|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
điện phân nhôm. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Cuộc sống hiện đại không thể được tưởng tượng mà không có nhôm. Kim loại sáng bóng này, một chất dẫn điện tuyệt vời, đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau trong những thập kỷ gần đây. Trong khi đó, người ta biết rằng nhôm không xuất hiện trong tự nhiên ở dạng tự do, và cho đến thế kỷ XNUMX, khoa học thậm chí còn không biết về sự tồn tại của nó. Chỉ trong một phần tư cuối của thế kỷ XNUMX, vấn đề sản xuất công nghiệp của kim loại nhôm ở dạng tự do mới được giải quyết. Đây là một trong những thành tựu lớn nhất của khoa học và công nghệ thời kỳ này, mà có lẽ chúng ta vẫn chưa đánh giá hết ý nghĩa của nó.
Về hàm lượng trong vỏ trái đất, nhôm đứng đầu trong số các kim loại và đứng thứ ba trong số các nguyên tố khác (sau ôxy và silic). Vỏ trái đất có 8% nhôm (chúng ta lưu ý để so sánh rằng hàm lượng sắt trong đó là 8%, đồng - 4% và vàng - 2%). Tuy nhiên, kim loại phản ứng này không thể tồn tại ở trạng thái tự do và chỉ được tìm thấy ở dạng các hợp chất khác nhau và rất đa dạng. Phần lớn của chúng được bao gồm bởi nhôm oxit (Al0O003). Mỗi người trong chúng ta đều đã gặp hợp chất này hơn một lần - trong cuộc sống hàng ngày, nó được gọi là alumina, hay đơn giản là đất sét. Đất sét chứa khoảng một phần ba oxit nhôm và là một nguyên liệu tiềm năng để sản xuất nó. Toàn bộ khó khăn là khôi phục nhôm (lấy đi oxy từ nó). Rất khó để đạt được điều này về mặt hóa học, vì ở đây liên kết giữa hai nguyên tố rất mạnh. Ngay từ lần đầu tiên làm quen với nhôm đã chứng minh rõ ràng tất cả những khó khăn mà các nhà khoa học mong đợi trên đường đi. Năm 1825, nhà vật lý người Đan Mạch Hans Oersted là người đầu tiên thu được nhôm kim loại ở trạng thái tự do khỏi oxit của nó. Để làm được điều này, trước hết Oersted trộn alumin với than, đun nóng hỗn hợp này rồi cho clo đi qua. Kết quả là nhôm clorua (AlCl3). Vào thời điểm đó, người ta đã biết rằng các kim loại hoạt động hơn về mặt hóa học có thể thay thế các kim loại kém hoạt động hơn khỏi muối của chúng. Cho nhôm clorua tiếp xúc với tác dụng của kali hòa tan trong thủy ngân (hỗn hống kali) và thu được hỗn hống nhôm (bằng cách đun nóng nhanh nhôm clorua với hỗn hống kali, kali clorua được tạo thành, còn nhôm đi vào dung dịch). Cho hỗn hợp này vào quá trình chưng cất, Oersted đã cô lập được những thỏi nhôm nhỏ. Theo một cách hơi khác, nhôm được nhà hóa học người Đức Wöhler thu được vào năm 1827, người đã cho một cặp nhôm clorua qua kali kim loại (trong trường hợp này, như trong phản ứng Oersted về mặt hóa học, kali hoạt động hơn đã thay thế nhôm và bản thân nó kết hợp với clo ). Nhưng cả hai phương pháp này đều không thể được sử dụng trong công nghiệp, vì kali rất đắt được sử dụng ở đây để khử nhôm. Sau đó, nhà vật lý người Pháp Saint-Clair-Deville đã phát triển một quy trình hóa học khác để thu nhận nhôm, thay thế kali bằng natri rẻ hơn nhưng vẫn khá đắt. (Bản chất của phương pháp này là nhôm clorua được đun nóng với natri, chất này sẽ thay thế nhôm khỏi muối, khiến nó nổi bật dưới dạng các hạt nhỏ.) Trong vài thập kỷ, nhôm đã được thu được theo cách này.
Nghiên cứu các đặc tính của nhôm, Deville đi đến kết luận rằng nó có thể có tầm quan trọng lớn đối với công nghệ trong tương lai. Trong báo cáo của mình với Viện Hàn lâm Khoa học Pháp, ông viết: "Kim loại này, màu trắng và sáng bóng như bạc, không bị đen trong không khí, có thể nấu chảy, rèn và vẽ, và hơn nữa, nó rất nhẹ, có thể rất hữu ích. Nếu bạn có thể tìm thấy một cách đơn giản Nếu chúng ta nhớ lại rằng kim loại này cực kỳ phổ biến, rằng quặng của nó là đất sét, thì người ta chỉ có thể ước rằng nó có ứng dụng rộng rãi. Những thỏi nhôm đầu tiên mà Deville thu được đã được trưng bày tại triển lãm thế giới ở Paris năm 1855 và đã khơi dậy sự quan tâm sống động nhất. Năm 1856, tại nhà máy của anh em nhà Tissier ở Rouen, Deville đã tổ chức xí nghiệp công nghiệp đầu tiên sản xuất nhôm. Đồng thời, giá thành của 1 kg nhôm ban đầu bằng 300 franc. Một vài năm sau, giá bán đã giảm xuống còn 200 franc trên 1 kg, nhưng nó vẫn ở mức đặc biệt cao. Vào thời điểm đó, nhôm được sử dụng như một kim loại bán quý để sản xuất các đồ trang sức khác nhau, và ở dạng này, nó thậm chí còn trở nên phổ biến vì màu trắng và độ bóng dễ chịu của nó. Tuy nhiên, khi các phương pháp hóa học để chiết xuất nhôm được cải thiện, giá của nó đã giảm trong những năm qua. Ví dụ, một nhà máy ở Albury (Anh) vào giữa những năm 80. sản xuất tới 250 kg nhôm mỗi ngày và bán với giá 30 shilling / kg, nói cách khác, giá của nó đã giảm 30 lần trong vòng 25 năm. Vào giữa thế kỷ 1854, một số nhà hóa học đã chỉ ra rằng nhôm có thể thu được bằng cách điện phân. Năm XNUMX, Bunsen thu được nhôm bằng cách điện phân một nhôm clorua nóng chảy. Gần như đồng thời với Bunsen, Deville nhận được nhôm bằng phương pháp điện phân. Thiết bị của Deville bao gồm một chén sứ P được chèn vào một chén nung đất sét xốp H và có nắp đậy D, nắp này có một khe để đặt điện cực platin K và một lỗ mở lớn cho một bình đất xốp R. Trong cái sau được đặt. một thanh cacbon A, là điện cực dương. Chén nung và bình đất nung được lấp đầy đến cùng mức bằng clorua kép nóng chảy của nhôm và natri (clorua kép thu được bằng cách trộn hai phần nhôm clorua khô và muối thông thường). Sau khi nhúng các điện cực, ngay cả ở dòng điện thấp, sự phân hủy của clorua kép bắt đầu nóng chảy, và nhôm kim loại kết tủa trên tấm platin. Tuy nhiên, vào thời điểm đó thậm chí không thể nghĩ đến việc giữ các hợp chất ở trạng thái nóng chảy, chỉ sử dụng sưởi ấm trong thời gian dòng điện chạy qua. Nó là cần thiết để duy trì nhiệt độ cần thiết theo một cách khác từ bên ngoài. Hoàn cảnh này, cũng như thực tế là điện rất đắt trong những năm đó, đã ngăn cản sự phổ biến của phương pháp sản xuất nhôm này. Các điều kiện để phân phối nó chỉ nảy sinh sau khi xuất hiện các máy phát điện một chiều mạnh mẽ. Năm 1878, Siemens phát minh ra lò điện hồ quang, chủ yếu được sử dụng trong quá trình nấu chảy sắt. Nó bao gồm một chén nung cacbon hoặc than chì, là một cực. Cực thứ hai là một điện cực carbon nằm trên đỉnh, di chuyển bên trong nồi nấu theo một mặt phẳng thẳng đứng để điều khiển chế độ điện. Khi đổ đầy điện tích vào chén, nó bị đốt nóng và nóng chảy do hồ quang điện hoặc do điện trở của chính điện tích khi có dòng điện chạy qua. Không cần nguồn nhiệt bên ngoài cho lò Siemens. Việc tạo ra lò này là một sự kiện quan trọng không chỉ đối với kim loại đen, mà còn đối với luyện kim màu. Bây giờ tất cả các điều kiện cho phương pháp điện phân sản xuất nhôm đã được đặt ra. Đó là vào sự phát triển của công nghệ quy trình. Nói chung, nhôm có thể được lấy trực tiếp từ alumin, nhưng khó khăn là alumin là một hợp chất rất chịu lửa, trở thành chất lỏng ở nhiệt độ khoảng 2050 độ. Để nung alumin đến nhiệt độ này và sau đó duy trì nó trong quá trình phản ứng, cần một lượng điện rất lớn. Vào thời điểm đó, phương pháp này có vẻ tốn kém một cách phi lý. Các nhà hóa học đang tìm một cách khác, cố gắng tách nhôm khỏi một số chất khác kém chịu lửa hơn. Năm 1885, vấn đề này đã được giải quyết một cách độc lập bởi Héroux người Pháp và Hội trường người Mỹ. Điều tò mò là cả hai vào thời điểm họ đã có những khám phá xuất sắc, đều 22 tuổi (cả hai đều sinh năm 1863). Eru, từ khi 15 tuổi, sau khi làm quen với cuốn sách của Deville, đã không ngừng suy nghĩ về nhôm. Ông đã phát triển các nguyên tắc cơ bản của quá trình điện phân khi vẫn còn là một sinh viên ở tuổi 20. Năm 1885, sau cái chết của cha mình, Héroux được thừa kế một xưởng da nhỏ gần Paris và ngay lập tức bắt tay vào làm việc. Ông mua một máy phát điện Gramma và lần đầu tiên thử phân hủy dung dịch nước của muối nhôm bằng dòng điện. Thất bại trên con đường này, ông quyết định điện phân cryolit nóng chảy - một loại khoáng chất bao gồm nhôm (công thức hóa học của cryolit là Na3AlF6). Eru bắt đầu thí nghiệm của mình trong một cái chén bằng sắt, đóng vai trò là cực âm, và cực dương là một thanh than được hạ xuống nhiệt độ nóng chảy. Ban đầu, không có gì hứa hẹn thành công. Khi cho dòng điện chạy qua, sắt của chén nung phản ứng với criolit, tạo thành hợp kim nóng chảy. Chén nung chảy và chất trong nó tràn ra ngoài. Eru đã không thu được bất kỳ nhôm nào theo cách này. Tuy nhiên, cryolite là một nguyên liệu thô rất hấp dẫn, vì nó nóng chảy ở nhiệt độ chỉ 950 độ. Eru nảy ra ý tưởng rằng sự nóng chảy của khoáng chất này có thể được sử dụng để hòa tan nhiều muối nhôm chịu lửa hơn. Đó là một ý tưởng rất hiệu quả. Nhưng chọn loại muối nào để làm thí nghiệm? Eru quyết định bắt đầu với một loại nguyên liệu từ lâu đã được dùng làm nguyên liệu để sản xuất nhôm hóa học - với nhôm clorua kép và natri. Và sau đó, trong quá trình thử nghiệm, một sai sót đã xảy ra, khiến anh ta có một khám phá đáng chú ý. Sau khi nấu chảy criolit và thêm nhôm và natri clorua kép vào nó, Eru đột nhiên nhận thấy rằng cực dương cacbon bắt đầu cháy nhanh chóng. Chỉ có thể có một lời giải thích cho điều này - trong quá trình điện phân, oxy bắt đầu được giải phóng ở cực dương, phản ứng với cacbon. Nhưng oxy có thể đến từ đâu? Eru đã kiểm tra cẩn thận tất cả các thuốc thử đã mua và sau đó phát hiện ra rằng clorua kép bị phân hủy dưới ảnh hưởng của độ ẩm và biến thành alumin. Sau đó, mọi thứ đã xảy ra trở nên rõ ràng với anh ta: nhôm oxit (alumin) hòa tan trong criolit nóng chảy và phân tử Al2O3 bị phân hủy thành nhôm và ion oxy. Hơn nữa, trong quá trình điện phân, các ion ôxy mang điện tích âm hiến tặng các điện tử của chúng cho cực dương và bị khử thành ôxy hóa học. Nhưng trong trường hợp này, chất nào đã bị khử ở cực âm? Nó chỉ có thể là nhôm. Nhận ra điều này, Eru đã cố tình thêm alumin vào quá trình nấu chảy cryolit và do đó thu được các hạt nhôm kim loại ở đáy chén. Vì vậy, một phương pháp thu nhận nhôm từ alumin hòa tan trong criolit, được sử dụng cho đến ngày nay, đã được phát hiện. (Cryolit không tham gia vào phản ứng hóa học, lượng của nó không giảm trong quá trình điện phân - ở đây nó chỉ được sử dụng làm dung môi. Quá trình này diễn ra như sau: alumina được thêm định kỳ vào quá trình tan chảy cryolit theo từng phần; kết quả của quá trình điện phân, Oxy được giải phóng ở cực dương và nhôm ở cực âm.) Hai tháng sau, American Hall phát hiện ra phương pháp sản xuất nhôm giống hệt nhau.
Eru nhận được bằng sáng chế đầu tiên cho phát minh của mình vào tháng 1886 năm XNUMX. Trong đó, ông vẫn chưa từ bỏ hệ thống sưởi bên ngoài của bể điện phân để duy trì nhiệt độ nóng chảy mong muốn. Nhưng ngay năm sau, ông đã nhận được bằng sáng chế thứ hai cho phương pháp sản xuất đồng nhôm, trong đó ông từ chối sưởi ấm bên ngoài và viết rằng "dòng điện tạo ra đủ nhiệt để giữ cho alumin ở trạng thái nóng chảy."
Vì không ai ở Pháp quan tâm đến việc khám phá nó, Héroux đã rời đi Thụy Sĩ. Năm 1887, công ty Sons of Neger đã ký hợp đồng với ông để thực hiện phát minh của mình. Ngay sau đó, Hiệp hội luyện kim Thụy Sĩ được thành lập, tại nhà máy ở Neuhausen đã khởi động việc sản xuất đồng nhôm đầu tiên, và sau đó là nhôm nguyên chất. Nhà máy công nghiệp để điện phân nhôm, cũng như toàn bộ công nghệ sản xuất, được phát triển bởi Eru. Lò nung là một hộp sắt, nằm biệt lập trên mặt đất. Bề mặt của bồn tắm được bao phủ từ bên trong bằng các tấm carbon dày, đó là điện cực âm (cực âm). Từ trên cao, một điện cực dương (cực dương) được hạ xuống bồn tắm, đó là một gói các thanh cacbon. Quá trình điện phân diễn ra ở dòng điện rất mạnh (khoảng 4000 ampe), nhưng ở điện áp thấp (chỉ 12-15 vôn). Một dòng điện lớn, như đã được đề cập trong các chương trước, dẫn đến sự gia tăng đáng kể nhiệt độ. Cryolit nhanh chóng tan chảy và phản ứng khử điện hóa bắt đầu, trong đó kim loại nhôm được thu thập trên sàn than của bồn tắm. Vào năm 1890, nhà máy ở Neuhausen đã tiếp nhận hơn 40 tấn nhôm và sớm bắt đầu sản xuất 450 tấn nhôm mỗi năm. Thành công của người Thụy Sĩ đã truyền cảm hứng cho các nhà công nghiệp Pháp. Tại Paris, một xã hội điện được hình thành, vào năm 1889, Eru đề nghị trở thành giám đốc của nhà máy nhôm mới thành lập. Vài năm sau, Héroux thành lập thêm một số nhà máy nhôm ở các vùng khác nhau của Pháp, nơi có năng lượng điện rẻ. Giá nhôm giảm dần hàng chục lần. Từ từ nhưng ổn định, kim loại tuyệt vời này bắt đầu giành được vị trí của nó trong cuộc sống con người, sớm trở nên cần thiết như sắt và đồng, được biết đến từ thời cổ đại. Tác giả: Ryzhov K.V.
▪ Xe máy
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Cảm biến OMRON mới phát hiện hướng nghiêng ▪ Phôi hóa thạch lâu đời nhất được phát hiện ▪ Một cách an toàn và không tốn kém để phóng các vệ tinh nhỏ
▪ phần của trang web Truyền thông vô tuyến dân sự. Lựa chọn bài viết ▪ bài Tóm tắt các tác phẩm của văn học Nga thế kỉ XNUMX ▪ Bài viết Ánh sáng truyền đi nhanh như thế nào? đáp án chi tiết ▪ bài báo Trưởng phòng thống kê y tế nội các. Mô tả công việc ▪ bài viết Rơ le ổn áp. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này