鋁的性質(zhì)、用途、發(fā)展、原理

摘要：一、 了解鋁的性質(zhì)、用途、發(fā)展和鋁電解原理二、 學(xué)習(xí)陽(yáng)極組裝工藝知識(shí)和成品陽(yáng)極的使用鋁的性質(zhì)、用途、發(fā)展和鋁電解原理1.鋁的性質(zhì)及用途鋁在自然界中分布極廣，在地殼中含量約為8%，僅次于氧和硅，居第三位。鋁的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，所以自然界中極難發(fā)現(xiàn)以元素狀態(tài)存在的鋁。含鋁礦有250多種，其中鋁土礦、高嶺石、明礬石含鋁量最高鋁土礦：鋁土礦實(shí)際上是指工業(yè)上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統(tǒng)稱(chēng)。它的應(yīng)用領(lǐng)域有金屬和非金屬兩個(gè)方面。鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁的最佳原料，也是最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，其用量占世界鋁土礦總產(chǎn)量的90%以上。高嶺石：高嶺石是長(zhǎng)石和其他硅酸鹽礦物天然蝕變的產(chǎn)物，是一種含水的鋁硅酸鹽。它還包括地開(kāi)石、珍珠石和埃洛石及成分類(lèi)似但非晶質(zhì)的水鋁英石，因此叫作一它們屬于粘土礦物。高嶺石為或致密或疏松的塊狀，一般為白色，如果含有雜質(zhì)便呈米色。高嶺石經(jīng)風(fēng)化或沉積等作用變成高嶺土，而高嶺土則是制作陶瓷的原料。除此以外，高嶺土還可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等，用途十分廣泛。高嶺石屬于粘土礦物，其化學(xué)組成為A14[Si4O10]?(OH)8,晶體屬三斜晶系的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。多呈隱晶質(zhì)、分散粉末狀、疏松塊狀集合體。白或淺灰、淺綠、淺黃、淺紅等顏色，條痕白色，土狀光澤。摩氏硬度2-2.5，比重2.6-2.63。吸水性強(qiáng)，和水具有可塑性，粘舌，干土塊具粗糙感。明礬石：明礬石是一種廣泛分布的造巖硫酸鹽礦物，我們熟悉的明礬就是由它制取的。除此以外，明礬石還可用來(lái)制造鉀肥、硫酸，也可用來(lái)煉鋁。明礬石一般為塊狀或土狀，它的晶體不明顯，是隱晶礦物。如果純凈應(yīng)為白色，但含有雜質(zhì)后則呈淺灰、淺紅、淺黃或紅褐色。鋁的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及作用鋁物理性能：鋁是銀白色的輕金屬，較軟，密度2.7g/cm3,熔點(diǎn)660.4°C，沸點(diǎn)2467°C，鋁和鋁的合金具有許多優(yōu)良的物理性質(zhì)，得到了非常廣泛的應(yīng)用。鋁對(duì)光的反射性能良好，反射紫外線比銀還強(qiáng)，鋁越純，它的反射能力越好，常用真空鍍鋁膜的方法來(lái)制得高質(zhì)量的反射鏡。真空鍍鋁膜和多晶硅薄膜結(jié)合,就成為便宜輕巧的太陽(yáng)能電池材料。鋁粉能保持銀白色的光澤，常用來(lái)制作涂料，俗稱(chēng)銀粉。純鋁的導(dǎo)電性很好，僅次于銀、銅，在電力工業(yè)上它可以代替部分銅作導(dǎo)線和電纜。鋁是熱的良導(dǎo)體，在工業(yè)上可用鋁制造各種熱交換器、散熱材料、機(jī)械活塞和民用炊具（飯鍋、電熨斗）等。鋁有良好的延展性，能夠抽成細(xì)絲，軋制成各種鋁制品，還可制成薄于0.01mm的鋁箔，廣泛地用于包裝香煙、糖果等。鋁合金具有某些比純鋁更優(yōu)良的性能，從而大大拓寬了鋁的應(yīng)用范圍。例如，純鋁較軟，當(dāng)鋁中加入一定量的銅、鎂、錳等金屬，強(qiáng)度可以大大提高，幾乎相當(dāng)于鋼材，且密度較小，不易銹蝕，廣泛用于飛機(jī)、汽車(chē)、火車(chē)、船舶、人造衛(wèi)星、火箭的制造。當(dāng)溫度降到-196C時(shí)，有的鋼脆如玻璃，而有些鋁合金的強(qiáng)度和韌性反而有所提高，所以是便宜而輕巧的低溫材料，可用來(lái)貯存火箭燃料液氧和液氫。鋁的特性項(xiàng)目特性 備注

鋁化學(xué)性：鋁是第三周期IIIA族元素，最外層電子是3s23p1，容易失去，因此它是比較活潑的金屬元素。它能跟非金屬、酸和堿作用。常溫下鋁能跟空氣中的氧起反應(yīng)，生成一層致密的氧化膜，它可以阻止鋁繼續(xù)被氧化。高溫下，鋁可以跟空氣中的氧劇烈反應(yīng)，將鋁粉或鋁箔放在氧氣中加熱，則能發(fā)生燃燒，放出大量的熱：4AI+3O22AI2O3+熱鋁還能跟鹵素、硫等非金屬起反應(yīng)。鋁是兩性金屬，既能跟酸，也能跟堿起反應(yīng)。鋁跟稀酸反應(yīng)，放出氫氣，跟熱的、濃的氧化性酸反應(yīng)，不放出氫氣：2AI+6HCI2AIC13+3H2f2AI+6H2SO4(濃)AI2(SO4)3+3SO2f+6H2O但是跟冷的、濃的氧化性酸如硝酸、硫酸不起作用，因?yàn)檫@些酸能使鋁的表面鈍化(生成致密的氧化膜)。根據(jù)這種性質(zhì)，常用鋁罐裝運(yùn)濃硫酸、濃硝酸。鋁跟堿起反應(yīng)，也放出氫氣：2AI+2NaOH+2H2O2NaAIO2+3H2f這個(gè)反應(yīng)是由于鋁的表面氧化膜(AI2O3)容易跟堿起反應(yīng)而引起的：AI2O3+2NaOH2NaAIO2+H2O由于鋁的表面有一層致密的氧化膜，因此通常情況下鋁不與水起作用。但是如果破壞掉氧化膜(如使它生成鋁汞齊)，則鋁可以跟熱水起作用，生成氫氧化鋁，并放出氫氣：2AI+6H2O2AI(OH)3+3H2f由于鋁有強(qiáng)烈的親氧性，冶金工業(yè)上用鋁作還原劑來(lái)制取某些難以還原的金屬：Cr2O3+2AIAI2O3+2Cr3V2O5+10AI5AI2O3+6V這種冶金方法叫做鋁熱法。利用反應(yīng)生成大量的熱將金屬熔化，就可以把金屬分離出來(lái)。鐵路工程上用鋁熱法焊接鐵軌：Fe2O3+2AIAI2O3+2Fe煉鋼時(shí)可以在熔融的鋼水中投入鋁塊，以除去鋼中的氧。還可以利用鋁的親氧性來(lái)制取高溫金屬陶瓷涂層，方法是將鋁粉、石墨和二氧化鈦(TiO2)或其它高熔點(diǎn)金屬氧化物按一定比例混合均勻，涂在金屬表面上，然后高溫煅燒：4AI+3TQ2+3C2AI2O3+3TiC這樣留在金屬表面的產(chǎn)物都是耐高溫的物質(zhì)。此法已應(yīng)用于制造火箭、導(dǎo)彈的技術(shù)中鋁的發(fā)展化學(xué)法制取鋁，30多年生產(chǎn)鋁量約為200噸。1825年丹麥奧斯特用鉀汞齊還原無(wú)水氯化鋁得到一種金屬粉末，但是當(dāng)時(shí)未加以鑒定。29年后（1854年）德國(guó)人維勒用氯化鋁氣體通過(guò)熔融鉀的表面得到金屬鋁珠（10-15/mg）。lKg鋁需要鉀量大約5.5Kg1854年法國(guó)人戴維斯用鈉代替鉀還原NaCl-AlCl3絡(luò)合鹽，制取金屬鋁。lKg鋁需要鈉量大約3.0-3.4Kg。1865年俄國(guó)人別克托夫用鎂還原冰晶石來(lái)制取鋁。電解法制取鋁1854年德國(guó)本生和法國(guó)戴維斯分別通過(guò)電解氯化鋁-氯化鈉絡(luò)鹽得到金屬鋁。1887-1888年電解法煉鋁開(kāi)始投入生產(chǎn)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)用蓄電池提供電源所以無(wú)法擴(kuò)大試驗(yàn)和生產(chǎn)。1867年發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，1880年發(fā)電機(jī)改進(jìn)升級(jí)才保證了電解法煉鋁的用電量需求。1886年美國(guó)人霍爾和法國(guó)人埃魯發(fā)明冰晶石-氧化鋁融鹽電解法煉鋁（霍爾-埃魯法煉鋁）。電解法與化學(xué)法煉鋁相比成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好，得到普及推廣沿用至今?，F(xiàn)在中國(guó)成為世界鋁產(chǎn)量第一。破壞環(huán)境、消耗資源。世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)不在本國(guó)煉鋁到別國(guó)煉鋁。鋁電解原理3.1原理：現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石一氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，以碳素體作為陽(yáng)極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在950°C—970°C下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，【在兩極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極析出氣體（O2和CO2）邙日離子在陽(yáng)極上放電），陰極析出鋁液（鋁離子在陰極上得到電子析出鋁液）】陽(yáng)極產(chǎn)物主要是二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，其中含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵。為保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康需對(duì)陽(yáng)極氣體進(jìn)行凈化處理，除去有