tan aluminium, dan tidak lama kemudian mula menghasilkan 450 tan aluminium setahun. Kejayaan Swiss memberi inspirasi kepada industrialis Perancis. Sebuah persatuan kejuruteraan elektrik telah ditubuhkan di Paris, yang pada tahun 1889 menjemput Er untuk menjadi pengarah kilang aluminium yang baru diasaskan. Beberapa tahun kemudian, Eru mengasaskan beberapa lagi peleburan aluminium di bahagian yang berlainan di Perancis, di mana tenaga elektrik yang murah tersedia. Harga aluminium secara beransur-ansur jatuh berpuluh kali ganda. Perlahan-lahan tetapi tetap, logam yang indah ini mula memenangi tempatnya dalam kehidupan manusia, tidak lama lagi menjadi seperti besi dan tembaga, yang dikenali sejak zaman purba. Pengarang: Ryzhov K.V.
▪ Dinamit
Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan
15.04.2024 Petgugu Global kotoran kucing
15.04.2024 Daya tarikan lelaki penyayang
14.04.2024
▪ Optimisme tidak wujud sejak lahir ▪ Otak mengenali sentuhan walaupun di luar badan
▪ bahagian tapak: kawalan nada dan kelantangan. Pemilihan artikel ▪ artikel Perakaunan dan kawalan. Ungkapan popular ▪ artikel Perang mana yang secara rasmi berlangsung lebih daripada 2000 tahun? Jawapan terperinci ▪ Pasal Florentine iris. Legenda, penanaman, kaedah aplikasi ▪ Artikel Antena UHF. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik ▪ artikel How Walkers Walk. eksperimen fizikal
Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web
www.diagram.com.ua |
Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian 
Lihat artikel lain bahagian 
Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:
Semua bahasa halaman ini