铝的提炼和应用

时间:2024-06-26 07:53:07

人们是在漫长的试验后,终于得到了这种奇异的金属,并为这种金属赋予了生命力。大约在125年前,有人提炼出了少量闪着银色光泽的金属铝。但当时没人思考过它会在人类生活中起什么作用,更何况制取又那么困难。可到了19世纪初,许多科学家摸索出用电解的方法来制铝,并取得了成功。科学家们把铝化合物高温电解熔化,最后发现铝在阴极上析出并被掩埋在一层渣滓下面。这样提炼出来的铝是纯净的银色,所以当时称其为“黏土里提出来的银”。

现在,大家已经不用通过从黏土中提取纯净氧化铝再提炼铝了。而是通过自然馈赠给我们的另一种铝矿石——铝土矿来制铝。铝土矿其实是含水的氧化铝、氧化铁以及二氧化硅混在一起生成的黏土状或石头似的矿层。而其中的含水氧化铝(矾土的水化物)包括一水硬铝石和三水铝石两种矿物。铝土矿中含有高达50%~70%的氧化铝,是工业制铝的主要原料。

金属铝的炼制需要两步:

●第一步是对铝土矿进行复杂的处理,从其中提取出纯净的无水氧化铝。

●第二步是将氧化铝放入特制电解槽中进行电解,详细来说就是把氧化铝粉末与冰晶石粉末混合好放入电解槽中,这个槽里已提前放置好石墨板。

然后通入电流,槽里产生大约1000℃高温,冰晶石熔化,氧化铝也就溶解在冰晶石中。之后,在电流作用下氧化铝分解成氧气和铝。由于通电时,石墨板是作为阴极,所以熔融铝单质便会在阴极聚集。槽底已预先制出可开关的出口,所以铝便可流出电解槽进入模型,冷却后,铝便在模型里凝固成银色铝块。

100多年前制取这种银色轻金属还是一件非常困难的事,所以那时1磅铝价值40个金卢布。但现在可以利用水力发电大量制取铝了。

铝是一种密度很小的金属,同样体积的铝重量只有铁的铝的提炼和应用

。铝的延展性很好,而且很结实,既可以抽丝,还可以压片。

铝的化学性质很奇特。一方面,感觉铝不怕被氧化,比如我们以前会用到的铝锅。但另一方面,实验已经证明铝很容易与氧化合,这好像是互相矛盾的。后来,经过研究,我们发现银色的铝刚炼制出来放在空气中便会蒙上一层无光泽的氧化铝薄膜,这层薄膜致密而有弹性,隔绝了空气对内层铝的进一步氧化。并不是每种金属都有这种自卫能力,比如铁,它的氧化物铁锈非常松脆,空气与水极易透过,所以铁锈丝毫不能阻止空气对铁的进一步破坏。

铝受热与氧气激烈化合生成氧化铝的同时会放出大量的热。科学家们便利用铝的这个性质从其他金属的氧化物中提炼那种金属。而铝在其中起的作用是夺取这种金属氧化物中的氧,使这种金属被还原出来。

把氧化铁粉末与铝粉混杂,然后用镁条点燃这种混合物,你会看到氧化铁与铝之间剧烈的反应,这时候温度会高达3000℃。在高温下,被铝还原出的铁被熔成液态,氧化铝则像渣滓一样漂在铁上面。这种方法叫作铝热法。

人们常用这种方法制取某些难熔但很有技术价值的金属,比如钛、钒、铬、锰等。

除了提炼金属,人们还学会了利用铝热法过程中所发出的热量来焊接钢铁。就是把氧化铁和铝的混合物,也就是铝热剂,放在两段铁轨之间,点燃铝热剂,然后就能看到液态铁流向两段铁轨并将它们焊接在一起。像铝这样在短时间内发展起来的元素真的不多!

很快,铝进入了汽车工业、机器制造业等工业部门。它在很多地方代替了钢铁,比如,军舰制造业因为铝发生了大变革,人们利用铝制造了“袖珍战舰”(这种战舰只有轻巡洋舰那样大,但是有大型战舰的威力)。

铝还帮助人们征服了天空。人们使用铝或铝合金制造坚固的飞艇、机身、机翼。看见天空中的飞机,我就会想起,不算发动机,飞机69%的重量是铝和铝合金,而且就算是发动机,铝和镁这两种轻金属也占了25%的重量。

铝对重工业来说也非常重要。有些火车车皮几乎全用铝来制造,而且为了制造铝丝和电气工业中的零件,每年需要使用几十万吨铝。

但这都不是这种金属的全部用途。

探照灯上的反射镜、炮弹和机关枪子弹带上的重要零件、照明弹、燃烧弹等均有铝的身影。我们还可以想想人造结晶矾土(电刚玉、刚铝石)的意义,这种物质都是用铝土矿制造的。可做磨料,主要用于金属加工。

纯净氧化铝中掺上少量染色物质然后让它结晶,我们就可以得到漂亮的蓝宝石和红宝石。这种宝石硬度很大,所以主要是作为精密仪器中支撑重要部分的“钻”。比如钟表、天平、电流计等。

我们还可以把铝粉涂在铁表面,这样便可以得到不会生锈的铝铁片。细铝粉还可以用于制造漂亮的石印油墨。就是在木板上涂上油,然后把铝粉撒在板面上。这样,板面上就形成了闪着银色光泽的底子,在这个底子上艺术家就可以画出繁复的花纹了。

铝的性能非常优异,用途也是非常广泛,而且储藏量很高。所以称铝是20世纪的金属一点儿都不为过。