Câu chuyện về Kim loại Nhôm - Phần 3

Ở Trung Quốc có ngôi mộ của đại đô đốc danh tiếng là Chu Du, chết hồi đầu thế kỷ thứ III. Cách đây không lâu, một số họa tiết trang trí ngôi mộ đã được phân tích bằng quang phổ. Kết quả thật bất ngờ đến nỗi phải phân tích đi phân tích lại nhiều lần, và mỗi lần như vậy, vạch quang phổ không thiên vị ai đã chứng tỏ hùng hồn rằng, thứ hợp kim mà những người thợ cổ xưa đã dùng làm họa tiết trang trí chứa tới 85% nhôm. Vậy bằng cách nào mà ngay từ thế kỷ thứ III người ta đã điều chế được kim loại này? Thời bấy giờ, con người biết đến điện họa chăng chỉ là qua sấm sét, mà chắc gì sấm sét thì chắc gì đã đồng ý tham gia vào quá trình điện phân. Thế nghĩa là vẫn phải giả định rằng, từ thời xa xưa ấy đã có một phương pháp khác nào đó để điều chế nhôm, nhưng tiếc thay đã bị thất truyền hàng bao thế kỷ.

Ngày đăng: 22-02-2019

928 lượt xem

 

Kể chuyện về kim loại

Câu chuyện về Kim loại Nhôm - Phần 1

Câu chuyện về Kim loại Nhôm - Phần 2

 

"Đâu cũng toàn là nhôm" - Dường như đã bàn định từ trước - Bí mật của ngôi mộ cổ Trung Hoa - Sự sáng suốt của một kỹ sư 

Chính ở thời kỳ này cũng đã xuất hiện “bạc Đêvin” với tư cách là vật trưng bày trong Triển lãm quốc tế. Có thể, những người tổ chức cuộc triển lãm đã liệt nhôm vào hàng những kim loại thông dụng, nhưng tiếc thay nó vẫn chưa đạt tới điều đó. Thực ra, ngay từ thời bấy giờ, những người tiên tiến đã hiểu được rằng, cúc áo và áo giáp chỉ là những tình tiết nhỏ mọn trong đời hoạt động của nhôm. Lần đầu tiên nhìn thấy những sản phẩm bằng nhôm, N. G. Checnưsepxki đã phấn khởi thốt lên: “kim loại này nhất định sẽ có một tương lai to lớn. Hỡi các bạn, trước mắt các bạn là thứ kim loại của chủ nghĩa xã hội”. Trong tiểu thuyết “Làm gì” của ông xuất bản năm 1863 có những dòng như sau: “...Nghệ thuật kiến trúc của ngôi nhà bên trong này thanh thoát biết bao, những bức tường giữa các cửa sổ gọn nhẹ làm sao. Các ô cửa sổ thì to lớn, rộng rãi, choán hết cả chiều cao tầng nhà... Còn sàn và trần nhà thì thế nào? Các cửa lớn và khung cửa sổ kia làm bằng gì? Đó là cái gì vậy? Bạc chăng? Bạch kim ư?...Ô, bây giờ tôi mới biết, Xasa chỉ cho tôi một tấm bảng nhẹ như tấm kính, lại có cả hoa tai và trâm cài đầu như vậy nữa; phải, Xasa nói rằng, sớm hay muộn rồi nhôm cũng thay thế gỗ, và có thể còn thay thế cả đá nữa. Nhưng sao lại dồi dào thế. Chỗ nào cũng là nhôm... Và đây, trong phòng này nữa, một nửa sàn để ngỏ, và thế là rõ rồi, nó làm bằng nhôm...”

Nhôm được dùng trong xây dựng

Nhưng trong khi những dòng tiên tri này được viết ra thì nhôm chủ yếu vẫn là thứ kim loại trang sức như trước. Một điều thú vị là năm 1889, khi Menđelêep ở Luân Đôn, để tỏ ý thừa nhận công lao xuất sắc của ông trong sự nghiệp phát triển ngành hóa học, người ta đã tặng ông một món quà quý: một chiếc cân làm bằng vàng và nhôm.

Xanh - Cle Đêvin đã triển khai hoạt động mạnh mẽ. Tại thị trấn La Glaxie, ông đã xây dựng nhà máy luyện nhôm đầu tiên trên thế giới. Nhưng trong quá trình nấu luyện, nhà máy đã thải ra nhiều khí có hại, làm ô nhiễm bầu không khí của La Glaxie. Những người dân địa phương vốn coi trọng sức khỏe của mình và không muốn hy sinh sức khỏe vì sự tiến bộ kỹ thuật nên đã khiếu nại lên chính phủ. Nhà máy đành phải chuyển đi nơi khác, lúc đầu, ra ngoại ô Pari, sau đó đến miền nam nước Pháp.

Song đến lúc này, nhiều nhà bác học đã thấy rằng, mặc cho tất cả các cố gắng của Xanh - Cle Đêvin, phương pháp của ông cũng không có triển vọng. Các nhà hóa học ở các nước khác vẫn tiếp tục tìm tòi. Năm 1865, nhà bác học Nga là N. N. Bekêtop đã đề xuất một phương pháp rất thú vị. Phương pháp này đã nhanh chóng được áp dụng tại các nhà máy luyện nhôm ở các nước Pháp và ở Đức.

Năm 1886 đã trở thành một cái mốc quan trọng trong lịch sử của nhôm, khi mà nhà bác học Mỹ là Saclơ Martin Hôn (Charles Martin Hall) và nhà bác học Pháp là Pôn Lui Tuxtanh Eru (Paul Louis Toussaint Heroult) một cách độc lập nhau đã hoàn thiện phương pháp điện phân để sản xuất kim loại này (Trong lịch sử khoa học và kỹ thuật có không ít những trường hợp mà hai nhà bác học trong cùng một năm đã đi đến những kết luận hoặc những phát minh như nhau. Sự trùng nhau này càng “chống chất” thêm bởi cả Hôn và Eru đều sinh năm 1863 và như thể đã hẹn ước với nhau, cả hai nhà phát minh này đều mất năm 1914). Ý tưởng này không phải là mới: ngay từ năm 1854, nhà bác học người Đức là Bunzen đã phát biểu ý nghĩ về việc điều chế nhôm bằng cách điện phân các muối của nó. Nhưng phải mất hơn ba mươi năm, ý định này mới được thực hiện. Do phương pháp điện phân đòi hỏi nhiều năng lượng, nên nhà máy đầu tiên sản xuất nhôm bằng phương pháp này ở châu Âu đã được xây dựng ở Neyhazen (Thụy Sĩ), gần thác nước sông Ranh - một nguồn điện rẻ tiền.

Ngày nay, sau hơn một trăm năm, chúng ta không thể tưởng tượng được việc sản xuất nhôm mà không dùng phương pháp điện phân. Chính điều đó đã giúp các nhà bác học phải vắt óc suy nghĩ về một sự thực đầy bí ẩn như sau. Ở Trung Quốc có ngôi mộ của đại đô đốc danh tiếng là Chu Du, chết hồi đầu thế kỷ thứ III. Cách đây không lâu, một số họa tiết trang trí ngôi mộ đã được phân tích bằng quang phổ. Kết quả thật bất ngờ đến nỗi phải phân tích đi phân tích lại nhiều lần, và mỗi lần như vậy, vạch quang phổ không thiên vị ai đã chứng tỏ hùng hồn rằng, thứ hợp kim mà những người thợ cổ xưa đã dùng làm họa tiết trang trí chứa tới 85% nhôm. Vậy bằng cách nào mà ngay từ thế kỷ thứ III người ta đã điều chế được kim loại này? Thời bấy giờ, con người biết đến điện họa chăng chỉ là qua sấm sét, mà chắc gì sấm sét thì chắc gì đã đồng ý tham gia vào quá trình điện phân. Thế nghĩa là vẫn phải giả định rằng, từ thời xa xưa ấy đã có một phương pháp khác nào đó để điều chế nhôm, nhưng tiếc thay đã bị thất truyền hàng bao thế kỷ.

Trong lăng mộ của Chu Du, một chỉ huy người Trung Quốc, đã chết vào đầu thế kỷ III, người ta tìm thấy các đồ trang trí được làm bằng một hợp kim bao gồm 85% nhôm

Cuối thế kỷ XIX, ngành sản xuất nhôm đã trưởng thành vượt bậc, kết quả là giá kim loại này giảm xuống rõ rệt và nó không còn được coi là thứ kim loại quý nữa. Tất nhiên, đối với những người thợ kim hoàn thì chẳng có gì đáng quan tâm nữa, nhưng lập tức nó thu được sự chú ý của giới công nghiệp mà lúc này đang đứng ở ngưỡng cửa của những sự kiện lớn: ngành chế tạo máy bắt đầu phát triển mạnh mẽ, ngành công nghiệp ô tô đã đứng vững, ngành hàng không đang đi những bước đầu tiên mà trong đó nhôm đóng vai trò quan trọng nhất.

Năm 1893, ở Maxcơva đã xuất bản cuốn sách “ Nhôm và luyện nhôm” của kỹ sư N. Giucôp, trong đó tác giả viết: “Nhôm phải chiếm vị trí nổi bật trong kỹ thuật và phải thay thế nếu không phải tất cả thì cũng phải thay thế được nhiều kim loại thông dụng...”. Đã có những cơ sở cho lời khẳng định đó: ngay từ lúc bấy giờ người ta đã biết những tính chất tuyệt diệu của thứ “bạc lấy từ đất sét”. Nhôm là một trong những kim loại nhẹ nhất, nó nhẹ hơn đồng và sắt khoảng ba lần. Về tính dẫn điện và nhiệt thì nó chỉ thua kém bạc, vàng và đồng. Trong những điều kiện bình thường, kim loại này có đồ bền hóa học khá cao. Nhôm có tính dẻo cao nên có thể cán nó thành lá mỏng khoảng vài micrôn, kéo thành sợi rất mảnh như tơ nhện; 1000 mét sợi này chỉ cân nặng 27 gam và có thể để gọn trong một bao diêm. Chỉ có các đặc tính về độ bền là chưa được thỏa mãn lắm. Chính điều đó đã thúc giục các nhà bác học nghĩ cách làm sao cho nhôm bền hơn mà vẫn giữ được tất cả những tính chất có ích của nó.

Từ lâu người ta đã biết rằng, độ bền của nhiều loại hợp kim thường cao hơn hẳn độ bền của các kim loại nguyên chất có mặt trong các hợp kim ấy. Bởi vậy, các nhà luyện kim đã ra sức tìm kiếm cho nhôm những “người bạn” mà sau khi “kết thân” với nhôm thì sẽ làm cho nhôm bền hơn. Chẳng bao lâu, thành công đã đến với họ. Trong lịch sử khoa học, lắm khi những hoàn cảnh ngẫu nhiên lại đóng vai trò quyết định. Chúng tôi xin lần lượt kể ra đây.

Một hôm (chuyện xảy ra hồi đầu thế kỷ XX), nhà hóa học kiêm luyện kim người Đức là Anfrêt Vinmơ (Alfred Wilm) pha chế một hợp kim, trong đó, ngoài nhôm ra còn có các chất phụ khác là đồng, magie và mangan. Độ bền của hợp kim này cao hơn độ bền của nhôm nguyên chất, nhưng Vinmơ vẫn cảm thấy có thể làm cho nó bền hơn nữa bằng cách đem tôi. Ông đã đốt nóng một vài mẫu hợp kim đến khoảng 600 độ C, sau đó đem nhúng vào nước. Tôi như vậy đã làm cho độ bền của hợp kim tăng lên rõ rệt, nhưng vì kết quả thử nghiệm các mẫu khác nhau lại không đồng nhất, nên Vinmơ đã tỏ ra nghi ngờ ở sự hoàn hảo của dụng cụ và độ chính xác của các phép đo.

Nhà nghiên cứu đã kiểm tra lại dụng cụ suốt mấy ngày liền. Các mẫu bị ông bỏ quên vẫn nằm trơ trọi trên bàn một thời gian, và đến khi các dụng cụ đo đã sẵn sàng trở lại làm việc thì những mẫu ấy không những đã được tôi mà còn bị bụi bám đầy nữa. Vinmơ tiếp tục cuộc thử nghiệm và đã không tin ở chính mắt mình: dụng cụ đo đã cho thấy rằng, độ bền của các mẫu tăng lên gần gấp đôi.

Nhà bác học lặp đi lặp lại các thí nghiệm của mình và mỗi lần đều thấy rõ rằng, sau khi tôi, trong những ngày tiếp theo, hợp kim vẫn tiếp tục ngày càng trở nên bền hơn. Thế là đã khám phá ra một hiện tượng lý thú - đó là sự hòa già tự nhiên của các hợp kim nhôm sau khi tôi.

Bản thân Vinmơ cũng không biết điều gì đã xảy ra với kim loại trong quá trình hóa già, nhưng sau khi dùng phương pháp thực nghiệm để chọn thành phần tối ưu của hợp kim và chế độ xử lý nhiệt, ông đã nhận được bằng phát minh và ít lâu sau ông đã bán nó cho một hãng ở Đức. Năm 1911, hãng này đã sản xuất mẻ hợp kim đầu tiên, gọi là đuraluminium (Đuren - tên thành phố lần đầu tiên sản xuất hợp kim này theo quy mô công nghiệp). Về sau, nó được gọi là đuralumin, hay là đura.

Những chiếc máy bay đầu tiên làm bằng đura đã xuất hiện năm 1919. Kể từ lúc ấy, nhôm mãi mãi gắn bó số phận của mình với ngành hàng không. Nó hoàn toàn xứng đáng được mệnh danh là “kim loại có cánh” vì đã biến những cái “giá gỗ” thô sơ thành những máy bay chuyên tuyến khổng lồ. Tuy nhiên, trong những năm đó vẫn chưa có đủ nhôm nên nhiều máy bay, chủ yếu là máy bay hạng nhẹ, vẫn tiếp tục được chế tạo bằng gỗ.

Ở Liên Xô lúc bấy giờ chỉ có Nhà máy chế biến kim loại màu ở Conchuginô sản xuất các hợp kim nhôm. Nhà máy này đã sản xuất conchugalumin - một hợp kim nhôm có thành phần và tính chất gần giống đura, song sản lượng không được nhiều. Từ hợp kim này, công trình sư hàng không trẻ tuổi A. N. Tupôlep lúc đầu dùng để chế tạo các xe trượt tuyết có chong chóng; loại xe này đã chịu đựng rất tốt những cuộc thử nghiệm trên những cánh đồng bao la đầy tuyết phủ. Sau cuộc kiểm tra ban đầu như vậy, conchugalumin đã được đưa lên không trung: năm 1924, chiếc máy bay kim loại đầu tiên “ANT - 2” của Liên Xô đã được chế tạo từ hợp kim này.

Vấn đề xây dựng một nền công nghiệp nhôm hùng mạnh đã trở nên cấp thiết. Đầu năm 1929, tại Nhà máy “Người Vưborg Đỏ” (Vưborg là một cảng trên vịnh Phần Lan, gần Lêningrat) ở Lêningrat đã tiến hành những cuộc thí nghiệm về luyện nhôm. Người lãnh đạo các cuộc thí nghiệm này là P. P. Feđôtiep - một nhà bác học có tên tuổi gắn liền với nhiều trang sử của “kim loại có cánh”. Ngày 27 tháng 3 năm 1929 đã sản xuất được 8 kg nhôm đầu tiên. Về sau, Feđôtiep đã viết: “Có thể coi thời điểm này là sự khởi đầu của ngành sản xuất nhôm ở Liên Xô với năng lượng của nhà máy thủy điện Vônkhop và hoàn toàn bằng các vật liệu tự làm ra”. Báo chí Lêningrat lúc bấy giờ đã nhận xét rằng, “thỏi nhôm đầu tiên là một báu vật bảo tàng, phải được gìn giữ như một tượng đài kỷ niệm một trong những thành tựu lớn nhất của nền kỹ thuật Xô - viết”. Sau đó, những mẫu nhôm do nhà máy “Người Vưborg Đỏ” sản xuất cùng với các sản phẩm làm bằng thứ nhôm ấy đã được những người lao động Lêningrat dâng lên Đại hội các Xô - viết toàn Liên bang lần thứ V.

Kết quả tốt đẹp của các cuộc thí nghiệm công nghiệp đã cho phép khởi công xây dựng các nhà máy luyện nhôm ở Vônkhop và ở Đniep. Năm 1932 và năm 1933, hai nhà máy này lần lượt đi vào sản xuất.

Cũng trong thời kỳ này đã phát hiện ra được những trữ lượng quặng nhôm thiên nhiên lớn ở vùng Uran. Sự việc xảy ra trước khi khám phá ra các mỏ nhôm cũng rất đáng chú ý. Năm 1931, nhà địa chất trẻ tuổi N. A. Cagiavin đã để ý đến một hiện vật vốn được coi là quặng sắt với hàm lượng sắt thấp trưng bày tại nhà bảo tàng của một xí nghiệp mỏ ở Uran. Anh rất ngạc nhiên trước sự giống nhau giữa mỏ quặng này và boxit - một loại đá sét chứa nhiều nhôm. Sau khi phân tích khoáng vật này, anh đã biết chắc rằng, thứ “quặng sắt nghèo” đó là nguyên liệu nhôm tuyệt với. Thế là người ta bắt đầu triển khai những cuộc tìm kiếm địa chất ở nơi đã tìm thấy mẩu quặng này, và chẳng bao lâu đã đạt kết quả tốt đẹp. Nhà máy luyện nhôm Uran đã được xây dựng trên cơ sở các mỏ vừa mới tìm được. Sau đó mấy năm (lúc đó đã là những năm chiến tranh) đã xây dựng Nhà máy Bogotlôpxcơ là nhà máy cho ra loạt sản phẩm đầu tiên đúng vào Ngày chiến thắng lịch sử - ngày 9 tháng 5 năm 1945.

Một điều đáng chú ý là trong những năm chiến tranh thế giới thứ hai, khi mà một số nước tham chiến lâm vào tình trạng thiếu boxit - nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhôm, thì nước Italia chẳng hạn đã phải lấy nhôm từ ... dung nham núi lửa Vesuvio. Cũng vào khoảng thời gian ấy, người ta đã phát hiện được những mỏ boxit lớn trên đảo Giamaica, vả lại, điều đó đã xảy ra trong hoàn cảnh khá thú vị. Một người dân trên đảo định làm ăn bằng nghề trồng cà chua. Ông đã trồng một vườn cà chua trên đồn điền của mình và chờ ngày thu hoạch. Song mọi việc diễn ra lại không trôi chảy như thế: cả vườn cà chua tàn lụi và chết một cách nhanh chóng. Ông ta lại trồng thử một lần nữa, nhưng kết quả cũng thảm hại như lần trước. Cay đắng than thở về sự bất công của số mệnh, người làm vườn bất hạnh đã quyết định tìm cho ra căn nguyên của sự thất bại. Ông đã gửi mẫu đất không lấy gì làm hào phóng lấy từ khu vườn nhà mình đến một phòng thí nghiệm ở Mỹ để phân tích và yêu cầu giải thích tại sao cà chua lại không trồng được trên loại đất này. Chẳng bao lâu, ông đã nhận được lời giải đáp, đại để như sau: “Liệu thứ đất chứa đến 99% boxit có thể nuôi dưỡng được cà chua không?”. Thế là chỉ vài năm sau trên đất Giamaica, thay cho cà chua, các xí nghiệp khai thác mỏ đã mọc lên. Hiện nay, sản phẩm của các xí nghiệp này đã đi đến các nhà máy sản xuất nhôm.

Quặng Boxit

Nhu cầu về kim loại này không ngừng tăng lên. ngành hàng không vẫn là khách hàng chủ yếu của công nghiệp luyện nhôm như từ trước đến nay: nhôm chiếm vị trí hàng đầu trong số các kim loại được sử dụng để chế tạo máy bay. Với việc chinh phục vũ trụ, “kim loại có cánh” đã tìm được những “người hâm mộ” ngay cả trong số các nhà thiết kế kỹ thuật tên lửa. Vỏ của vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Liên Xô bay quanh trái đất đã được chế tạo bằng các hợp kim nhôm. Năm 1960, Mỹ đã phóng vệ tinh “Tiếng vang-1” dùng để phản xạ tín hiệu vô tuyến. Đó là một quả cầu rất lớn, đường kính 30 mét, chế tạo bằng polime và được bọc bằng một lớp nhôm rất mỏng. Mặc dầu kích thước rất lớn nhưng vệ tinh này chỉ nặng 60 kilôgam. Các hợp kim nhôm làm việc tốt trong khoảng nhiệt độ rộng (từ độ không tuyệt đối đến 200 độ C) đã được chọn làm vật liệu kết cấu cho các thùng chứa hiđro lỏng và oxi lỏng đặt trên các tên lửa “Sao Thổ” của Mỹ.

Một lá nhôm rất tinh khiết được dùng làm màn huỳnh quang đặt trên một vệ tinh để nghiên cứu các hạt tích điện do mặt trời bắn ra. Khi các nhà du hành vũ trụ Mỹ là Neil Armstrong và Edwin Aldrin đổ bộ lên mặt trăng, họ đã trải lên bề mặt mặt trăng một lá nhôm như vậy: trong suốt hai giờ, nó đã chịu tác động của các tia do mặt trời phát ra. Từ giã mặt trăng, các nhà du hành vũ trụ lấy lại lá nhôm đó, cho cùng các mẫu đất đá lấy trên mặt trăng vào trong những cái hộp đặc biệt làm bằng nhôm để đem về trái đất.

(còn tiếp)

Nguồn: Sưu tầm Internet

Bình luận (0)

Gửi bình luận của bạn

Captcha