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铝是怎样炼成的
来源:新华网     日期:2018-06-26     点击率:23
        铝及铝合金是现今用途十分广泛的金属材料之一。当前铝的产量和用量(按吨计算)仅次于钢材,成为人类应用的第二大金属;而且铝的资源十分丰富,是地壳中含量最丰富的金属元素。

但是,由于铝的化学性质比较活泼,在自然界中是以化合物的状态存在,一般的还原剂很难将它还原,因而铝的冶炼比较困难。

如何才能从铝矿石中冶炼出铝单质呢?

丹麦科学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特是最早冶炼出铝的科学家。1825年,奥斯特将氯气通过红热的木炭和铝土(主要成分是氧化铝)的混合物制出氯化铝,然后通过钾汞齐与氯化铝的作用,生成“铝汞齐”。在隔绝空气的情况下将“铝汞齐”中的汞蒸发掉,得到了含有杂质的铝。

1827年,德国化学家弗里德里希·维勒发表文章介绍了自己提炼铝的方法:将热的碳酸钾与沸腾的明矾溶液反应得到氢氧化铝,氢氧化铝经过洗涤和干燥后,与木炭粉、糖、油等混合调成糊状,放在密闭的坩埚中加热,得到了氧化铝和木炭的烧结物。将这种烧结物加热到红热的程度,通入干燥的氯气,就能得到无水氯化铝。然后在少量金属钾上面覆盖一层过量的无水氯化铝放在铂坩埚中,并用坩埚盖将反应物盖住。当坩埚加热后,很快就达到白热的程度,等反应完成让坩埚冷却,再将坩埚放入水中,会发现坩埚中的混合物不与水发生反应,水溶液也不显碱性,此时坩埚中的金属钾已经完全反应。而剩下的灰色粉末就是金属铝,但只是小的颗粒状。现今,人们虽然能够成功冶炼出纯度比较高的铝,但是冶炼的成本依然很高。

1884年,在美国奥伯林学院化学系,有一位叫做查尔斯·马丁·霍尔的青年学生,他应用电解熔融状态的氧化铝来冶炼铝。氧化铝的熔点很高(2050℃),所以他在氧化铝中加入了一种能够溶解氧化铝而又能降低其熔点的材料——冰晶石(Na3AlF6),使得冰晶石与氧化铝混合体系的熔点仅在930℃~1000℃之间,而且冰晶石在电解温度下不被分解,并有足够的流动性,有利于进行电解。霍尔采用瓷坩埚,碳棒(阳极)和自制电池,进行电解时,观察到有气泡出现,但却没有金属铝析出。他推测,电流使坩埚中的二氧化硅分解,于是他对电池进行改装,用碳作坩埚衬里,又将碳作为阴极,从而解决了这一难题。同时,法国化学家埃鲁也在同年发明了相同的炼铝法。

电解法使得冶炼铝的成本大幅度降低,从而使得铝成为工业上普遍应用的材料。

对于电解法冶炼铝需要着重说明,铝在地壳中主要以铝土矿的形式存在,从铝土矿中提取铝,首先必须制备纯度较高的氧化铝。制备过程:首先除去铝土矿中的氧化铁、二氧化硅等杂质。然后使用浓氢氧化钠溶液来处理铝土矿得到偏铝酸钠溶液,在偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳,析出氢氧化铝沉淀,加热分解氢氧化铝,就得到纯度较高的氧化铝。主要反应有:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3Al2O3+3H2O。电解过程的化学方程式为:2Al2O34Al+3O2↑。

 

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