鋁的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用

侯前進(jìn)

【中圖分類號】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）11 -0212-02

1.鋁的簡歷

鋁在自然界中存在的形式均為化合態(tài)。如在鋁礬土礦、剛玉、紅寶石中均以氧化鋁的形式存在。鋁元素在地殼中的含量僅次于氧和硅，名列第三。在全部金屬元素中占第一位，它比鐵幾乎多了一倍，是銅的近千倍。

2.人類早期與鋁的交集

金屬鋁由含鋁化合物經(jīng)過人工冶煉獲取。它是一種銀白色有光澤的金屬，密度為2.70g/cm3，熔點(diǎn)為930K，沸點(diǎn)為2740K。它具有良好的延展性和導(dǎo)電性。

日常生活中常見的許多物品、器具都是由鋁制成，如鋁碗、鋁鍋、鋁壺（不是純鋁，而是鋁合金）等。公元前5世紀(jì)就開始用明礬（硫酸鋁鉀KAl（SO4）2.12H2O）作收斂劑、媒染劑。1825年，丹麥化學(xué)家和礦物學(xué)家厄斯泰德將金屬鉀溶解在金屬汞中，制成鉀汞齊去還原無水鹵化鋁，制備出不純的鋁單質(zhì)。1827年，德國化學(xué)家維勒用金屬鉀還原無水氯化鋁，制備出較純的鋁。

無論是丹麥化學(xué)家厄斯泰德還是德國化學(xué)家維勒制取鋁的方法都由于成本太高無法應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。早期的鋁每磅價值545美元，所以，在這以后的一段很長時間里，鋁作為價格超過黃金的貴金屬的身份與身價成為珠寶店里的商品、帝王貴族的珍寶，平民百姓根本用不起這種昂貴的金屬制品的。

3.現(xiàn)代冶鋁的奠基

1886年， 21歲的美國大學(xué)生豪爾和21歲的法國大學(xué)生埃羅各自獨(dú)立地使用電解的方法制備金屬鋁獲得成功。由于電的價格明顯地低于活潑金屬鉀，所以鋁得以大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，一磅鋁只值美金四角錢，最終使鋁成為普通商品進(jìn)入尋常百姓家。當(dāng)然，這個從金屬鉀還原鋁鹽到電解的方法制備金屬鋁的歷程畢歷經(jīng)了60多年的時間。由于采用電解方法制備金屬鋁的方法科學(xué)、成本低廉，所以今天電解鋁的方法仍然基于他們奠定的電解鋁的基本原理與方法。

近代工業(yè)是用電解熔融氧化物的方法制備金屬鋁。

以鋁礬土礦為原料提取和冶煉鋁的步驟：

（1）用堿溶液處理鋁礬土礦（主要成分Al2O3）或用碳酸鈉焙燒鋁礬土礦得到鋁酸鹽：

（2）將鋁酸鹽溶液靜置澄清除去不溶雜質(zhì)后，向堿溶液中通入CO2促使鋁酸鹽水解：

（3）將Al（OH）3過濾分離，干燥后煅燒，便得到符合電解需要的純凈的氧化鋁：

分離后剩下的Na2CO3經(jīng)苛化后可以再次用來浸提鋁礬土。

（4）將Al2O3熔在熔融的冰晶石中Na3AlF6（作為電解介質(zhì)）中進(jìn)行電解。

電解約在1300K時進(jìn)行，在陰極上得到金屬鋁，在其工藝條件下，鋁為熔融態(tài)的，可以定時放出，形成循環(huán)生產(chǎn)。

4.鋁的應(yīng)用

表1.常用金屬導(dǎo)體在20℃時的電阻率（Ω/ m）

鋁具有材質(zhì)輕、導(dǎo)電導(dǎo)熱強(qiáng)、易延展、耐腐蝕等優(yōu)良的物理化學(xué)性能。由于鋁質(zhì)輕、導(dǎo)熱強(qiáng)，因此，散熱器、暖氣管、空調(diào)等熱傳導(dǎo)設(shè)施和器具的首選材料；另外家庭中廣泛使用的炊具，鋁鍋、鋁壺均為鋁合金制品；從表1可以看出，鋁的電阻率與導(dǎo)電性能最好的銀比較，屬于同一數(shù)量級，且2.83比起1.65也僅多出1.18，所以，鋁同樣具有良好的導(dǎo)電性能，加上鋁的導(dǎo)電性價比高，因此，高純度的金屬鋁是是制造發(fā)電、輸電設(shè)施的主要材料。

如將鋁與其它金屬制成鋁合金，不僅重量輕而且強(qiáng)度大抗腐蝕，被譽(yù)為“會飛的金屬”，廣泛用于運(yùn)載工具制造業(yè)，是制造飛機(jī)、飛船、潛艇、船舶、汽車、火車、導(dǎo)彈、火箭、人造地球衛(wèi)星等陸海空運(yùn)載工具的主要結(jié)構(gòu)材料。

5.鋁的危害

鋁是一種低毒金屬元素，雖不會導(dǎo)致急性中毒，但如果長期食用鋁含量過高的食品，鋁會在腦組織、腎臟、睪丸等部位積蓄，對人的思維、意識與記憶功能會干擾，表現(xiàn)為記憶減退，智力下降，嚴(yán)重者可能癡呆及性功能下降等不良影響。