铝的发现与应用

侯前进

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）11 -0212-02

1.铝的简历

铝在自然界中存在的形式均为化合态。如在铝矾土矿、刚玉、红宝石中均以氧化铝的形式存在。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，名列第三。在全部金属元素中占第一位，它比铁几乎多了一倍，是铜的近千倍。

2.人类早期与铝的交集

金属铝由含铝化合物经过人工冶炼获取。它是一种银白色有光泽的金属，密度为2.70g/cm3，熔点为930K，沸点为2740K。它具有良好的延展性和导电性。

日常生活中常见的许多物品、器具都是由铝制成，如铝碗、铝锅、铝壶（不是纯铝，而是铝合金）等。公元前5世纪就开始用明矾（硫酸铝钾KAl（SO4）2.12H2O）作收敛剂、媒染剂。1825年，丹麦化学家和矿物学家厄斯泰德将金属钾溶解在金属汞中，制成钾汞齐去还原无水卤化铝，制备出不纯的铝单质。1827年，德国化学家维勒用金属钾还原无水氯化铝，制备出较纯的铝。

无论是丹麦化学家厄斯泰德还是德国化学家维勒制取铝的方法都由于成本太高无法应用于大规模的工业生产。早期的铝每磅价值545美元，所以，在这以后的一段很长时间里，铝作为价格超过黄金的贵金属的身份与身价成为珠宝店里的商品、帝王贵族的珍宝，平民百姓根本用不起这种昂贵的金属制品的。

3.现代冶铝的奠基

1886年， 21岁的美国大学生豪尔和21岁的法国大学生埃罗各自独立地使用电解的方法制备金属铝获得成功。由于电的价格明显地低于活泼金属钾，所以铝得以大规模的工业化生产，一磅铝只值美金四角钱，最终使铝成为普通商品进入寻常百姓家。当然，这个从金属钾还原铝盐到电解的方法制备金属铝的历程毕历经了60多年的时间。由于采用电解方法制备金属铝的方法科学、成本低廉，所以今天电解铝的方法仍然基于他们奠定的电解铝的基本原理与方法。

近代工业是用电解熔融氧化物的方法制备金属铝。

以铝矾土矿为原料提取和冶炼铝的步骤：

（1）用碱溶液处理铝矾土矿（主要成分Al2O3）或用碳酸钠焙烧铝矾土矿得到铝酸盐：

（2）将铝酸盐溶液静置澄清除去不溶杂质后，向碱溶液中通入CO2促使铝酸盐水解：

（3）将Al（OH）3过滤分离，干燥后煅烧，便得到符合电解需要的纯净的氧化铝：

分离后剩下的Na2CO3经苛化后可以再次用来浸提铝矾土。

（4）将Al2O3熔在熔融的冰晶石中Na3AlF6（作为电解介质）中进行电解。

电解约在1300K时进行，在阴极上得到金属铝，在其工艺条件下，铝为熔融态的，可以定时放出，形成循环生产。

4.铝的应用

表1.常用金属导体在20℃时的电阻率（Ω/ m）

铝具有材质轻、导电导热强、易延展、耐腐蚀等优良的物理化学性能。由于铝质轻、导热强，因此，散热器、暖气管、空调等热传导设施和器具的首选材料；另外家庭中广泛使用的炊具，铝锅、铝壶均为铝合金制品；从表1可以看出，铝的电阻率与导电性能最好的银比较，属于同一数量级，且2.83比起1.65也仅多出1.18，所以，铝同样具有良好的导电性能，加上铝的导电性价比高，因此，高纯度的金属铝是是制造发电、输电设施的主要材料。

如将铝与其它金属制成铝合金，不仅重量轻而且强度大抗腐蚀，被誉为“会飞的金属”，广泛用于运载工具制造业，是制造飞机、飞船、潜艇、船舶、汽车、火车、导弹、火箭、人造地球卫星等陆海空运载工具的主要结构材料。

5.铝的危害

铝是一种低毒金属元素，虽不会导致急性中毒，但如果长期食用铝含量过高的食品，铝会在脑组织、肾脏、睾丸等部位积蓄，对人的思维、意识与记忆功能会干扰，表现为记忆减退，智力下降，严重者可能痴呆及性功能下降等不良影响。