Aluminium

Néha kékesbe játszó, de rendesen ezüstfehér, porrá törve pedig szürke színű fém. Különösen szép ezüstfehér felület keletkezik akkor, ha a fémet alacsony hőmérsékletnél homokba v. gyors lehűtés céljából fémmintába öntöttük. A nagyon vékony lap és drót szintén fehér színű; különösen szép színt kapunk, ha a higított marónátriumba mártott fémet vízzel, végül erős salétromsavval megmossuk; ezüstfehér színű felületet kapunk akkor is, ha a fémet higított fluórsavba tesszük és ezután mozgó vízben gondosan lemossuk. A kékes csillogás legfőkép a fényezett, a hosszasabban hengerelt vagy védőburkolat nélkül kalapált A.-tárgyakon észlelhető. Kis mennyiségű szilicium kékes csillogást okoz, több szilicium a fémet megszürkíti. A levegőn álló A. is megkékül, lehellet vastagságú oxid-réteget kap, mely higított sóval vagy fluórsavval lemaratható. Az A. fényét bágyaszthatjuk, ha rövid ideig nátronlúgba mártjuk s midőn felületéről gázbuborékok szállanak fel, kivesszük, vízben megmossuk és hosszabb ideig salétromsavba tesszük. A sav az A. egyik folytonos kísérőjét, a vasat mohón oldja fel, míg a nátronlúg csak az A.-t támadja meg, ennek következtében érdes, gyenge fényű felületet kapunk.

Az A. színének nagy állandóságát jeles kémiai tulajdonságainak köszönhetjük. Ez a fém mind a száraz, mind a nedves, mind a kénhidrogénes levegőt állja, tehát jobb az ezüstnél, mely fényét és színét különösen az utóbbiban elveszti. Még megömlött állapotában is állandó marad. Állandósága oly nagy, hogy a legtöbb fémoxidot az élénk vörösizzásnál sem bontja szét. Részben ezért, részben pedig a miatt, hogy a keletkező oxid vegyülete 1. szét nem bomlik, 2. a fémekben nem olvad fel, ezeket tehát se rideggé, se sűrűn folyóvá nem teszi, és 3. ha felolvad, nem oly káros hatású, mint az eddig használt színítő szerek, az A. a legjobb redukáló és tisztító szerek közé sorolható. Az A.-ot a víz sem a közönséges hőmérsékletnél, sem 100 C.°-nál, sem a fém vörös izzásánál meg nem támadja; ez csak a fehér izzásnál észlelhető. Rá a tenger vize is alig hat. A higított kénsav csak gyengén, a salétromsav pedig éppen nem támadja meg, rá a higított szerves savak és az emberi organizmus váladékai sem hatnak. Az A. legjobb oldószerei a sósav és a lúgok, különösen a nátronlúg.

A megömlesztett és lassan lehűtött A. kristályos felületű lesz. A tiszta fém tűalakú, egymást minden irányban keresztező kristályokból áll. A fém törése a megmunkálástól függ, A húzott, hengerelt v. kovácsolt A,-nak rostos, sokszor finom szemcsés és selyemfényű törése van; az öntött fém törése leginkább durva rostszálakat és rendetlen szemcséket, néha igen rövid kristályos lapokat láttat. A jó fémet vágóval átvághatjuk, anélkül, hogy törne. Az A. fajsúlya 2.56-2.57 között ingadozik, nyújtva és húzva 2.67-2.7. Az A. éppen úgy nyújtható mint az arany és ezüst, ezért belőle fémfüst is készíthető (l. Fémfüst). Legcélszerűbb 95-150 C.° hőmérsékletnél megmunkálni, ha eközben rugalmas lesz, izzítással lágyítjuk ki. Az A. 700-760 C.° hőmérsékletben ömlik meg. Az ömlött fémen finom oxidhártya keletkezik, mely a további égést megakadályozza. Az öntéshez fémformát v. jó száraz és sok légsíppal ellátott homokformát használnak. A tiszta fém megmerevedésének pillanatában megpépesedik; zsugorodása 1.8-2.26. Olvasztásához grafittégelyeket használnak.

Mivel nagy a fajmelege (0.20-0 22), igen lassan hűl ki, 20-30 kg. 3/4, óráig is elállhat a nélkül, hogy megfagyna. A hengerelt A. hosszanti kiterjedése 0 és 100 C.° között minden fokra 0.0000206. Ha az ezüst melegvezetőségét 1000-nek vesszük, ekkor az A. rangban a 6-ik helyen áll.

Az öntött A. keménysége kisebb, mint a kalapálté vagy hengerelte. A nyers vas keménységét 1000-nek véve, az öntött A. rangban 6-ik helyen áll, keményebb ugyan az ezüstnél, de puhább a réznél. Az A. szilárdsága szorosan összefügg a keménységgel. Minél tovább munkáljuk, annál szilárdabb lesz. A hegeszthető fémek közé tartozik; pépes állapotában gyenge nyomással részei egyesíthetők, ütni a meleg tárgyat nem szabad, mert eltörik. Az elektrokémiai sorozatban a pozitív sorozat vége felé van, ezért a villamos kiválasztáskor a negatív póluson rakodik le. A teljesen tiszta A, ellenállása 10 C.° és 1 cm³-re vonatkoztatva, rangban az ezüst, vörösréz és arany után következik és 2,912 mikroohmot, az egységül felvett ezüstre vonatkoztatva pedig 1.935 mikroohmot tesz; azonban ha súly szerint vesszük, az A. áll legelől, mert 1 m. hosszú és 1 g. nehéz kilágyított A.-drót ellenállása 0,0749, a vörösrézé 0.1424 és az ezüsté 0,1527. Ezzel a sok jeles tulajdonságával szemben áll az A. csekély szilárdsága. Legújabb kísérletek szerint a tiszta öntött A. húzás ellenes szilárdsága mm²-ként 10-12 kg., megnyúlása pedig 3%. A hengerelt v. kovácsolt A. szilárdsága függ a kilágyítástól is, a kilágyított A. szilárdsága 10-8.1 kg. A kilágyított A. rugalmassága igen csekély, a hidegen hengerelt v. húzott, ha munkaközben nem melegítettük meg, igen rugalmas és kemény, úgy hogy e tekintetben a gépészet használta fémek és ötvények legtöbbjével versenyez.

Ha az A. súlyának és szilárdságának egymáshoz viszonyát vesszük ez a fém a legszilárdabbalak mondható, mert:

a hidegen hengerelt tiszta alumínium 10000 m hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat,

a 10 %-os öntött alumíniumbronz 9000 m. hosszú saját sulyával terhelt rudat tarthat,

a 3.3%-os őntött alumínium-sárgaréz 8000 m. hosszu saját súlyával terhelt rudat tarthat,

az öntött acél 5000 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat.

a kovácsvas 4500 m hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat,

a deltafém 4500 m. hosszú saját sulyával terhelt rudat tarthat,

a 0 58%-os öntött foszforbronz 3500 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat,

a 8%-os ágyúbronz 3400 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat.

a hengerelt cink 2600 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat.

a hengerelt sárgaréz 2000 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat,

az öntött vas 1800 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat,

az ón 1800 m. hosszú saját súlyával terhelt rudat tarthat.

Az A.-ot ezüsthöz hasonló szép színe, rozsdaállósága és mechanikai feldolgozásának könnyűsége miatt a középminőségű luxus-cikkek gyártására már is használni kezdik. E tekintetben ez a fém a cink és az ezüst közt oly régóta érzett hézagot tölti ki. Mivel a szerves savak és a víz nem támadják meg, sói pedig ártalmatlanok, belőle főzőüstöket, tálaló tálakat, tányérokat, ivópoharakat és más asztalkészleteket készítenek. Ugyancsak ezért használják kirurgial eszközökhöz is. Könnyűsége miatt az optikus- és műszerésziparban tört utat, sőt még csónakokat, tengeri és léghajókat is készítettek belőle. Előbb-utóbb nagy fontosságú lesz a hadi fölszerelések dolgában is. Az A.-füstöt a díszítő iparban, a staniólt pedig a csokoládé, tea, dohány és sajt becsomózására, konzervdobozok, kötőszertartók és más efélék készítésére használják. Szép hangja miatt elébb-utóbb a hangszer-iparban is polgárjogot nyer. A kohászatban máris fontos szerepe van, mert a vörösmelegben a fémfürdők oxid-vegyületeit megbontja. Különösen a vas és acél tisztítására és ötvények gyártására használják. Legkevesebb tere az elektro-technikában, a gépészetben, hídépítészetben és tetőszerkezetekben lesz. E tekintetben már ára miatt se szoríthatja ki a vasat és az acélt. Az u. n. A.-korszak csak a képzeletben él, az emberiség ezt aligha éri meg. Általában az A. ipari fölhasználása ingadozó ára és fiatal volta miatt még nem elég belterjes. Még egy évtizedbe okvetetlenül belekerül, míg a megillető helyét elfoglalhatja.

Az A. kohászata.

Vegyületeinek nagy állandósága miatt az A. fémállapotban való kiválasztása csak a XIX. században sikerült. A koholásnak az a közönséges módja, melyet a legtöbb fém redukciójához használhatunk, hatástalan, mert oxigén és egyéb vegyületeinek szétbontása sokkal több meleget kíván, mint aminőt szénnel tüzelt kemencéinkben fejleszthetünk. Az A.-oxidnak szénnel való szétbontása a következő két képlet szerint történhetik. A vegyjelek mellett levő szám a szétbontáshoz szükséges (- jel) illetőleg a vegyüléskor keletkező (+ jel) melegmennyiségeket jelzi gramm hőegységekben:

2Al₂O₃ (- 2 × 391,600) + 3C = 2Al₂ + 3CO₂, (+ 3 × 97,000).

Tehát a 2Al₂ kiválasztására kellene még

- 783,200 + 291,000 = - 492,000 hőegység Al₂O₃ (- 391.600) + 3C = Al₂ + 3CO (+ 89,000).

Tehát az Ah kiválasztására kellene még

- 391,600 + 89,000 = - 302,600 hőegység. E szerint a szénnel való redukció lehetetlen. E miatt az A. redukciójának egészen más módjához kellett fordulni, melyet hosszú kutatás után, felfegyverkezve a modern kémia hatalmas eszközeivel, csak a XIX. század kémikusai találtak fel. A használt redukáló anyagok közé tartoznak első sorban az alkálifémek, a litium, kállum, de különösen a nátrium. A nátriummal való bontást a következő képlet fejezi ki:

Tehát az Al-nak Na-val kiválasztásakor - 160.900 + 293,100 = 132,200 hőegység meleg fölöslegünk van.

Az A. gyártásának ezt a módját Oersted kezdte el, aki 1824-ben a klóraluminiumot káliumfon csorral bontotta szét, mindazonáltal a kémiai módszer megalapítójának Wöhler Frigyes göttingai kémikust tekinthetjük, aki 1827-ben a klóraluminiumot tiszta kőolajtalan káliumdarabkákkal szinítette és a megolvadt feketésszürke elegyet kihűlése után vízbe vetette; ebben a meddő részek felolvadtak, az A. pedig finom pikkelyek alakjában visszamaradt. Később, még pedig 1845-ben, már apró golyócskákat is készített, azonban találmányának ipari fontossága még nem volt, mert a kálium s klóraluminium nagy drágasága az A.-ot is szerfelett megdrágította. Sokkal szerencsésebb volt Saint Claire Deville francia kémikus, aki 1854-ben Wöhler módszerének fontosságát fellsmervén, a kálium helyett nátriummal tett kísérteteket. Az első A.-gyártmányokat az 1855. párisi világkiállításon mutatták be a sevresi porcellángyár tárgyaival. Azonban a klóraluminium és nátrium még akkor olyan drága (kg.-onkint 1000 frank) volt, hogy elsőrendben is ezek olcsóbb előállításáról kellett gondoskodni.

Deville kísérleteit ebben az irányban is siker koronázta, úgy hogy nemsokára nagyobbszabású gyárakat állítottak fel, ezek közé tartozott a ma is működő salyndresi gyár Franciaországban. Itt a gyártás 3 főrészre, úgy mint a klóraluminiumnátrium, a nátrium és az A. készítésére oszlik. A klóraluminium-nátriumot tiszta agyagföldből; a Salyndres környékén talált és 60% agyagföldet, 25% vasoxidot, 3% kovaföldet és 12% vizet tartalmazó bauxitból készítik, melyet előbb víztelen szénsavas nátriummal izzítanak, hogy agyagföldnátronná és az agyagföld és nátron kettős szilikátjává változzék. A poralakú elegyből az agyagföld-nátront vízzel kilúgozzák és a lugon áteresztett szénsavval az agyagföldet kiválasztják. A kiszárított agyagföldhöz konyhasót és faszénport kevernek, mire az elegyet megnedvesítik és ökölnyi golyókká formálják. Ha megszáradtak, tűzálló agyagból készített hengeres tégelyben megmelegítik és rajta klórgázt vezetnek keresztül. A klórgáz a felmelegített és szénnel kevert agyagföldet klóraluminium-nátrium fejlesztése mellett megbontja. A nátriumot szénsavas nátrium és szénsavas mész keverékéből szénnel redukálják ki. E célból kőszénport, szódát és tiszta mészkövet kevernek össze és lángaló hengeralaku vasboltásába teszik. A rostélyról felszálló gázakat a boltások felmelegítése után földalatti csatornán vezetik el. A vasboltás mellső része vasrúddal dugható be, melynek kihúzása után a nátriumot kőolajjal megtöltött csészékbe csurgatják.

Az a. gyártása

céljából a klóraluminiumnátriumot lángalókba teszik és ennek minden kg.-jához 5 drb, előzetesen felaprított 200 g.-os nátriumpogácsát és folyósító szerül grönlandi kriolitot tesznek. Ügyelni kell, hogy a nátriumot a többi részek befedjék. A tüzelést is csak lassan kell megkezdeni és egyenletesen folytatni, mert a gyorsan beálló reakcióra annyi meleg fejlődik, hogy a kemence oldalfalai vörös-izzókká lesznek és a betett anyagok megolvadnak. Midőn ez megtörtént, a salakot és legvégül a 8 kg. nehéz A.-ot csapolják le. Az A.-ot újra megömlesztik, hogy tisztuljon, a salakot pedig porítják, hogy a benne levő apró A.-góstyánokat kiszedhessék. Deville nagy sikerei sokak figyelmét költötték fel, de csak az utolsó két évtized feltalálóinak sikerült a gyártást még tökéletesebbé tenni és nagyiparrá emelni. Az első kiválóbb javítás a solihulli (Angolország) Webster J. érdeme, aki 1881-ben az agyagföldből való gyártásának olcsóbb módját találta ki. Találmánya 1883-ban a hollyheadi (Birmingham mellett) A. Crown Metall Works felállítására vézetett. Netto Curt és Castner H. Y. a nátrium készítését javították, tehát szintén csak közvetve fejlesztették az A. gyártását. Castner találmányát az oldhami (Odbury mellett) A. Company gyárában, Netto Curtét pedig a new-castle-on-tyne-i «Alliance A. Company» gyárában értékesítik. Netto Curt a kriolitot és konyhasót sziliciumtól mentes lángalóban olvasztja össze, az ömledéket tégelybe ereszti, a redukcióhoz szükséges nátriumot vasrúddal az olvadt elegybe mártja. A gyorsan fejlődő nátriumgőzök az A.-ot pillanat alatt kiredukálják. Ezt a műveletet láttatja az 1. ábra. Ezután a tégely tartalmát kupalaku öntöttvasformába öntik, kihülése után pedig szétdarabolják. Ekkor az A. mint összefüggő regulusz a forma csúcsában megtalálható. Újabban igen figyelemreméltó javításokat tett Grabau L. is, aki az A. redukcióját vegyületeiből magas hőmérsékletü folyós nátriummal végezteti, de megolvaszthatatlan A.-vegyületet és folyósítókat használ, hogy az olvasztó edények falaiból rondító alkotórészek ne juthassanak az elegy közé.

Ilyen vegyület a fluóraluminium, melyet Grabau a folypátból készít. A jól megszárított diónagyságú fluóraluminiumot jól elzárt és kriolittal bélelt tűzálló agyagban v. fémedényben 600-700 C.°-ig izzítják és a megömlött nátriumra eresztik, Megjegyzendő, hogy Grabau a redukcióhoz csak annyi nátriumot használ, hogy fluóraluminiumnátrium is keletkezhetik. A bontás a nátriumon uszó poralakú fluóraluminium védelme alatt történik meg.

Az A. kémiai gyártása mellett fokozatosan fejlődött a villamossággal való kiválasztás is. Az A. vegyületekből 1 coulomb villamosság 0,000093168 g. vagyis egy ampére erősségű áram egy óra alatt 0,000093168 × 3600 = 0.335 g. A.-ot választ ki. Az A. elektrolizisének megalapítójául dr. Bunsen Róbert heidelbergi kémikust tarthatjuk, ki az A.-ot 1854-ben állította elő és erről írt értekezése egy hónappal előbb jelent meg, mint Saint Claire Deville Henrik-nek az A. elektrolitikus úton való gyártásáról szóló közleménye. Alapjában a két mód teljesen összevág. Mindaketten klóraluminium-nátriumot használtak, melyet 200 C.°-ig felhevitve, villamosárammal bontottak meg. A negatív elektróda platinlemez volt; erre rakódott le az A. és a konyhasó szürkés réteg alakjában, míg a pozitiv elektródát szénhenger alkotta, mely a likacsos edényben levő klóraluminium-nátrium ömledékében függött.

De az A.-nak elektrolitikus úton való gyártása tulajdonképen csak a dinamó - gépek feltalálásával kezdődött, mert galván elemekkel az A.-nak nagyobb mennyiségben való kiválasztása mégis csak költséges dolog volt. A dinamógépek áramát az A. kiválasztására Berthaut használta legelőször, aki 1881-ben az A.-ot klóraluminiumnátriumból olyképen gyártotta, hogy az olvasztótégelybe szénből és agyagföld keverékéből sajtolt anódát (pozitiv elektróda) használt. De a gyakorlat legelőször Graetzl Richárd szabadalmát értékesítette. Ennek veleje abban áll, hogy a klór- és fluórvegyületeket redukáló gázáram behatása közben bontja szét a villamossággal; negatív elektródául az olvasztó edény szolgál, melyből a pozitív elektródát úgy izolálta, hogy az utóbbin kiváló klórt a redukáló gázoktól izoláltan vezethesse el. Graetzl szabadalmát a hemelingi A.-gyár értékesítette. Az 1889. párisi kiállításon Minet találmánya keltett nagyobb érdeklődést. Minet az A. és nátrium kettős fluórvegyületet bontja fel, melyet 60-70% klórnátriummal kever össze. A fluór az anódán, az A. a katódán válik ki. A fürdőt bauxit hozzátételével (A. hidroxid AI₂O₂H₆) regenerálja; ez a kivált fluórral azonnal fluóraluminiumot alkot, úgy hogy a gyártás folytonossá tehető. Ezt a módszert 1888 november havától kezdve Bernard Fréres kreili gyárosok használják és naponkint 34-44 font A.-ot készítenek.

Hogy az A.-nak elektrolitikus gyártását valóban megkönnyítsük, a villamos árammal fejleszthető meleg is segítségül veendő. Ezen a téren az első kiválóbb lépés Kleiner-Fiertz Ede Gáspár zürichi lakosnak találmánya volt, de a feladatot mégis Héroult szerencsés keze oldotta meg. Héroult a párvonalosan kapcsolt dinamógépek áramát átvezetve az ampére-mérőn a 2-ik ábrában előtüntetett olvasztó kemencébe ereszti. A pozitív áram a b lapokból alkotott B anódába, a negatív áram pedig az A széntégelybe megy, melynek fenekén a c szénruddal bedugott C kifolyó csatorna van.

A széntégelyt a vaslapokból (v. más fémből) alkotott a szekrény veszi körül, melyet az előzőhöz kátrányból, cukorszörpből, v. gyümölcscukorból készített péppel ragasztanak. A művelet megkezdésekor a tégelybe rezet tesznek és ezt villamossággal megolvasztják; erre öntik az agyagföldet, mely szintén megömlik és vezetővé lesz. Ekkor felemelik a B széncsomót annyira, hogy az áram csak az agyagföld ömledékén mehessen át. Most kezdetét veszi a bontás, a kiredukált A. a rézzel ötvöződik és a szabad oxigénium a katóda szénlapjaival szénoxidot alkot. Az üzem folytonos. A keletkező ötvényt időnkint c csaplyukon a t edény be eresztik be, miközben az n n lyukakon friss anyagot öntenek be. Réz helyett cinket, vasat, v. más fémet is keverhetünk az A.-érchez; ekkor cink, vas vagy más fémötvény keletkezik, de tiszta A. is gyártható.

Egy anóda-csomó 500 kg. A. gyártására elég. Héroult találmányát a svájci «A.-Industrie - Actien - «Gesellschaft» lauffen-neuhauseni (Schaffhausen mellett) gyárában értékesítik. Héroult szabadalmát legujabban Franciaországban is értékesítik; a «Société Electro-Metallurgique Française» 20 km.-nyire Grenobletól Forgesban állított fel gyárat.

A villamossággal fejleszthető s elméletileg végnélkül fokozható hőmérsékletet még úgy is értékesíthetjük, hogy a legolcsóbb redukáló szerrel, aszénnel egyetemben használjuk; amennyiben ekkor csak annyi meleget kell fejlesztenünk, amennyi a szénnel való redukció lehetőségéhez még szükséges. Az A.-nak szénoxid fejlesztése mellett való szétbontására tudvalevően 302,600 hőegység kell.

Cowles Arthur és Alfréd clevelandi lakosok voltak az elsők, kik ezt a melegmennyiséget elektromos energia alakjában vezették a kemencébe. Módszerük veleje, az u. n. «villamos koholás» v. «piroelektromos olvasztás» abban rejlik, hogy agyagföld tartalmú, porrá tört ásványokat (bauxit, korund, smirgli stb.) széndarabokkal kevernek össze s az elegyből formált 1 m. hosszú és 7,5 cm. széles hasábot tűzálló téglákból falazott 2 5 m. hosszú és 0 30 m. széles kemencébe szénpor közé fojtóan beágyazzák és az elegyen villamos áramot vezetnek keresztül. A szénfejlesztette és az áramadta meleg az A.-ot redukálja. A Cowles-féle szabadalmak kiaknázására az első gyárat New-Jersey mellett. Lokportban állította fel a «Cowles Electric Smelting and A. Company». A hatosával 2 sorban állított olvasztok hosszúsága 1 m., szélessége 0 6 m. és mélysége 0,5 m. Mellső oldalukon vannak a ferdén állított és az elektródák tartására való öntött-vas csövek. Az elektródákat közös fémszoritóba erősített 7-9 darab 6 cm. átmérőjü szénrúdból alkotják.

Ha forró-A.-ot gyártanak, vas-, ha pedig A.-bronzot, vörösréz-szorítót használnak, melyből a villamosságot bevezető 6 rézkötéllel kapcsolt vastag rézrúd ágazik ki. Ezt az elektródok állítása céljából állitó sróffal is felszerelik. A dinamógép fejlesztette villamos áramot 2 vastag rézsín vezeti be; ezeken szalad a 6 rézkötelet tartó kontaktus kocsi. A kemencéket mésztejbe áztatott és ezután jól kiszárított faszénpor-réteggel terítik be; ekkor beállítják az elektródákat és azt a fémkeretet, melybe a megolvasztandó keverék jön. A fémkeret külsejét is meszes faszénporral tömik meg tetejére pedig a villamosság jobb vezetése céljából néhány darab szenet tesznek. Ezután kiveszik a keretet és a kemencét színültig megtöltik szénporral, végül pedig befedik vaslappal, melynek közepén a gázakat kieresztő nyílás van. 1 kg. A.-ban szegényebb ötvény gyártására 30, A.-ban gazdagabb ötvény gyártására pedig 60 villamos lóerejű áram kell. A villamosságot még nem sikerült az A. gyártásában megfelelő hasznossággal értékesíteni, úgy hogy ezen a téren még további javítások várhatók, melyek ezt a fémet még olcsóbbá tehetik.

A gyártás további fejlődésére úgyszólván feljogosít az A. árának eddig észlelt fokozatos csökkenése:

Forrás: Pallas Nagylexikon

Kapcsolódás

• Fémfüst