Historie hliníku - History of aluminium

Vytlačování ingoty z hliníku

Hliník (nebo hliník) je v nativní formě velmi vzácný a proces jeho rafinace z rud je složitý, takže pro většinu lidské historie nebyl znám. Avšak sloučenina kamenec byl znám již od 5. století BCE a byl používán značně od starověku pro barvení. Během středověku , její použití pro barvení dělal to komodita mezinárodního obchodu. Renesanční vědci věřili, že kamenec je solí nové země ; v době osvícení bylo zjištěno, že tato země, oxid hlinitý , je oxidem nového kovu. Objev tohoto kovu oznámil v roce 1825 dánský fyzik Hans Christian Ørsted , jehož práci rozšířil německý chemik Friedrich Wöhler .

Hliník bylo obtížné rafinovat, a proto byl ve skutečném použití neobvyklý. Brzy po svém objevu cena hliníku převyšovala cenu zlata. K jeho snížení došlo až po zahájení první průmyslové výroby francouzským chemikem Henri Étienne Sainte-Claire Deville v roce 1856. V roce 1878 James Fern Webster vyráběl ve své továrně Solihull Lodge ve Warwickshire 100 liber čistého hliníku každý týden. Použil chemický postup. V roce 1884 založil obchodní titul Webster's Patent Aluminium Crown Metal Company Ltd. Hliník se stal veřejnosti mnohem více dostupný díky procesu Hall – Héroult, který nezávisle vyvinuli francouzský inženýr Paul Héroult a americký inženýr Charles Martin Hall v roce 1886 a Bayer proces vyvinutý rakouským chemikem Carlem Josephem Bayerem v roce 1889. Tyto procesy byly použity pro výrobu hliníku až do současnosti.

Zavedení těchto metod pro masovou výrobu hliníku vedlo k rozsáhlému použití lehkého, korozivzdorného kovu v průmyslu a každodenním životě. Hliník se začal používat ve strojírenství a stavebnictví. Ve světových válkách I a II byl hliník zásadním strategickým zdrojem pro letectví . Světová produkce kovu vzrostla z 6 800 metrických tun v roce 1900 na 2 810 000 metrických tun v roce 1954, kdy se hliník stal nejprodukovanějším neželezným kovem a překonal měď .

Ve druhé polovině 20. století získal hliník využití v dopravě a balení. Výroba hliníku se kvůli vlivu na životní prostředí stala zdrojem obav a recyklace hliníku se prosadila. Kov se stal v 70. letech devizovým zbožím. Výroba se začala přesouvat z vyspělých zemí do rozvojových ; do roku 2010 Čína nashromáždila obzvláště velký podíl na výrobě i spotřebě hliníku. Světová produkce nadále rostla a v roce 2015 dosáhla 58 500 000 metrických tun. Produkce hliníku převyšuje všechny ostatní kombinované barevné kovy.

Raná historie

Dnes vám přináším vítězství nad Turkem. Každý rok vyždímají od křesťanů více než tři sta tisíc dukátů za kamenec, kterým barvíme vlnu. Neboť to se mezi latiny nenachází, kromě velmi malého množství. [...] Ale našel jsem sedm hor tak bohatých na tento materiál, že by mohli zásobovat sedm světů. Pokud budete dávat příkazy k zapojení dělníků, stavění pecí a tavení rudy, poskytnete kamenec celé Evropě a Turek přijde o všechny zisky. Místo toho vám narostou ...

-  Giovanni da Castro svému kmotru papeži Piovi II. V roce 1461, poté, co v Tolfě poblíž Říma objevil bohatý zdroj kamence

Krystaly kamence , jejichž přirozeně se vyskytující forma byla známa již starověku

Historie hliníku byla formována použitím jeho sloučeninového kamence . První písemná zmínka o kamenci byla v 5. století př. N. L. Řeckým historikem Herodotem . Starověcí ho používali jako barvicí mořidlo , v medicíně, při chemickém mletí a jako protipožární nátěr na dřevo na ochranu pevností před nepřátelským žhářstvím. Hliníkový kov nebyl znám. Římský spisovatel Petronius ve svém románu Satyricon zmínil, že císaři bylo předloženo neobvyklé sklo: poté, co bylo vyhozeno na dlažbu, se nerozbilo, ale pouze zdeformovalo. To bylo vráceno do své původní podoby pomocí kladiva. Poté, co se císař dozvěděl od vynálezce, že nikdo jiný neví, jak tento materiál vyrobit, nechal císař vynálezce popravit, aby to nesnížilo cenu zlata. Variace tohoto příběhu byly krátce zmíněny v přírodopisu římským historikem Pliniem starším (který poznamenal, že příběh byl „aktuální častým opakováním, spíše než autentickým“) a římskou historií římský historik Cassius Dio . Některé zdroje uvádějí, že toto sklo může být hliník. Je možné, že slitiny obsahující hliník byly vyrobeny v Číně za vlády první dynastie Jin (266–420).

Po křížových výpravách byl kamenec zbožím mezinárodního obchodu; bylo to v evropském textilním průmyslu nepostradatelné. V kamenné Evropě se pracovalo na kamencových dolech, ale většina kamenců pocházela ze Středního východu. S kamencem se nadále obchodovalo přes Středozemní moře až do poloviny 15. století, kdy pohovky výrazně zvýšily vývozní daně. Za několik let byl kamenec v Itálii objeven ve velkém množství. Papež Pius II zakázal veškerý dovoz z východu, přičemž zisky z obchodu s kamencem použil k zahájení války s Osmany. Tento nově nalezený kamenec dlouho hrál důležitou roli v evropské lékárně , ale vysoké ceny stanovené papežskou vládou nakonec přiměly ostatní státy zahájit vlastní výrobu; rozsáhlá těžba kamence přišla do jiných oblastí Evropy v 16. století.

Stanovení povahy kamence

Myslím, že není příliš odvážné předpovídat, že přijde den, kdy bude kovová povaha kamencové báze nesporně prokázána.

-  francouzský chemik Théodore Baron d'Hénouville v roce 1760 na Pařížské akademii věd

Antoine Lavoisier zjistil, že oxid hlinitý je oxid neznámého kovu.

Na začátku renesance zůstala povaha kamence neznámá. Kolem roku 1530 uznal švýcarský lékař Paracelsus kamenec oddělený od vitriolu (síranů) a navrhl, že jde o sůl Země . V roce 1595 německý lékař a chemik Andreas Libavius prokázal, že kamenec a zelený a modrý vitriol byly tvořeny stejnou kyselinou, ale různými zeminami; pro neobjevenou Zemi, která tvořila kamenec, navrhl název „alumina“. Německý chemik Georg Ernst Stahl v roce 1702 uvedl, že neznámá báze kamence je podobná vápnu nebo křídě ; tento mylný pohled sdílelo mnoho vědců půl století. V roce 1722 německý chemik Friedrich Hoffmann navrhl, že základem kamence je odlišná země. V roce 1728 francouzský chemik Étienne Geoffroy Saint-Hilaire tvrdil, že kamenec je tvořen neznámou zemí a kyselinou sírovou ; mylně se domníval, že spálením Země získá oxid křemičitý. (Geoffroyovu chybu napravil až v roce 1785 německý chemik a farmaceut Johann Christian Wiegleb . Zjistil, že kamenec hlinitý nelze syntetizovat z oxidu křemičitého a zásad, na rozdíl od současné víry.) Francouzský chemik Jean Gello dokázal Zemi v hlíně a zemi v důsledku reakce alkálie na kamenec byly totožné v roce 1739. Německý chemik Johann Heinrich Pott ukázal, že sraženina získaná nalitím zásady do roztoku kamence byla odlišná od vápna a křídy v roce 1746.

Německý chemik Andreas Sigismund Marggraf syntetizoval hlinitou zeminu vařením jílu v kyselině sírové a přidáním potaše v roce 1754. Uvědomil si, že přidáním sody, potaše nebo zásady do roztoku nové země v kyselině sírové se získá kamenec. Zemi popsal jako zásaditou, protože ji objevil sušenou rozpuštěnou v kyselinách. Marggraf také popsal soli této země: chlorid , dusičnan a acetát . V roce 1758 francouzský chemik Pierre Macquer napsal, že oxid hlinitý připomíná kovovou zeminu. V roce 1760 vyjádřil francouzský chemik Théodore Baron d'Hénouville  [ fr ] své přesvědčení, že oxid hlinitý je kovová země.

V roce 1767 švédský chemik Torbern Bergman syntetizoval kamenec vařením alunitu v kyselině sírové a přidáním potaše do roztoku. Syntetizoval také kamenec jako reakční produkt mezi sírany draselného a hlinité hlinky, což dokazuje, že kamenec je podvojná sůl. Německý farmaceutický chemik Carl Wilhelm Scheele prokázal, že kamenec i křemík pocházející z hlíny a kamence neobsahovaly křemík v roce 1776. V roce 1782 francouzský chemik Antoine Lavoisier považoval oxid hlinitý za oxid kovu s afinitou ke kyslíku tak silnou, že není známo žádné redukování. agenti to mohli překonat.

Švédský chemik Jöns Jacob Berzelius navrhl vzorec AlO ₃ pro oxid hlinitý v roce 1815. Správný vzorec, Al ₂ O ₃ , byl stanoven německým chemikem Eilhardem Mitscherlichem v roce 1821; to pomohlo Berzeliusovi určit správnou atomovou hmotnost kovu, 27.

Izolace kovu

Tento amalgám se ve vzduchu rychle odděluje a destilací v inertní atmosféře vytváří hrudku kovu, která barvou a leskem trochu připomíná cín.

-  dánský fyzik Hans Christian Ørsted v roce 1825, popisující izolaci hliníku na Královské dánské akademii věd a dopisů

Hans Christian Ørsted , objevitel hliníkového kovu

V roce 1760 se baron de Hénouville neúspěšně pokusil redukovat oxid hlinitý na kov. Tvrdil, že vyzkoušel všechny v té době známé metody redukce, i když jeho metody nebyly publikovány. Je pravděpodobné, že smíchal kamenec s uhlíkem nebo nějakou organickou látkou, se solí nebo sodou na tavidlo a zahříval ho v dřevěném uhlí. Rakouský chemik Anton Leopold Ruprecht a Matteo Tondi zopakovali Baronovy experimenty v roce 1790, čímž se výrazně zvýšily teploty. Našli malé kovové částice, o nichž věřili, že jsou vyhledávaným kovem; ale pozdější experimenty jiných chemiků ukázaly, že se jednalo o fosfid železa z nečistot v dřevěném uhlí a kostním popelu. Německý chemik Martin Heinrich Klaproth následně poznamenal: „Pokud existuje Země, která byla vystavena podmínkám, kde by měla být odhalena její kovová podstata, pokud taková existuje, Země vystavená experimentům vhodným pro její redukci, testovaná v nejžhavějších požárech všemi možnými metodami, ve velkém i v malém měřítku, je Země bezpochyby oxidem hlinitým, ale nikdo dosud nevnímal její metalizaci. " Lavoisier v roce 1794 a francouzský chemik Louis-Bernard Guyton de Morveau v roce 1795 roztavili oxid hlinitý na bílý smalt v uhelném ohni napájeném čistým kyslíkem, ale nenašli žádný kov. Americký chemik Robert Hare v roce 1802 roztavil oxid hlinitý pomocí kyslíkovodové trubice , přičemž získal také sklovinu, ale stále nenašel žádný kov.

V roce 1807 britský chemik Humphry Davy úspěšně elektrolyzoval oxid hlinitý alkalickými bateriemi, ale výsledná slitina obsahovala draslík a sodík a Davy neměl prostředky k oddělení požadovaného kovu od nich. Poté zahřál oxid hlinitý draslíkem za vzniku oxidu draselného, ale nebyl schopen produkovat hledaný kov. V roce 1808 Davy zahájil jiný experiment na elektrolýze oxidu hlinitého a zjistil, že se oxid hlinitý rozkládá v elektrickém oblouku, ale vytváří kov legovaný železem ; nedokázal ty dva oddělit. Nakonec se pokusil o další elektrolýzní experiment, ve kterém se pokusil shromáždit kov na železo, ale opět nebyl schopen od něj vytoužený kov oddělit. Davy navrhl, aby byl kov v roce 1808 pojmenován alumium a v roce 1812 hliník , čímž vznikne moderní název. Jiní vědci použili hláskování hliníku ; dřívější hláskování se ve Spojených státech v následujících desetiletích znovu začalo používat.

Americký chemik Benjamin Silliman zopakoval Hareův experiment v roce 1813 a získal malé granule hledaného kovu, které téměř okamžitě shořely.

V roce 1824 se pokusil kov vyrobit dánský fyzik Hans Christian Ørsted . Reagoval na bezvodý chlorid hlinitý s amalgámem draselným a vytvořil hrudku kovu, která vypadala podobně jako cín. V roce 1825 představil své výsledky a předvedl vzorek nového kovu. V roce 1826 napsal: „hliník má kovový lesk a poněkud šedivou barvu a velmi pomalu rozkládá vodu“; to naznačuje, že získal spíše slitinu hliníku a draslíku než čistý hliník. Ørsted přikládal svému objevu malý význam. Neoznámil to ani Davymu, ani Berzeliusovi, oba je znal, a publikoval svou práci v dánském časopise evropskému publiku neznámém. Výsledkem je, že často není připočítán jako objevitel živlu; některé dřívější zdroje tvrdily, že Ørsted hliník neizoloval.

Friedrich Wöhler , průkopník výzkumu vlastností hliníku

Berzelius se pokusil izolovat kov v roce 1825 pečlivým promytím analogu draslíku bazické soli v kryolitu v kelímku. Před experimentem správně identifikoval vzorec této soli jako K ₃ AlF ₆ . Nenašel žádný kov, ale jeho experiment se velmi přiblížil úspěchu a byl mnohokrát úspěšně reprodukován. Berzeliusova chyba spočívala v použití přebytku draslíku, který způsobil, že byl roztok příliš zásaditý a rozpustil veškerý nově vytvořený hliník.

Německý chemik Friedrich Wöhler navštívil Ørsted v roce 1827 a dostal výslovné povolení pokračovat ve výzkumu hliníku, na což Ørsted „neměl čas“. Wöhler opakoval Ørstedovy experimenty, ale žádný hliník neidentifikoval. (Wöhler později napsal Berzeliusovi, „to, co Oersted považoval za hrudku hliníku, rozhodně nebylo nic jiného než draslík obsahující hliník“.) Provedl podobný experiment, kdy smíchal bezvodý chlorid hlinitý s draslíkem a vyrobil hlinitý prášek. Poté, co se o tom doslechl, Ørsted navrhl, že jeho vlastní hliník mohl obsahovat draslík. Wöhler pokračoval ve svém výzkumu a v roce 1845 dokázal vyrobit malé kousky kovu a popsal některé jeho fyzikální vlastnosti. Wöhlerův popis vlastností naznačuje, že získal nečistý hliník. Ostatní vědci také nedokázali reprodukovat Ørstedův experiment a Wöhler byl připisován jako objevitel po mnoho let. Zatímco Ørsted se nezabýval prioritou objevu, někteří Dánové se pokusili prokázat, že získal hliník. V roce 1921 objevil příčinu nesouladu mezi experimenty Ørsteda a Wöhlera dánský chemik Johan Fogh, který prokázal, že Ørstedův experiment byl úspěšný díky použití velkého množství přebytečného chloridu hlinitého a amalgámu s nízkým obsahem draslíku. V roce 1936 vědci z americké společnosti Alcoa vyrábějící hliník tento experiment úspěšně obnovili. Mnoho pozdějších zdrojů však Wöhlerovi stále připisuje objev hliníku a také jeho úspěšnou izolaci v relativně čisté formě.

Raná průmyslová výroba

Moje první myšlenka byla, že jsem položil ruce na tento meziprodukt, který by našel své místo v lidském použití a potřebách, když najdeme způsob, jak jej vyjmout z laboratoře chemiků a dát ho do průmyslu.

-  Předmluva Hliník, jeho vlastnosti, výroba a aplikace , kniha napsaná francouzským chemikem Henri Étienne Sainte-Claire Deville v roce 1859

Henri Étienne Sainte-Claire Deville byla první, kdo zavedl způsob výroby hliníku.

Protože Wöhlerova metoda nemohla poskytnout velké množství hliníku, kov zůstal neobvyklý; jeho cena překročila cenu zlata, než byla vytvořena nová metoda. Následovaly ceny : v roce 1852 se hliník prodával za 34 USD za unci. Pro srovnání, cena zlata v té době byla 19 USD za unci.

Francouzský chemik Henri Étienne Sainte-Claire Deville oznámil průmyslovou metodu výroby hliníku v roce 1854 na Pařížské akademii věd . Chlorid hlinitý by mohl být redukován sodíkem, kovem pohodlnějším a levnějším než draslík používaný Wöhlerem. Deville dokázal vyrobit kovový ingot. Francouzský Napoleon III slíbil Deville neomezenou dotaci na výzkum hliníku; celkem Deville použil 36 000 francouzských franků - 20násobek ročního příjmu běžné rodiny. Napoleonův zájem o hliník spočíval v jeho potenciálním vojenském využití: přál si, aby z nového lehkého, lesklého kovu byly vyrobeny zbraně, helmy, brnění a další vybavení pro francouzskou armádu. Zatímco kov nebyl stále zobrazen veřejnosti, Napoleon je pokládán za hostinu, kde nejcennější hosté dostali hliníkové nádobí, zatímco jiní si vystačili se zlatem.

Dvanáct malých slitků hliníku bylo později poprvé vystaveno veřejnosti na Exposition Universelle z roku 1855 . Kov byl prezentován jako „stříbro z hlíny“ (hliník je stříbru vizuálně velmi podobný) a toto jméno bylo brzy široce používáno. Přitahovalo širokou pozornost; bylo navrženo, aby byl hliník používán v umění, hudbě, medicíně, vaření a stolním nádobí. Metal si všimli tehdejší avantgardní spisovatelé- Charles Dickens , Nikolay Chernyshevsky a Jules Verne- kteří si představovali jeho použití v budoucnosti. Ne všechna pozornost však byla příznivá. Noviny napsali: „Pařížská výstava ukončila pohádku o stříbře z hlíny“ s tím, že mnoho z toho, co bylo o kovu řečeno, bylo přehnané, ne -li nepravdivé, a že množství prezentovaného kovu - asi kilogram - kontrastovalo s tím, co se očekávalo, a nebylo to „moc na objev, který prý obrátil svět vzhůru nohama“. Celkově veletrh vedl k případné komercializaci kovu. Ten rok byl hliník uveden na trh za cenu 300 F za kilogram. Na příštím veletrhu v Paříži v roce 1867 byl návštěvníkům představen hliníkový drát a fólie a také nová slitina - hliníkový bronz , pozoruhodný nízkými výrobními náklady, vysokou odolností proti korozi a žádoucími mechanickými vlastnostmi.

1857 Hliníková mince 20 francouzských franků s portrétem francouzského Napoleona III. , Patrona výzkumu výroby hliníku

Výrobci nechtěli odklonit zdroje od výroby známých (a obchodovatelných) kovů, jako je železo a bronz , k experimentování s novým; navíc vyrobený hliník stále neměl velkou čistotu a lišil se vlastnostmi podle vzorku. To vedlo k počáteční obecné neochotě vyrábět nový kov. Deville a partneři založili první průmyslovou výrobu hliníku na světě v huti v Rouenu v roce 1856. Devillova huť se toho roku přestěhovala do La Glacière a poté do Nanterre a v roce 1857 do Salindres . Pro továrnu v Nanterre byla zaznamenána produkce 2 kilogramů hliníku denně; s čistotou 98%. Původně byla výroba zahájena syntézou čistého oxidu hlinitého, který byl získáván kalcinací hlinitanu amonného. V roce 1858 byl Deville představen na bauxitu a brzy se vyvinul do toho, co se stalo známým jako proces Deville , využívající minerál jako zdroj pro výrobu oxidu hlinitého. V roce 1860 prodal Deville své hliníkové zájmy Henri Merleovi , zakladateli Compagnie d'Alais et de la Camargue; tato společnost ovládla trh s hliníkem ve Francii o desítky let později.

2,85 kilogramů (6,3 lb) vrcholový kámen Washingtonského památníku (Washington, DC) byl vyroben z hliníku v roce 1884. V té době to byl největší kus hliníku, který byl kdy odlit.

Někteří chemici, včetně Deville, se snažili použít kryolit jako zdroj rudy, ale s malým úspěchem. Britský inženýr William Gerhard zřídil v roce 1856 v londýnském Battersea závod s kryolitem jako primární surovinou, ale technické a finanční potíže si vynutily uzavření závodu za tři roky. Britský železný mistr Isaac Lowthian Bell vyráběl hliník v letech 1860 až 1874. Při otevření své továrny zamával davu s unikátním a nákladným hliníkovým cylindrem . Žádnou statistiku o této produkci nelze obnovit, ale „nemůže být příliš vysoká“. Produkce Deville vzrostla v roce 1860 na 1 metrickou tunu ročně; 1,7 metrických tun v roce 1867; a 1,8 metrických tun v roce 1872. V té době byla poptávka po hliníku nízká: například prodeje Devillova hliníku jeho britskými agenty se v roce 1872 rovnaly 15 kilogramům. Hliník v té době byl často srovnáván se stříbrem; jako stříbro bylo shledáno, že je vhodný pro výrobu šperků a objéts d'art . Cena za hliník trvale klesala na 240 F v roce 1859; 200 F v roce 1862; 120 F v roce 1867.

V 80. letech 19. století se začaly objevovat další výrobní závody. Britský inženýr James Fern Webster zahájil průmyslovou výrobu hliníku redukcí sodíkem v roce 1882; jeho hliník byl mnohem čistší než Devilleův (obsahoval 0,8% nečistot, zatímco Devilleův typicky obsahoval 2%). Světová produkce hliníku v roce 1884 se rovnala 3,6 metrickým tunám. V roce 1884 americký architekt William Frishmuth spojil výrobu sodíku, oxidu hlinitého a hliníku do jediného technologického postupu; to kontrastovalo s předchozí potřebou sbírat sodík, který hoří ve vodě a někdy i ve vzduchu; jeho náklady na výrobu hliníku byly asi 16 dolarů za libru (ve srovnání s náklady stříbra 19 dolarů za libru nebo francouzskou cenou, což odpovídá 12 dolarům za libru). V roce 1885 zahájila společnost Aluminium- und Magnesiumfabrik výrobu v Hemelingenu . Jeho údaje o produkci silně převyšovaly továrnu v Salindres, ale továrna zastavila výrobu v roce 1888. V roce 1886 americký inženýr Hamilton Castner vymyslel způsob levnější výroby sodíku, který snížil náklady na výrobu hliníku na 8 $ za libru, ale udělal nemá dostatek kapitálu na stavbu velké továrny, jako je Deville. V roce 1887 postavil továrnu v Oldbury ; Webster postavil poblíž továrnu a koupil Castnerův sodík, aby jej používal při vlastní výrobě hliníku. V roce 1889 zahájil německý hutník Curt Netto metodu redukce kryolitu sodíkem, který produkoval hliník obsahující 0,5–1,0% nečistot.

Elektrolytická výroba a komercializace

Jdu pro ten kov.

-  Údajně americký student Charles Martin Hall v roce 1880 poté, co od svého profesora chemie slyšel, že průmyslová výroba hliníku by byla velkým přínosem pro lidstvo a zdrojem bohatství pro objevitele

Kryt patentu uděleného Charlesu Martinovi Hallovi za jeho proces redukce hliníku elektrolýzou. Hall požádal o patent dva měsíce po Héroultu; v důsledku toho mu trvalo téměř tři roky, než dokázal originalitu své metody, a patent byl udělen až v roce 1889.

Hliník byl poprvé vyroben nezávisle pomocí elektrolýzy v roce 1854 německým chemikem Robertem Wilhelmem Bunsenem a Devillem. Jejich metody se nestaly základem pro průmyslovou výrobu hliníku, protože elektrické dodávky byly v té době neefektivní. To se změnilo až s vynálezem dynama belgickým inženýrem Zénobe-Théophile Gramme v roce 1870, který umožnil vytvoření velkého množství elektřiny. Vynález třífázového proudu ruským inženýrem Michailem Dolivem-Dobrovolským v roce 1889 umožnil přenos této elektřiny na dlouhé vzdálenosti. Brzy po svém objevu se Bunsen přesunul do dalších oblastí zájmu, zatímco Devilleovu práci si všiml Napoleon III; to byl důvod, proč byl zahájen Devilleův Napoleonem financovaný výzkum výroby hliníku. Deville si rychle uvědomil, že elektrolytická výroba byla v té době nepraktická a přešel k chemickým metodám a výsledky předložil o rok později.

Elektrolytická hromadná výroba zůstala obtížná, protože elektrolytické lázně nevydržely dlouhodobý kontakt s roztavenými solemi, podlehly korozi. První pokus překonat to pro výrobu hliníku provedl americký inženýr Charles Bradley v roce 1883. Bradley vnitřně zahříval soli hliníku: nejvyšší teplota byla uvnitř lázně a nejnižší na jejích stěnách, kde soli tuhly a chránily lázeň. Bradley poté prodal svůj patentový nárok bratrům Alfredovi a Eugene Cowlesovým, kteří ho použili v huti v Lockportu a později v Stoke-upon-Trent, ale metoda byla upravena tak, aby poskytovala slitiny spíše než čistý hliník. Bradley požádal o patent v roce 1883; kvůli jeho širokým formulacím byl odmítnut jako složený z předchozího umění . Po nutné dvouleté přestávce se znovu přihlásil. Tento proces trval šest let, protože patentový úřad zpochybnil, zda jsou Bradleyho nápady originální. Když byl Bradleyovi udělen patent, elektrolytická výroba hliníku již byla zavedena několik let.

První metoda velkovýroby byla nezávisle vyvinuta francouzským inženýrem Paulem Héroultem a americkým inženýrem Charlesem Martinem Hallem v roce 1886; nyní je známý jako proces Hall – Héroult . Elektrolýza čistého oxidu hlinitého je nepraktická vzhledem k velmi vysoké teplotě tání; Héroult i Hall si uvědomili, že je možné ji významně snížit přítomností roztaveného kryolitu. Héroult získal patent ve Francii v dubnu a následně v několika dalších evropských zemích; v květnu také požádal o americký patent. Po zajištění patentu nemohl Héroult najít zájem o jeho vynález. Když požádal odborníky o radu, bylo mu řečeno, že není poptávka po hliníku, ale po hliníkovém bronzu. Továrna v Salindres si nepřála zlepšit jejich postup. V roce 1888 založil Héroult a jeho společníci Aluminium Industrie Aktiengesellschaft a zahájili průmyslovou výrobu hliníkového bronzu v Neuhausenu am Rheinfall . Poté byla v Paříži založena Société électrométallurgique française. Přesvědčili Héroulta, aby se vrátil do Francie, koupili jeho patenty a jmenovali ho ředitelem hutě v Isère , která nejprve ve velkém vyráběla hliníkový bronz a během několika měsíců čistý hliník.

Socha Anterose , řeckého boha odplacené lásky, na Piccadilly Circus v Londýně . Tato socha byla postavena v roce 1893 a je považována za první hlavní dílo z hliníku.

Současně Hall vyráběl hliník stejným způsobem ve svém domě v Oberlinu . V červenci požádal o patent a patentový úřad Hallovi oznámil „zásah“ do Héroultovy žádosti. Bratři Cowlesovi nabídli právní podporu. Do té doby Hall nedokázal vyvinout komerční proces pro své první investory a obrátil se k experimentování v Cowlesově huti v Lockportu. Rok experimentoval bez velkého úspěchu, ale získal si pozornost investorů. Hall spoluzaložil společnost Pittsburgh Reduction Company v roce 1888 a zahájil výrobu hliníku. Hallův patent byl udělen v roce 1889. V roce 1889 začala Hallova výroba využívat princip vnitřního vytápění. V září 1889 vzrostla Hallova produkce na 385 liber (175 kilogramů) za cenu 0,65 USD za libru. V roce 1890 měla Hallova společnost stále nedostatek kapitálu a nevyplácela dividendy ; Hall musel prodat některé ze svých akcií, aby přilákal investice. Během toho roku byla postavena nová továrna v Patricroftu . Továrna v Lockportu nebyla schopná odolat konkurenci a do roku 1892 byla ukončena.

Proces Hall – Héroult převádí oxid hlinitý na kov. Rakouský chemik Carl Josef Bayer objevil způsob čištění bauxitu k získávání oxidu hlinitého v roce 1888 v textilní továrně v Petrohradě a ještě ten rok mu byl vydán patent; toto je nyní známé jako Bayerův proces . Bayer slinoval bauxit s alkálií a vyluhoval ho vodou; po promíchání roztoku a zavedení očkovací látky do něj našel sraženinu čistého hydroxidu hlinitého, která se zahříváním rozložila na oxid hlinitý. V roce 1892 při práci v chemickém závodě v Yelabuze objevil obsah hliníku bauxitu rozpuštěný v alkalickém zbytku z izolace pevných látek oxidu hlinitého; to bylo klíčové pro průmyslové využití této metody. Ještě ten rok mu byl vydán patent.

Světová produkce hliníku v letech 1885–1899

Celkové množství nelegovaného hliníku vyrobeného Devilleovou chemickou metodou v letech 1856 až 1889 se rovná 200 metrickým tunám. Jen produkce v roce 1890 činila 175 metrických tun. V roce 1893 vzrostl na 715 metrických tun a v roce 1898 na 4 034 tun. Cena klesla na 2 dolary za libru v roce 1889 a na 0,5 dolaru za libru v roce 1894.

Do konce roku 1889 bylo dosaženo trvale vysoké čistoty hliníku vyráběného elektrolýzou. V roce 1890 Websterova továrna zastarala poté, co byla v Anglii otevřena továrna na elektrolýzu. Hlavní výhoda společnosti Netto, vysoká čistota výsledného hliníku, byla překonána elektrolytickým hliníkem a jeho společnost byla uzavřena následující rok. Společnost Compagnie d'Alais et de la Camargue se také rozhodla přejít na elektrolytickou výrobu a jejich první závod využívající tuto metodu byl otevřen v roce 1895.

Moderní výroba hliníkového kovu je založena na procesech Bayer a Hall – Héroult. To bylo dále vylepšeno v roce 1920 týmem vedeným švédským chemikem Carlem Wilhelmem Söderbergem . Dříve byly anodové články vyrobeny z předpečených uhelných bloků, které se rychle poškodily a vyžadovaly výměnu; tým představil kontinuální elektrody vyrobené z koksové a dehtové pasty v redukční komoře. To výrazně zvýšilo světovou produkci hliníku.

Hromadné použití

Dejte nám hliník ve správném množství a budeme moci bojovat další čtyři roky.

-  sovětský vůdce Josef Stalin se Harry Hopkins , osobní představitel amerického prezidenta Franklina D. Roosevelta , v srpnu 1941

Nominální (v současných amerických dolarech, modře) a skutečné (v roce 1998 amerických dolarech, červeně) ceny hliníku od roku 1900

Ceny hliníku klesaly a na počátku devadesátých let minulého století se kov stal široce používán v klenotnictví, brýlových obrubách, optických přístrojích a mnoha předmětech každodenní potřeby. Hliníkové nádobí se začalo vyrábět na konci 19. století a v prvních desetiletích 20. století postupně vytlačilo měděné a litinové nádobí. V té době byla propagována hliníková fólie . Hliník je měkký a lehký, ale brzy se zjistilo, že jeho legování jinými kovy by mohlo zvýšit jeho tvrdost při zachování nízké hustoty. Slitiny hliníku našly mnoho použití na konci 19. a na počátku 20. století. Například z hliníkového bronzu se vyrábí pružné pásy, plechy a dráty a je široce používán v lodním a leteckém průmyslu. Letectví používalo novou hliníkovou slitinu, dural , vynalezenou v roce 1903. Recyklace hliníku začala na počátku 20. století a byla hojně využívána, protože hliník není recyklací narušen, a proto může být recyklován opakovaně. V tomto okamžiku byl recyklován pouze kov, který nebyl použit koncovými spotřebiteli. Během první světové války požadovaly velké vlády velké zásilky hliníku pro lehké pevné draky. Často dotovali továrny a potřebné elektrické napájecí systémy. Celková produkce hliníku dosáhla vrcholu během války: světová produkce hliníku v roce 1900 činila 6800 metrických tun; v roce 1916 roční produkce přesáhla 100 000 metrických tun. Válka vytvořila větší poptávku po hliníku, což rostoucí primární produkce nedokázala plně uspokojit a intenzivně rostla i recyklace. Po vrcholu produkce následoval pokles a poté rychlý růst.

První letecký let provedli bratři Wrightové v roce 1903. Na motor Wright Flyer byl potřeba silný lehký materiál ; byl použit lehký hliník legovaný mědí pro pevnost.

Během první poloviny 20. století skutečná cena hliníku nepřetržitě klesala ze 14 000 dolarů za metrickou tunu v roce 1900 na 2 340 dolarů v roce 1948 (v roce 1998 amerických dolarů). Existovalo několik výjimek, jako například prudký růst cen během první světové války. Hliníku bylo mnoho a v roce 1919 Německo začalo nahrazovat své stříbrné mince hliníkovými; jak v zemi postupovala hyperinflace, stále více nominálních hodnot bylo měněno na hliníkové mince . V polovině 20. století se hliník stal součástí každodenního života a stal se základní součástí domácích potřeb. Hliníkové nákladní vozy se poprvé objevily v roce 1931. Jejich nižší hmotnost jim umožňovala přepravit více nákladu. Během třicátých let se hliník ukázal jako stavební materiál používaný jak v základní konstrukci, tak v interiérech budov. Jeho použití ve vojenské technice u letadel i tankových motorů pokročilo.

Hliník získaný recyklací byl považován za horší než primární hliník kvůli horší kontrole chemie a špatnému odstraňování strusky a strusky . Recyklace rostla celkově, ale do značné míry závisela na produkci prvovýroby: například jak ceny elektrické energie ve Spojených státech na konci třicátých let klesaly, bylo možné vyrábět více primárního hliníku pomocí energeticky nákladného postupu Hall – Héroult. To způsobilo, že recyklace je méně nutná, a proto se míra recyklace hliníku snížila. V roce 1940 začala masová recyklace hliníku po konzumaci.

Během druhé světové války Britové sbírali hliníkové nádobí z domácností. Z hliníku se vyráběla letadla.

Během 2. světové války produkce opět dosáhla vrcholu, poprvé přesáhla 1 000 000 metrických tun v roce 1941. Hliník byl hojně využíván při výrobě letadel a byl strategickým materiálem mimořádného významu; natolik, že když Alcoa (nástupce Hall's Pittsburgh Reduction Company a tehdejší monopolista na výrobu hliníku ve Spojených státech) svou výrobu nerozšířil, americký ministr vnitra v roce 1941 prohlásil: „Pokud Amerika prohraje válku, může poděkovat Aluminium Corporation of America “. V roce 1939 bylo Německo předním světovým výrobcem hliníku; Němci tak ve válce viděli hliník jako svůj náskok. Hliníkové mince se nadále používaly, ale přestože symbolizovaly úpadek při jejich zavedení, v roce 1939 přišly reprezentovat moc. (V roce 1941 je začali stahovat z oběhu.) Poté, co v roce 1940 zaútočilo na Spojené království, zahájilo ambiciózní program recyklace hliníku; nově jmenovaný ministr výroby letadel apeloval na veřejnost, aby darovala jakýkoli hliník pro domácnost na stavbu letadel. Sovětský svaz obdržel od svých spolubojovníků v letech 1941 až 1945 328 100 metrických tun hliníku ; tento hliník byl použit v letadlových a tankových motorech. Bez těchto zásilek by produkce sovětského leteckého průmyslu klesla o více než polovinu.

Po válečném vrcholu světová produkce po dobu tří pozdních a poválečných let klesala, ale poté opět získala rychlý růst. V roce 1954 činila světová produkce 2 810 000 metrických tun; tato produkce překonala produkci mědi , historicky druhou ve výrobě pouze za železem, což z ní dělá nejvíce vyráběný barevný kov .

Věk hliníku

Nic nezastaví čas. Jedna epocha následuje druhou a někdy si toho ani nevšimneme. Doba kamenná ... doba bronzová ... doba železná ... [...] Lze však tvrdit, že nyní stojíme na prahu doby hliníku.

-  Ruská společnost vyrábějící hliník RUSAL ve své knize Aluminium: The Thirteenth Element v roce 2007

Hliníková plechovka

První umělá družice Země , vypuštěná v roce 1957, se skládala ze dvou spojených hliníkových polokoulí. Všechny následující kosmické lodě do určité míry používaly hliník. Hliníková plechovka byla poprvé vyroben v roce 1956 a použit jako obal na nápoje v roce 1958. V roce 1960, hliník byl použit k výrobě drátů a kabelů . Od 70. let 20. století vysokorychlostní vlaky běžně používaly hliník pro jeho vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. Ze stejného důvodu roste obsah hliníku v automobilech.

V roce 1955 na světovém trhu dominovalo Six Majors: Alcoa, Alcan (vznikl jako součást Alcoa), Reynolds , Kaiser , Pechiney (fúze Compagnie d'Alais et de la Camargue, která koupila Devillovu hutu a Société électrométallurgique française která najala Héroult) a Alusuisse (nástupce společnosti Héroult's Aluminium Industrie Aktien Gesellschaft); jejich společný podíl na trhu činil 86%. Od roku 1945 spotřeba hliníku rostla téměř o 10% každý rok po téměř tři desetiletí, čímž se prosadila ve stavebních aplikacích, elektrických kabelech, základních fóliích a leteckém průmyslu. Na počátku 70. let přišla další podpora díky vývoji hliníkových plechovek od nápojů. Skutečná cena klesala až do začátku 70. let; v roce 1973 se skutečná cena rovnala 2 130 USD za metrickou tunu (v roce 1998 amerických dolarů). Hlavními hybateli poklesu ceny byl pokles nákladů na těžbu a zpracování, technologický pokrok a nárůst výroby hliníku, který v roce 1971 nejprve překročil 10 000 000 metrických tun.

Bednění na stanici metra Volokolamskaja moskevského metra

Na konci šedesátých let se vlády dozvěděly o odpadu z průmyslové výroby; prosadili řadu předpisů upřednostňujících recyklaci a likvidaci odpadu. Söderbergovy anody, které šetří kapitál a práci při pečení anod, ale jsou škodlivější pro životní prostředí (kvůli větším obtížím při shromažďování a likvidaci výparů z pečení), upadly v nemilost a výroba se začala přesouvat zpět do předpečeného anody. Hliníkový průmysl začal podporovat recyklaci hliníkových plechovek ve snaze vyhnout se jejich omezení. To vyvolalo recyklaci hliníku, který dříve používali koncoví spotřebitelé: například ve Spojených státech se úrovně recyklace takového hliníku zvýšily 3,5krát od roku 1970 do roku 1980 a 7,5krát do roku 1990. Náklady na výrobu primárního hliníku rostly v 70. a 80. letech minulého století , a to také přispělo ke vzestupu recyklace hliníku. Bližší kontrola složení a vylepšená technologie rafinace zmenšila rozdíl v kvalitě mezi primárním a sekundárním hliníkem.

V sedmdesátých letech se díky zvýšené poptávce po hliníku stal směnným zbožím; vstoupila na London Metal Exchange , nejstarší průmyslovou burzu kovů na světě, v roce 1978. Od té doby se hliník obchoduje za americké dolary a jeho cena kolísá spolu s kurzem měny. Potřeba využívat méně kvalitní ložiska nižší kvality a rychle rostoucí vstupní náklady na energii, ale také bauxit, jakož i změny směnných kurzů a regulace skleníkových plynů zvýšily čisté náklady na hliník; skutečná cena rostla v 70. letech minulého století.

Světová produkce hliníku od roku 1900

Zvýšení skutečné ceny a změny sazeb a daní zahájily přerozdělování akcií světových producentů: Spojené státy, Sovětský svaz a Japonsko tvořily v roce 1972 téměř 60% světové primární produkce (a jejich společný podíl na spotřeba primárního hliníku se také blížila 60%); ale jejich společný podíl v roce 2012 jen mírně přesáhl 10%. Přesun výroby začal v 70. letech 20. století přesunem výroby ze Spojených států, Japonska a západní Evropy do Austrálie, Kanady, na Střední východ, do Ruska a Číny, kde to bylo levnější kvůli nižším cenám elektřiny a příznivé státní regulaci, jako jsou nízké daně nebo dotace. Výrobní náklady v 80. a 90. letech 20. století poklesly kvůli technologickému pokroku, nižším cenám energií a oxidu hlinitého a vysokým směnným kurzům amerického dolaru.

V roce 2000 vzrostl kombinovaný podíl zemí BRIC (Brazílie, Rusko, Indie a Čína) z 32,6% na 56,5% v primární výrobě a 21,4% na 47,8% v primární spotřebě. Čína nahromadila obzvláště velký podíl na světové produkci, a to díky množství zdrojů, levné energie a vládních podnětů; také zvýšil svůj podíl na spotřebě z 2% v roce 1972 na 40% v roce 2010. Jedinou další zemí s dvouciferným procentem byly Spojené státy s 11%; žádná jiná země nepřekročila 5%. Ve Spojených státech, západní Evropě a Japonsku se nejvíce hliníku spotřebovalo v dopravě, strojírenství, stavebnictví a balení.

V polovině roku 2000 způsobily rostoucí ceny energií, oxidu hlinitého a uhlíku (používané v anodách) zvýšení výrobních nákladů. To bylo umocněno posunem směnných kurzů měn: nejen oslabením amerického dolaru, ale také posílením čínského jüanu . Ten se stal důležitým, protože většina čínského hliníku byla relativně levná.

Světová produkce nadále rostla: v roce 2013 roční produkce hliníku přesáhla 50 000 000 metrických tun. V roce 2015 to bylo rekordních 57 500 000 metrických tun. Hliník se vyrábí ve větším množství než všechny ostatní barevné kovy dohromady. Jeho skutečná cena (v roce 1998 amerických dolarů) v roce 2015 činila 1 340 USD za metrickou tunu (1 940 USD za tunu v současných dolarech).

Viz také

• Seznam zemí podle primární produkce hliníku

Poznámky

Reference

Bibliografie

• Chisholm, Hugh, ed. (1911). „Hliník“  . Encyklopedie Britannica . 01 (11. vydání). Cambridge University Press. s. 767–773.
• Drozdov, Andrey (2007). Hliník: Třináctý prvek (PDF) . RUSAL knihovna. ISBN 978-5-91523-002-5. Archivováno z originálu (PDF) dne 2016-04-16 . Citováno 2019-06-09 .
• McNeil, Ian (2002). Encyklopedie dějin technologie . Routledge . ISBN 978-1-134-98165-6.
• Nappi, Carmine (2013). Globální hliníkový průmysl 40 let od roku 1972 (PDF) (zpráva). Mezinárodní institut hliníku.
• Richards, Joseph William (1896). Hliník: Jeho historie, výskyt, vlastnosti, metalurgie a aplikace, včetně jeho slitin (3. vydání). Henry Carey Baird & Co.
• Skrabec, Quentin R. (2017). Hliník v Americe: Historie . McFarland . ISBN 978-1-4766-2564-5.