sobota, 15. januára 2011

Štúdia na výrobu hliníka v Uhorsku z Banskej akadémie v Banskej Štiavnici




Článok bol publikovaný v Zborníku prednášok z konferencie „Energetická náročnosť pri výrobe a odlievaní hliníka“ na Donovaloch v dňoch 24.-27. 8. 1983.


„Je jedným z veľkých historických paradoxov, že zatiaľ čo slovenská národná kultúra sa len veľmi ťažko rodila pri trasľavom svetle sviec a kahancov po dedinských farách a skromných učiteľských príbytkoch, samo Slovensko odovzdalo do pokladnice svetovej vedy a techniky relatívne veľký príspevok.“
(J. Tibenský v úvode knihy „Cesta Maximiliána Hella do Vardö pri Laponsku a jeho pozorovanie prechodu Venuše v roku 1769).

Pri oslavách 125. výročia narodenia profesora samostatnej Katedry kovohutníctva Banskej a lesníckej akadémie v Banskej Štiavnici Karola Fallera bola v Miškolci uverejnená štúdia vo forme odborného posudku na spracovanie bauxitu z údolia Jád, vypracovaná pre Ministerstvo financií v Budapešti. Štúdia bola vypracovaná 10. 2. 1912 v Banskej Štiavnici a obsahuje 25 strán, z toho 12 strán sú podrobné ekonomické výpočty pre 2 varianty – prvá na 1 215 445 kg hliníka/rok a druhá na 2 190 000 kg hliníka/rok. Súčasťou správy sú aj 4 náčrtky.

Profesor Karol Faller sa narodil v Banskej Štiavnici dňa 17. 5. 1875, sám bol poslucháčom Banskej akadémie (jeho otec Gustav Faller bol profesorom baníctva ) a ako profesor pôsobil na Banskej akadémii v rokoch 1894 – 1913. Bol v poradí štvrtým profesorom Katedry kovohutníctva, ktorá sa osamostatnila v roku 1870. Prof. K. Faller bol uznávaným hutníckym odborníkom pri výrobe kovov, metalografii a mincovníctve. Najznámejšie jeho dielo je štvorzväzková „Príručka metalurgie kovov“, kde sú popísané výroby prvkov Cu, Pb, Au, Ag, Hg, Ni, Co, Zn, Cd, Sb, Sn, As, Bi, U, W a Al.
V príručke sú popísané zahraničné a domáce technológie, podrobne sú opísané zariadenia, rudy, prvotné suroviny, palivá, medziprodukty, a pod. Táto príručka bola úspešne používaná až do 2. svetovej vojny. Veľmi zaujímavé sú jeho práce z výroby ťažkých kovov a priekopnícke práce používané v metalografii. Záslužná je činnosť K. Fallera v oblasti mincovníctva, veď 19 rokov prednášal mincovníctvo. V písomnej pozostalosti sú kapitoly o význame peňazí, výmene drahých kovov, tavení, liatí, valcovaní, razení, ciachovaní kovov, ďalej tu podrobne opisuje výstavbu a činnosť mincovne v Kremnici.

V Banskom archíve v Banskej Štiavnici sa uvádza, že ovládal rovnocenne jazyk nemecký, maďarský a slovenský. Profesor Karol Faller zomrel 30. 5. 1913 v Budapešti, pochovaný v Banskej Štiavnici. Jediný žijúci potomok, jeho vnuk E. Blattný, žije v Banskej Bystrici.

Z hľadiska vedecko-historického s ohľadom na mohutný rozvoj výroby hliníka je z prác prof. K. Fallera zaujímavá v úvode uvedená štúdia, ktorá odzrkadľuje úroveň Banskej akadémie v takej špeciálnej a ešte nerozvinutej výrobe, ako v tom čase bola výroba hliníka (v roku 1825 Ch. Oersted vyrobil malé šupinky Al, v roku 1845 F. Wöhler popísal chemické a fyzikálne vlastnosti, v roku 1888 sa začal hliník vyrábať elektrolýzou v priemyselnom merítku).
Štúdia vypracovaná K. Fallerom slúžila Ministerstvu financií k posúdeniu návrhu Dr. Irkla, Ing. Vassa a Erdösa na spracovanie bauxitu z údolia Jád.

V úvode štúdie sa uvádza použitie hliníka hlavne v železiarstve a oceliarstve na dezoxidáciu, ďalej na výrobu termitového prachu, v kovopriemysle na výrobu zliatin (K. Faller uvádza, že pridaním 2 % cudzieho kovu zvýši sa jeho pevnosť z 1740 na 4000 kg/cm2, naproti tomu el. vodivosť klesne).

V ďalšej časti je vyzdvihnutá výhodnosť spracovania bauxitov zo Sedmohradska, pretože je tam vodná elektráreň, v blízkosti sú ložiská zemného plynu, ďalej je v blízkosti už vybudovaná železnica, a mohutné lesy dávajú dobré podmienky na výrobu sódy. Zhodnotenie týchto hľadísk podáva dôkaz o ekonomickom myslení aj z pohľadu súčasnej ekonomiky.

V ďalšej časti je popísaná technológia spracovania bauxitu na oxid hlinitý. Použité bauxity majú veľmi dobrú kvalitu a obsahujú 62,995 % Al2O3, 23,175 % Fe2O3. 6,720 % SiO2, 10,842 % je strata žíhaním. Na spracovanie je doporučená metóda spracovať bauxit po rozdrvení so sódou a žíhaním vytvoriť aluminát, ktorý s vodou vytvorí hlinitanový roztok.

Autor uvádza, že túto metódu doporučuje s ohľadom na vysoký obsah Fe2O3. Po vylúhovaní doporučuje roztok vyzrážať CO2, ktorý sa získa zo spalín spiekacích pecí alebo pálením vápenca. Autor predpokladá, že sa zo 175 kg bauxitu získa 100 kg Al2O3 s kvalitou 98% Al2O3, 0,3 % SiO2, 0,1 % Fe2O3 a 1 % H2O. Tiež doporučuje použitie Bayerovej metódy vylúhovaním v autoklávoch pomocou NaOH o mernej hmotnosti 1,45 g/cm3 pri tlaku 5 atm.
Celý popis technológie je doložený chemickými rovnicami, nie sú však uvedené teploty, pri ktorých by tieto mali prebiehať.

Takto vyrobený oxid hlinitý doporučuje autor štúdie „podrobiť elektrolýze podľa Heroulta“.
Samotnú elektrolýzu doporučuje robiť v nádobách (katodóvé skrine) o dĺžke 100 – 150 cm, šírke 55 – 76 cm a výške 30 cm. (Prvé huty spúšťané v západnej Európe mali kruhové elektrolyzéry). Tieto by boli nitované (tento spôsob sa od roku 1916 do súčasnosti využíva na katódové skrine v nemeckom Bitterfelde). Katódové skrine mali byť vymurované uhlíkatou výmurovkou a „aby sa dno a boky skríň neroztopili, majú sa chladiť studeným tlakovým vzduchom. Na ochranu stien elektrolyzérov pred elektrolytom bude slúžiť vrstva stuhnutého elektrolytu“. Zbernice na elektrolyzéroch mali byť medené.

Prúd elektrolyzérov je v štúdii navrhnutý na 3 200 A. (V tom čase už pracovali v elektrolýzach pri prúdoch 4 000 – 12 000 A). Elektrochemický ekvivalent udáva štúdia 0,337 g/A hod., neskôr bol tento upresnený na 0,3355 g/A hod.

V ďalšej časti sa zaoberá kvalitou surovín, kde zvlášť upozorňuje, že elektrolyt nesmie obsahovať elektronegatívnejšie kovy, ktoré by získaný hliník znečisťovali, ďalej že elektrolyt musí byť dostatočne tekutý s malým elektrickým odporom a musí mať nižšiu špecifickú hmotnosť ako roztavený hliník.
V správe sa neuvádza, do akej miery si popísané technologické skúsenosti prof. K. Faller overoval experimentálne alebo ich čerpal z literatúry, prípadne navštívil niektorý zo závodov na výrobu hliníka, ktoré už boli v prevádzke (v roku 1913 bola svetová výroba Al 75 200 ton). Celkove uvádzané technologické poznámky sú na dobrej úrovni aj z dnešného hľadiska hlavne je zvýraznená nutnosť dávkovania AlF3 / fluoridu hlinitého/, regenerácia elektrolytu, regenerácia zbytkov anód, ale aj zhoršovanie životného prostredia so zvyšovaním teploty elektrolytu. Veľmi zaujímavé sú doporučenia na zvládnutie procesu výroby hliníka, spúšťania elektrolyzérov, vznik anódového efektu (v štúdii sa uvádza ako „zmena napätia“).

Ešte niekoľko slov k parametrom elektrolyzérov.

Počet elektrolyzérov 300 ks I. var. 600 ks II. v.
Prúd 3 200 A
Účinnosť prúdu neuvádza sa
Pracovné napätie 10 V
Prúdová hustota 0,7 A/cm2
Spotreba el. energie (po prepočte) 25 000 kWh/t
(uvádzaná „denne /24 hod./ na 1 t 1 400 konských síl)
Spotr. vopred vypaľ. anód 1 000 kg/1 t

Parametre dosahované v zahraničných hutách, ktoré už začali vyrábať sa rýchle zlepšovali. Tak napr. prvá francúzska huta vo Froges, spustená v r. 1889 pracovala na začiatku s prúdom 1 000 A pri spotrebe 100 tis. kWh/t Al, no už v roku 1892 pracovala s prúdom 4 000 A a spotrebou 40 tis. kWh/t. Z tohto hľadiska uvedená štúdia trpí na nedostatok vlastných experimentálnych možností v prevádzkovom merítku.

V ekonomickej časti sú prepočítané dve alternatívy, v ktorých sú dosť podrobne rozpísané investičné náklady, náklady na suroviny, materiál, energie a mzdové náklady. Vypočítané náklady na 1 kg hliníka pri výrobe 1 215 445 kg na 69,39 halierov, pri výrobe 2 190 000 kg Al 62,75 hal. Cena hliníka na svetovom trhu bola v roku 1911 1,21 marky/1 kg.

Určite by bolo veľmi zaujímavé zistiť, či sa na Banskej akadémii v Banskej Štiavnici robili aj experimentálne práce na výrobu hliníka, a tak potom ešte lepšie oceniť prácu tejto školy pri rozvoji jedného z najmladších kovov. Štúdia však jednoznačne dokazuje, že vedomosti prof. Karola Fallera boli o výrobe hliníka pozoruhodné.






Použitá literatúra:

A nehézipari müszaki egyetem közleményi, Miskolc 1982

Dr. Horváth Z.: Faller Károly munkássaganuk tudomány történeti jelentöseje, Kohászat, N°10, 1982

Büttner – Feez: Hliník, stoletý boj o zázračný kov z hlíny, Praha 1941

Crussard C.: A hundred years of aluminiu elektrolysis, Inst. of min. met. N°6, 1978

Gindl: Prejav pri 125. výročí narodenia K. Fallera v Banskej Štiavnici dňa 23. 5. 1982

50 Jahre Bitterfelder Aluminiumwerk, 1966

Cesta Maximiliana Hella do Vardö pri Laponsku a jeho pozorovanie prechodu Venuše v roku 1769 – Tatran, Bratislava 1977

Žiadne komentáre:

Zverejnenie komentára