По объему мирового производства алюминий занимает второе место после железа. Еще недавно его называли крылатым металлом. В основном из алюминиевых сплавов сделаны самолеты ИЛ-18, ТУ-134, ИЛ-62, «Антей» и др. Из сплавов алюминия изготавливают корпуса ракет. Но в области «крылатой техники» алюминий сдает свои позиции: сверхзвуковая авиация (например, англо-французский «Конкорд» и другие воздушные корабли) используют сплавы жаропрочных металлов. Алюминий завоевывает признание как строительный материал: конструкции из алюминиевых сплавов, крыши и оконные рамы в зданиях, внутренняя отделка современных станций метро.
Путь человека к алюминию был очень долгим.
Около 1900 лет назад Плиний Старший впервые назвал квасцы, применявшиеся для протравки при окраске тканей, «алумен». Спустя 1500 лет швейцарский натуралист Парацельс установил, что в состав квасцов входит оксид алюминия, который назвали глиноземом, а в 1556 г., через 15 лет после смерти Парацельса, глинозем был получен уже в чистом виде. В XVII в. химики пытались выделить из квасцов новый неизвестный металл. Английский исследователь Г. Деви получил сплав алюминия с железом и дал ему имя — алюминий. Впервые же чистый алюминий был извлечен из боксита датским ученым Г. Эрстедом в 1825 г. В 1854 г. французский химик С.-К. Девилл разработал промышленную технологию получения алюминия, а русский химик Н. Н. Бекетов в 1865 г. усовершенствовал ее. И все же еще в 60-е гг. прошлого века алюминий причислялся к редким и даже «драгоценным» металлам и стоил дороже золота. Промышленно доступным он стал только после открытия электролитического способа (1886 г., авторы француз П. Эру и американец Ч. Холл). И хотя в 1890 г. в мире выплавили 193 т алюминия, цена на него была еще высокой и составляла 45000 тыс. руб. золотом за 1 т, а сегодня она несколько больше 1500 дол.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета, легкий (плотность 2,7 г/см3), его температура плавления 660 °С, кипения — 2486 °С. Металл характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, хорошей пластичностью, механической прочностью, антикоррозийностью. Все эти свойства алюминия сохраняются и в сплавах. Сплавливается со всеми металлами, кроме свинца (дюралюминий, магнал, электрон, кольчугалюминий, силумин и др.). Важнейшими промышленными сплавами являются дюралюминий (помимо алюминия в него включены до 3,4—4 % меди и по 0,5 % марганца и магния), силумин (алюминий и кремнезем). Алюминий и его сплавы применяются в автомобильной промышленности (масса алюминиевых деталей в каждом автомобиле от 70 до 100 кг), в производстве железнодорожных вагонов, вагонов метро, автоцистерн, речных и морских судов, при сооружении мостов, для изготовления нефтяных и буровых вышек, ЛЭП, трубопроводов (работающих в морской воде), газопроводов, стрел подъемных кранов, строительных лесов, в электропромышленности. Используются они и в атомных реакторах для изготовления защитной оболочки тепловыделяющих элементов, трубопроводов и других вспомогательных конструкций горячей зоны реакторов.
Созданы ткани с алюминиевым покрытием, пропускающие свет, но задерживающие тепло. Эти ткани можно широко использовать для пошива производственной одежды.
Многочисленны «профессии» алюминия. Из алюминия и его сплавов изготавливают более 500 тысяч изделий. В электропромышленности, например, 1 т алюминия заменяет 2 т меди или 4 т свинца, идущих на обмотку моторов, трансформаторов, на изготовление кабелей и проводов линий высоковольтных передач. В виде порошка металл используется для ракетного топлива (США).
Поскольку блеск металлического алюминия не уступает ни серебру, ни ртути, зеркала крупных телескопов покрывают сейчас уже не серебром, а распыляют на них алюминий, отражательная способность которого уникальна. Алюминием с чистотой «пять девяток» (особо чистый) покрыто главное зеркало самого большого в мире советского шестиметрового оптического телескопа.
Алюминий самый распространенный металл (его кларк составляет 8,13 %). Он входит в состав почти всех пород, но промышленные скопления образуются нечасто. Основным источником алюминия служат бокситы (до 28—70 % глинозема), в состав которых входят минералы диаспор, бёмит (до 85 % глинозема), гидраргиллит (65,4 % глинозема). Название диаспор происходит от греческого — рассыпаться (минерал растрескивается при нагревании); минерал бёмит назван в честь И. Бёма, немецкого геолога, впервые исследовавшего этот минерал методом рентгеновской дифракции.
В Советском Союзе в последние десятилетия разработаны технологические способы получения металла из нефелинов (содержат до 35 % глинозема) и алунитов (до 37 % глинозема). Это производство в промышленном масштабе освоено впервые в мировой практике в СССР в 1949 г. на базе нефелиновых руд Кольского полуострова на Волховском алюминиевом заводе.
При их переработке получают не только алюминий, но и цемент, соду (из 1 т глинозема вырабатывают 0,9 т содопоташной смеси, 10 т цемента, стоимость которых в 2—3 раза меньше, чем стоят эти продукты на специальных цементных и содовых заводах), а при производстве 1 т глинозема из алунитов — 10,5 т серной кислоты, сульфат калия, хлористый натрий и другие продукты.
В последние годы разработан электротехнический способ получения алюминия из силлиманитовых, андалузитовых, кианитовых кристаллических сланцев (до 63 % глинозема), гнейсов и каолинов. За рубежом (США, ФРГ) имеются опытные предприятия по производству алюминия из низкосортных глин, содержащих металл в пределах 6—10 %, что соответствует его кларку.
Боксит — назван по месту первоначальной его находки у французской деревни Ле-Бо (в Провансе). Нефелин (алюмосиликат) в переводе с греческого — облако (при взаимодействии с азотной кислотой дает «облако» кремнезема). Иногда его еще называют масляный камень (или элеолит) — за характерный жирный блеск. Алунит (сульфат алюминия) вначале назывался алюминилитом (алюминиевым камнем), а затем название это сократилось до алюнита и превратилось в более удобное — алунит.
Бокситовые месторождения образуются в результате экзогенных процессов (осадочные и остаточные месторождения) и только в условиях влажного теплого (тропического) климата, когда усиливается глубокое химическое выветривание горных пород, содержащих повышенное количество алюминия. При этом происходит вынос химически подвижных соединений и накопление на месте практически неподвижных соединений алюминия, железа, марганца, титана или кварцевых зерен. В зависимости от преобладания того или иного элемента образуются остаточные месторождения определенного вида. Поэтому при поисках месторождений важно бывает знать три момента: климатические условия прошлого на данной территории, состав и возраст горных пород на изучаемой территории и конкретную обстановку времени накопления рудной толщи.
Бокситы имеют преимущественно латеритное происхождение и представляют собой смесь гидрооксидов алюминия — гидраргиллита, бёмита и диаспора. Встречаются в виде трех разновидностей: каменистой, рыхлой, глиноподобной. Чаще всего по цвету эти породы красные и темно-красные. И еще одна особенность: они имеют бобовое строение: внутри красной массы, в виде бобовых шариков разной величины, вкраплены образования более темного (темно-красного, темно-коричневого) цвета.
Нефелины генетически связаны с магматическими породами щелочного состава, а алуниты — с вулканическими породами, образовавшимися в областях молодого вулканизма; дистен, силлиманит, андалузит связаны с метаморфическими породами.
Среди многочисленных бокситовых месторождений в нашей стране наиболее известны Тихвинское (первое бокситовое месторождение страны, открыто в 1916 г.; истощено), Красная Шапочка (Североуральск), Южно-Уральское, Аркалыкское (Тургай), Майбалыкское (г. Целиноград), Северо-Онежское.
Интересна история открытия месторождения Красная Шапочка. В 1913 г. геолог Н. А. Коржавин, просматривая образцы руд, хранившиеся в 113 шкафах музея г. Краснотурьинска (на Урале), установил, что «убогие железные руды» Богословского района, открытые академиком Е. С. Федоровым еще в конце прошлого века, являются вовсе не железными рудами, а высококачественными бокситами, содержащими 47,5 % глинозема. Боксит этот имел форму шаровых красных образований величиною от 30 см до полуметра. Это и дало основание для названия месторождения Красная Шапочка.
Важнейшими нефелиновыми месторождениями являются Тутек-Деонасу (долина р. Вахш), Тежсарское (у Еревана), Горячегорское (Красноярский край), Вишневогорское (на Урале), Ишимское (в Казахстане), Покрово-Киреевское (Приазовье) и другие. Среди алунитовых месторождений выделяются два — Загликское (Армения) и Босога (Казахстан).
Месторождения алюминиевого сырья известны в Югославии (общие запасы до 0,2 млрд. т), Китае (около 0,2), Румынии, Венгрии (до 0,2 млрд. т). Важнейшие рудоносные районы с высококачественными бокситами в Венгрии — горы Баконь, Вертеш и Виллань; в Румынии — район Бихорских гор, нефелины в Восточных Карпатах. Среди месторождений бокситов в Китае наибольшие в низовье р. Хуанхэ, алунитов — крупные у г. Ухань и г. Нанкина.
Общие запасы бокситов, подсчитанные в 1987 г. в недрах 40 несоциалистических стран, составили 60 млрд. т (суммарные ресурсы — 76 млрд. т), подтвержденные запасы — 28 млрд. т. Львиная доля общих запасов размещена в (млрд. т): в Гвинее (21), Бразилии (около 6), Австралии (5,5), Индии (3,5), Мали (2,2), Камеруне и Суринаме (по 2), на Ямайке. В каждой из этих стран выделяются по два-три уникальных месторождения.
Современная металлургия алюминия основана на электролизе постоянным током глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Из 4 т боксита получают примерно 1 т металлического алюминия и до 3 других полезных материалов, при этом расходуется до 15—18 тыс. кВт-ч электроэнергии, что превышает ее удельный расход на выплавку рафинированных меди и свинца в 5—10 раз. Но существует и электротермический способ производства алюминия, основанный на восстановлении алюминия углеродом при температуре выше 2100 °С с образованием карбида алюминия.
Мировая выплавка первичного алюминия в 1986 г. составила по зарубежным данным 15,6 млн. т, в том числе в СССР 2,3 млн. т. В развитых капиталистических и развивающихся странах добыча бокситов осуществлялась в 34 государствах (в Австралии в 1986 г. было из 73,3 добыто 32,4 млн. т), откуда это сырье вывозилось в другие страны.
Цена на первичный алюминий в США составляет 1600 дол. за 1 т. Цена на бокситы равна 2 % стоимости первичного алюминия (30 дол. за 1 т), на глинозем до 350 дол. за 1 т.
Источник: В.Д. Войлошников, Н.А. Войлошникова. Книга о полезных ископаемых. Издательство «Недра». Москва. 1991