Очерки по истории металлургии легких металлов

Беляев А.И.

Металлургиздат, 1950 г.

ЗАРОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗА И ЭЛЕКТРОТЕРМИИ

Начало развития металлургииалюминия и других легких металлов как научной дисциплины и отрасли промышленностисвязано с XIX столетием, которое ознаменовалось решением ряда проблем в области электротехники, электрохимии и электрометаллургии.

На рубеже XVIII и XIX столетий наука получила в свое распоряжение первый источник электрического тока — вольтов столб.

В 1802 году знаменитый русский физик, академик Василий Владимирович Петров (1761—1834) с помощью грандиозного вольтова столба — «огромной наипаче бат-тереи» подверг электролизу воду и тогда же открыл электрическую дугу, впервые применив ее для восстановлении некоторых металлов из их окислов.

Таким образом, в лице В. В. Петрова наша страна имела не только первого русского электротехника, как его справедливо называют, но и первого русского электрохимика и электрометаллурга.

В 1803 году в Петербурге вышла (написанная в 1802 году) книга В. В. Петрова «Известие о гальвани-вольтов-ских опытах, которые производил профессор физики Василий Петров посредством огромной наипаче баттер^т, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков и находящейся при Санкт-Петербургской Медико-Хирургической Академии» (рис. 3).

В статье III этой книги «О разложении воды, алкоголя и выжатых масел посредством металлов, некоторых других тел и гальвани-вольтовской жидкостью» (электрическим током — А. Б.) В. В. Петровым дано описание опытов над электролизом воды, спирта и масел в вольтаметре. Им изучено было, в частности, влияние температуры на этот процесс.

В статье VII, озаглавленной «О расплавлении и сжиганииметаллов и многих других горючих тел, также о превращении в металлы некоторых металлических окислов посредством гальвани-вольтовской жидкости», В. В. Петров приводит описание открытой им электрической дуги и своими опытами показывает на возможность применения ее для целей электрометаллургии.

«Естьли на стеклянную пластинку, — пишет В. В. Петров, — или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля, способных для произведения светоносных явлений посредством гальвани-вольтовской жидкости, и естьли потом металлическими направителями (проводниками — А. Б.), сообщенными с обоими полюсами огромной баттереи, приближать оные один к другому на расстоянии от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли быстрее или медленнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен быть может».

Исследуя затем процессы, происходящие с окислами металлов в пламени электрической дуги, В. В. Петров впервые указал на возможность применения электрического тока для получения металлов.

«Напоследок, — пишет В. В. Петров, — посредством огня, сопровождающего течение гальвани-вольтовской жидкости, при употреблении огромной баттереи, пытал я превращать красные свинцовый и ртутный, также сероватый оловянный оксиды в металлический вид; следствия же этих опытов были такие, что упомянутые оксиды, смешанные с порошком древесных углей, салом и выжатыми маслами, при сгорании сих горючих тел иногда с пламенем, принимали металлический вид».

Электролизом расплавленных едких щелочей в 1807 году Дэви были получены в свободном состоянии металлические калий и натрий, примененные затем в свою очередь для выделения алюминия, магния, бериллия и других легких металлов.

Электролиз и электротермическое восстановление в последующем стали основными процессами в металлургии этой группы металлов.

В 1859 году харьковский профессор Василий Иванович Лапшин (1819—1888) произвел весьма важные для того времени опыты с мощной гальванической батареей. В. И. Лапшин явился одним из пионеров в области электротермии и ЭЛЕКТРОЛИЗА расплавленных сред.

Результаты своих опытов он сообщил в письме к академику Э. X. Ленцу, а в 1862 г. в «Бюллетене Российской Академии Наук» была опубликована статья, представляющая выдержки из этого письма. Статья сопровождалась небольшим предисловием акад. Ленца, где последний между прочим писал: «Я избрал следующие химические данные потому, что, как новые, они представляют интерес и для иностранных ученых». Акад. Ленц таким образом подчеркнул новизну этих опытов не только для России, но и для заграницы.

Пользуясь батареей из 950 элементов, В. И. Лапшин разложил электрическим током кремнекислоту. В своей работе он писал: «Нормальный силицид был истолчен в мелкий порошок и сильно нагрет в платиновом тигле при самом ближайшем расстоянии электродов (около 1 мм). Сначала не было заметно прохождения тока, но потом вся масса вспыхнула, дно тигля пробурилось со стороны цинкового полюса и с частью электрода образовался платиновый шарик. Сплавленная платиновая масса при анализе оказалась содержащею значительное количество кремния, следовательно, разложение силицида происходило».

Таким же путем В. И. Лапшину удалось разложить и окись цинка: «При сильном нагревании сухой окиси цинка ток от 370 элементов уже вполне начал проходить. Разложение шло деятельно. Цинк, восстанавливаясь, загорался. Впрочем разложение происходило даже при действии 60 элементов. При 20 элементах действие было, но слабое».

Далее В. И. Лапшин подверг электролизу расплавленные сульфиды. Так, об опытах по разложению сернистой сурьмы он писал: «Сорок элементов действуют сильно, десять элементов также действуют, но только при нагревании массы. Сера выделялась на угольном полюсе и тотчас загоралась. По бокам сосуда виден налет окиси сурьмы». Аналогичные результаты были получены- также при электролизе реальгара (сернистого мышьяка): «Разложение началось только при 260 элементах. Действию тока заметно споспешествовало нагревание. Продукты разложения — Сера и мышьяк — при своем появлении загорались, превращаясь в мышьяковистую и сернистую кислоты».

Описанные работы проф. В. И. Лапшина по электролизу расплавленных солей представляют исключительный интерес, как одно из первых исследований в этой области. Всего лишь за несколько лет до работы В. И. Лапшина электролиз расплавленного хлоридаалюминия (1854) был применен в лабораторных условиях для получения металлического алюминия.

В 1867 году была изобретена динамомашина, открывшая возможность длительного получения больших количеств электрической энергии.

Однако, создание мощных источников электроэнергии, необходимых для развития металлургии легких металлов, сделалось реальным только после открытия в 1889 году выдающимся русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским (1862—1919) электрического трехфазного тока.

Это сделало возможным практически осуществить передачуэлектроэнергии на большие расстояния с высоким коэфициентом полезного действия и стало предпосылкой для строительства крупных электростанций, а следовательно, и широкого внедрения электричества в технологические процессы, в частности, в металлургиюалюминия и других легких металлов.