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铝——仅次于钢铁的第二大金属

    铝是地壳中最多的一种金属元素,约为8%,呈银白色,如我们日常生活中的铝锅、铝盆、铝门窗等都是用金属铝或铝合金做的,铝是轻金属中用量最大的一种,其产量和消费量均仅次于钢铁,是第二大金属。铝的化学符号是“Al”,英文名称为Aluminium,在元素周期表中属ⅢA族,原子序数为13,原子量是26981538

    1746年,德国人波特(JHPott)从明矾中制得氧化铝。1807年英国人戴维(HDavy)试图采用电解熔融氧化铝制取金属铝,但没有成功。1825年丹麦人奥斯忒(HCOersted)用钾汞齐还原无水氯化铝,第一次得到金属铝。1827年德国人沃勒(PWöhler)用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末。1854年他又用氯化铝气体通过熔融金属钾的表面,得到一些铝珠,每颗铝珠重1015毫克,进而初步测定了铝的密度和延展性。1845年法国德维尔(SCDeville)在巴黎附近建立了—座用钠置换氯化铝生产铝的小铝厂。1865年俄国的别克托夫(H.H.Бeкeтoв)提议用镁来置换冰晶石中的铝,这一方案为德国盖墨林根铝镁工厂所采用。1884年法国的德维尔和德国的本生(RWBunsen)分别电解NaClAlCl的熔盐制得铝。他们在电解中都采用了碳阳极。1886年美国的霍尔(C.M.Hall)和法国的埃鲁(Plad L.T.Heroult)几乎同时而又独立地发明了用冰晶石—氧化铝熔盐电解法。他们把氧化铝溶解在冰晶石溶液中电解制得铝。二人分别在美国和法国取得专利权,又于1888年分别在各自的国家建厂生产出了金属铝。1889年至1892年奥地利科学家拜耳(K.J.Bayer)发明了从铝土矿中提取氧化铝的新方法,此法称为拜耳法,并获得专利权。此后的一百多年来,出现了不少的炼铝新方法。如制取氧化铝的方法有碱法和酸法;制取金属铝的方法除冰晶石——氧化铝熔盐电解法外,还有氧化铝炭热还原法、硫化铝电解法、氯化铝电解法以及电热法等。目前常用制取氧化铝的方法是拜耳法、烧结法、拜耳与烧结的联合法,以及围绕这几种方法在提高落出率,减少氢氧化铝的水解、控制碱耗、降低能耗上进行改进。熔盐电解方面主要是提高电流强度,从20世纪70年代后新建的电解铝厂大都采用预焙电解槽工艺,电流强度从16万安培发展到32万安培。

    中国的铝工业起步较晚,20世纪50年代才开始建立铝冶金工业体系。目前建有一批生产技术较为先进的铝企业,如平果铝业公司、长城铝业公司、贵州铝厂、山东铝厂、山西铝厂、青海铝厂、西南铝加工厂等。据统计,1998年底氧化铝生产能力达346万吨,电解铝达260万吨,铝加工达400万吨。原铝和铝材的产量已居世界第三位。在生产技术上,根据我国铝的资源特点,发展了碱石灰烧结法处理铝硅比只有3.5的纯一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的方法,氧化铝的总回收率达90%,每吨氧化铝的碱耗量(碳酸钠)90千克,而且在生产流程中回收了金属镓,并利用赤泥残渣生产水泥。在此基础上,经过不断改进和创新,发展了混联法生产氧化铝的生产技术,创造出了氧化铝实收率达92%,每吨氧化铝碱耗量达59千克的先进水平。形成了拜耳—烧结联合法、拜耳—烧结串联法、选矿—拜耳生产氧化铝等多种工艺流程。在电解铝生产技术方面已掌握了建设大容量铝电解槽的生产技术,先后开发成功了18万安培、28万安培、32万安培大型预焙阳极铝电解生产技术。2000年组建了中国铝业公司,这为发展铝工业、参与世界竞争创造了条件。

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