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科普知识——铝

发布时间:2016-09-09

发现小史

² aluminium一词是从古罗马语alumen(明矾)衍生而来的。1746年德国科学家波特(J.H.Pott)用明矾制得氧化铝。1807年英国人戴维(H.Davy)试图电解熔融氧化铝得到金属。第二年戴维给预想的金属取名为alumium,后改为aluminium。1825年丹麦科学家奥斯忒(H.C.Oersted)用钾汞齐还原无水氯化铝,获得几毫克金属铝。1827年德国科学家沃勒(F.Wohler)用钾还原氧化铝得到少量金属铝。1854年法国科学家德维尔(S.C.Deville)用钠还原NaAlCl4配合盐制得铝,并建厂生产一些头盔、餐具及玩具,其价格昂贵,等同于黄金。1886年(美)霍尔(Hall)和(法)埃鲁特(Heroult)同时提出了冰晶石—氧化铝熔盐电解炼铝方法。1888年美国匹兹保建立第一家电解铝厂,铝生产进入一个新阶段。1956年世界铝产量超过铜,跃居有色金属首位。

金属性质

² 铝的标准电极电势(25℃)-1.662伏,电化当量0.3356克/(安·时)。纯度为99.99%的金属铝的主要物理性质如下: 密度(20℃)为2.70g/cm3;熔点为660.1℃;沸点为2520℃;平均比热(0~100℃)为917J/kg·K;熔化热为10.47kJ/mol;汽化热为291.4 kJ/mol(估算值);热导率(0~100℃)为238W/(m·K);电阻率(20℃)为2.67μΩ/cm。

资源

² 铝在地壳中的平均含量为7.47%,次于氧和硅居第三位。全世界已查明的铝土矿的工业储量约250亿吨,加上远景储量共约350亿吨。储量丰富和产量较大的国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加、印度等国。这些国家的铝土矿多属于高铁低硅的三水铝石型,适合于用较简单的拜耳法生产氧化铝。 中国已探明的铝土矿主要分布于河南、山西、贵州、山东、广西等地,除个别地区外都为低铁高铝的一水硬铝石型。中国还有丰富的明矾石矿。浙江、安徽两省有以亿吨计的钾明矾石资源,是生产氧化铝和钾肥的原料。此外,在云南等地也发现有较丰富的霞石资源。

制取

² 铝的制取包括由矿石生产氧化铝,再由氧化铝生产金属铝两大部分。氧化铝生产方法主要有拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法,其产量约占全世界氧化铝总产量的95%左右。

发现小史

² 由于具有优良的物理性能,铝在国民经济各行业和国防工业中得到了广泛的应用。铝作为轻型结构材料,重量轻、强度大,海、陆、空各种运载工具,特别是飞机、导弹、火箭、人造地球卫星等,均使用大量的铝,一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70%,一枚导弹用铝量占其总重量的10%以上;用铝和铝合金制造的各种车辆,可以减少能耗,其所节省的能量远远超过炼铝时所消耗的能量;在建筑工业中用铝合金做房屋的门窗及结构材料;用铝制作太阳能收集器,可以节能;在电力输送方面,铝的用量居首位,90%的高压电导线是用铝制作的;在食品工业上,从储槽到罐头盒,以至饮料容器大多用铝制成;铝粉可做难熔金属(如钼等)的还原剂和做炼钢中的脱氧剂,日常生活所用的锅、盘、匙等大多由铝制成。   铝的化合物如氢氧化铝可用来制备铝盐、吸附剂、媒染剂和离子交换剂,也可作为瓷釉、耐火材料等的原料,在医药上用作酸药,有中和胃酸和治疗溃疡的作用;偏铝酸钠常用于印染织物;无水氯化铝是石油工业和有机合成中常用的催化剂;六水合氯化铝可用于制备除臭剂、安全消毒剂;六氟合铝酸钠(即冰晶石),在农业上常用作杀虫剂;磷化铝遇潮湿或酸放出剧毒的磷化氢气体,可毒死害虫,农业上用作谷仓杀虫的熏蒸剂;硫酸铝常用作造纸的填料;硝酸铝可用来鞣革和制白热电灯丝,也可用作媒染剂;硅酸铝常用于制玻璃、陶瓷、油漆的颜料以及油漆、橡胶和塑料的填料等;硫糖铝又名胃溃宁,学名蔗糖硫酸酯碱式铝盐,它能和胃蛋白酶结合,直接抑制蛋白分解活性,作用较持久,并能形成一种保护膜,对胃粘膜有较强的保护作用和制酸作用,帮助粘膜再生,促进溃疡愈合,毒性低,是一种良好的胃肠道溃疡治疗剂。   近些年,人们又开发了一些新的含铝化合物,如用作复合木地板耐磨层的三氧化二铝,还有烷基铝、纳米氧化铝等。随着科学的发展,人们将会更多更好地利用铝及化合物造福人类。


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