●○铝的一般特性○●
铝是一种具有非常高技术重要性的金属,被广泛应用于各个领域。它是地壳中第三最丰富的元素,但在技术应用上仅次于铁。铝主要从铝土矿中提取,通过电解铝氧化物制得高纯度的铝。
铝的物理性质包括原子序数为13,原子质量为26.9815。它的结晶结构为A1型壁心规则网络,具有较低的熔点和密度。铝具有良好的可塑性,可以进行冷加工和热加工。其力学性能随着冷塑性变形程度的增加而提高。
铝具有优异的导电性和导热性,是铜的约37.74%。然而,杂质元素如Fe、Si、Cu、Zn和Ti的存在会降低铝的导电性和塑性,但同时也能增加其强度特性。铝会在空气表面中形成一层薄的氧化物覆盖层(Al2O3),提供良好的耐腐蚀性,但它对一些还原性酸和海水等具有腐蚀性的介质还是很敏感。
铝的提取和生产经历了漫长的历史发展,尽管铝最早被发现存在于自然界的矿物中,但在大部分人类历史中并未被广泛认识。
然而,铝对还原性酸(如盐酸和氟化氢)、海水、水蒸气和汞离子等的腐蚀性较强。为了增强铝的耐腐蚀性,可以进行阳极氧化处理,即通过电解过程在铝表面生成一层氧化物涂层。
这个过程通常在含有10%硫酸的溶液中进行,在过程中会产生不同颜色的氧化层,能提高铝的耐腐蚀性能。
几千年来,人们一直熟悉一种叫做明矾的矿物,它其实是水合硫酸钾铝的形式存在,通常以颗粒状或浸润性簇的形式存在于粘土岩、含黄铁矿和白铁矿等硫化物的煤的风化带,以及富含长石和长石的火成岩中。
明矾自公元前5世纪起便为人所熟知,并在染色领域广泛应用。由于其在染色中的重要作用,明矾在中世纪成为国际贸易中的重要商品。
直到1825年,丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现了铝,随后德国化学家弗里德里希·沃勒扩展了他的研究成果。
如今,商业化的氧化铝生产主要依靠铝土矿的精炼过程,其中涵盖了拜耳法,该过程包括以下步骤:
1.消化:将铝土矿研磨成粉末,并制成烧碱(NaOH)的浆液。然后将浆液泵入大型高压反应罐中,在那里烧碱与氧化铝矿物反应,形成可溶性的氧化铝钠(Na)。
2.澄清:通过旋风分离器处理氧化铝钠溶液,去除粗颗粒。剩余的液体在增稠器中经过处理,添加絮凝剂以聚集固体颗粒,然后通过织物过滤器去除固体颗粒。赤泥残渣被洗涤后废弃,再进入下一步。
3.沉淀:在澄清液中加入氧化铝成核剂,促进较大的氧化铝晶体形成和分离。通过大小晶体的分离(小晶体可以回收用作成核剂),并进行洗涤以去除腐蚀性残留物,将氧化铝团聚物转移到下一步。
4.煅烧:将氧化铝团聚物放置在旋转窑或固定式流化床煅烧炉中,温度高于960°C,以确保脱水并获得商业级氧化铝。