关于铝的知识

2017-06-12  来自: 澳门新葡亰登录入口 浏览次数:287

铝是一种轻金属,其化合物在自然界中分布极广,铝在地壳中的含量仅次于氧和硅。在金属品种中,铝仅次于钢铁,为第二大类金属。铝具有特殊的化学、物理特性,是当今常用的工业金属之一,不仅重量轻,质地坚,而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国民经济发展的重要基础原材料。

  铝的密度是2.7,约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性,但仍可通过冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来源,制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿,而制造一磅金属铝需要两磅氧化铝。

  铝在自然界中多以氧化物、氢氧化物和含氧的铝硅酸盐存在,极少发现铝的自然金属。目前已知的含铝矿物有258种,其中常见的矿物约43种。实际上,由纯矿物组成的铝矿床是没有的,一般都是共生分布,并混有杂质。从经济和技术观点出发,并不是所有的含铝矿物都能成为工业原料。用于提炼金属铝的主要是由一水硬铝石、一水软铝石或三水铝石组成的铝土矿。

  一水硬铝石又名水铝石,结构式和分子式分别为AlO(OH)和Al2O3•H2O。斜方晶系,结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿石中的水铝石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱,但在常温常压下溶解甚弱,需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质,与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石,脱水可变成α刚玉,可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等交代。

  一水软铝石又名勃姆石、软水铝石,结构式为AlO(OH),分子式为Al2O3•H2O。斜方晶系,结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含Fe2O3、TiO2、Cr2O、Ga2O3等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质,主要产在沉积铝土矿中,其特征是与菱铁矿共生。它可被一水硬铝石、三水铝石、高岭石等交代,脱水可转变成一水硬铝石和α刚玉,水化可变成三水铝石。

  三水铝石又名水铝氧石、氢氧铝石,结构式Al(OH),分子式为Al2O3•3H2O。单斜晶系,结晶完好者呈六角板状、棱镜状,常有呈细晶状集合体或双晶,矿石中三水铝石多呈不规则状集合体,均含有不同量的TiO2、SiO2、Fe2O3、Nb2O5、Ta2O5、Ga2O3等类质同象或机械混入物。三水铝石溶于酸和碱,其粉末加热到100℃经2h即可完全溶解。三水铝石形成于酸性介质,在风化壳矿床中是原生矿物,与高岭石、针铁矿、赤铁矿、伊利石等共生。三水铝石脱水可变成一水软铝石、一水硬铝石和α刚玉,可被高岭石、多水高岭石等交代。

  铝土矿的化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O+,五者总量占成分的95%以上,一般>98%,次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等,微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。Al2O3主要赋存于铝矿物—水铝石、一水软铝石、三水铝石中,其次赋存于硅矿物中(主要是高岭石类矿物)。

  在内生条件下,由于有二氧化硅的广泛存在,Al2O3与SiO2常紧密结合成各类铝硅酸矿物,这些矿物一般铝硅比小于1,而工业上对铝矿石一般要求Al2O3≥40%,Al/Si>1.8~2.6,因此内生条件下很少形成工业铝矿床。

  目前,已知的国内外工业铝土矿多是在表生条件下形成的。在表生条件下铝土矿的生成主要有两种形式:即风化-残积(余)成矿(红土成矿)和风化-搬运-沉积成矿或风化-改造-再沉积成矿(沉积成矿)。风化-残积(余)成矿是含铝母岩在湿热气候条件下,具排泄良好的有利地形(如残丘、低山和台地),由于水、CO2和生物等的风化分解作用,母岩中易溶物质K、Na、Ca、Mg和SiO2被淋失排出,活动性小的物质Al、Fe、Ti残留原地形成红土型铝土矿。风化-搬运-沉积成矿是含铝岩石、红土风化壳或已形成的红土矿床,在重力、水和自然酸(硫酸、碳酸、有机酸)等作用下,经机械的或化学的风化、剥蚀、搬运等物理、化学改造作用,于山坡凹地、谷地、近海湖盆地或滨海湖、局限海盆内形成铝土矿,在水介质环境中形成沉积铝土矿。

  铝土矿矿石含有镓、钒、铌、钽、钛、铈及放射性元素等有用组分,这些有价值的伴生组分可综合回收。而矿石中的硫、CO2、MgO、P2O5则是有害组分,不利于铝的冶炼回收。

  铝土矿矿石根据其所含的主要含铝矿物分为:三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型。国外铝土矿矿石主要是三水铝石型,次为一水软铝石型,而一水硬铝石型铝土矿极少。但我国则主要是一水硬铝石型铝土矿,三水铝石型铝土矿极少。

  国外的三水铝石型铝土矿具高铝、低硅、高铁的特点,矿石质量好,适合耗能低的拜耳法处理。我国的一水硬铝石型铝土矿,总体特征是高铝、高硅、低硫低铁、中低铝硅比,矿石质量差,加工难度大,氧化铝生产多用耗能高的联合法。

  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。金属铝的生产方法主要是冰晶石-氧化铝融盐电解法。

  铝的主要应用形态是铝合金而不是纯铝金属。这是因为将铝配制成铝合金后,可以明显改善其性能,如提高强度和耐腐蚀性等。根据成形方法的不同,可将铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金是用铸造的方法生产的铸件,变形铝合金是用压力加工方法生产的板、带、箔材和管、棒、型、线材等。

  由于铝具有优良的性能,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、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%,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;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,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,日常生活中所用的锅、盆等大多由铝制成。

  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,在医药上有中和胃酸和治疗溃疡的作用;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气体,可毒死害虫,农业上用作谷仓杀虫的熏蒸剂;硅酸铝常用于制造玻璃、陶瓷、油漆的颜料以及油漆、橡胶和塑料的填料。近些年来,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。

  由于铝具有优良的性能,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、、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;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,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,日常生活中所用的锅、盆等大多由铝制成。

  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,在医药上有中和胃酸和治疗溃疡的作用;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气体,可毒死害虫,农业上用作谷仓杀虫的熏蒸剂;硅酸铝常用于制造玻璃、陶瓷、油漆的颜料以及油漆、橡胶和塑料的填料。近些年来,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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