铝与人类文明发展

铝与人类文明发展
摘要:自从1827年第一次被制取出来以来,铝便与人类的文明发展产生了密切的联系。由于铝元素的性质(活泼性强),故在铝被发现后很长的一段时间里,铝并没有迅速在众的生活中广泛应用开来,甚至出现了铝比黄金还贵的情况。但随着科学技术的日益发展,尤其是当电解铝技术的出现,铝的“身价”不段下降,并开始在人们的生活中广泛使用开来。本文通过介绍铝的性质与特点及其发展过程,并在最后介绍当前中国铝业的发展各简况,从而论述铝与人类文明发展的密切联系。
关键词:铝、性质和用途、铝工业材料、电解铝、中国铝工业、人类文明
正文:铝,是一种化学元素。它的化学符号是Al,它的原子序数是13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中,仅次于钢铁,为第二大类金属。至19世纪末,铝才崭露头角,成为在工程应用中具有竞争力的金属,且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业
的发展,要求材料特性具有铝及其合金的独特性质,这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。铝的应用极为广泛。
一、铝的诞生与发展史
由于铝的氧化力强,不易被还原,因而它被发现的较晚
1854年,法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合,通人后加热得到NaCl,AlCl₃复盐,再将此复盐与过量的钠熔融,得到了金属铝。这时的铝十分珍贵,据说在一次宴会上,法国皇帝拿破仑独自用铝制的刀叉,而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链;1855年巴黎国际博览会上,展出了一小块铝,标签上写到:“来自粘土的白银”,并将它放在最珍贵的珠宝旁边。1889年,俄国沙皇赐给门捷列夫铝制奖杯,以表彰其编制化学元素周期表的贡献。1886年,美国的豪尔和法国的海朗特,分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝,奠定了今天大规模生产铝的基础。
近一个世纪的历史进程中,铝的产量急剧上升,到了20世纪60年代,铝在全世界有金属产量上超过了铜而位居首位,这时的铝已不单属于皇家贵族所有,它的用途涉及到许多领域,大至国防、航天、电力、通讯等,小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。
二、铝的性质和用途
物质的用途在很大程度上取决于物质的性质。由于铝有多种优良性能,因而铝有着极为广泛的用途。
(1)铝的密度很小,仅为2.7 g/cm,虽然它比较软,但可制成各种铝合金,如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外,宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如,一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝,一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
(2)铝的导电性仅次于银、铜,虽然它的导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
(3)铝是热的良导体,它的导热能力比铁大3倍,工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
(一)、铝及其合金
纯的铝很软,强度不大,有着良好的延展性,可拉成细丝和轧成箔片,大量用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。它的导电能力约为铜的三分之二,但由于其密度仅为铜的三分之一,因而,将等质量和等长度的铝线和铜线相比,铝的导电能力
约为铜的二倍,且价格较铜低,所以,野外高压线多由铝做成,节约了大量成本,缓解了铜材的紧张。
铝的导热能力比铁大三倍,工业上常用铝制造各种热交换器、散热材料等,家庭使用的许多炊具也由铝制成。与铁相比,它还不易锈蚀,延长了使用寿命。铝粉具有银白的光泽,常和其它物质混合用作涂料,刷在铁制品的表面,保护铁制品免遭腐蚀,而且美观。由于铝在氧气中燃烧时能发出耀眼的白光并放出大量的热,又常被用来制造一些爆炸混合物,如铵铝等。
冶金工业中,常用铝热剂来熔炼难熔金属。如铝粉和氧化铁粉混合,引发后即发生剧烈反应,交通上常用此来焊接钢轨;炼钢工业中铝常用作脱氧剂;光洁的铝板具有良好的光反射性能,可用来制造高质量的反射镜、聚光碗等。铝还具有良好的吸音性能,根据这一特点,-些广播室,现代化大建筑内的天花板等有的采用了铝。纯的铝较软,1906年,德国冶金学家维尔姆在铝中加入少量镁、铜,制得了坚韧的铝合金,后来,这一专利为德国杜拉公司收买,所以铝又有“杜拉铝”之称,在以后几十年的发展过程中,人们根据不同的需要,研制出了许多铝合金,在许多领域起着非常重要的作用。
在某些金属中加入少量铝,便可大大改善其性能。如青铜铝(含铝4%~15%),该合金具有高强度的耐蚀性,硬度与低碳钢接近,且有着不易变暗的金属光泽,常用于珠宝饰物和建筑工业中,制造机器的零件和工具,用于酸洗设备和其它与稀硫酸、
盐酸和接触的设备;制作电焊机电刷和夹柄;重型齿轮和蜗轮,金属成型模、机床导轨、不发生火花的工具、无磁性链条、压力容器、热交换器、压缩机叶片、船舶螺旋桨和锚等。在铝中加入镁,
便制得铝镁合金,其硬度比纯的镁和铝都大许多,而且保留了其质轻的特点,常用于制造飞机的机身,火箭的箭体;制造门窗、美化居室环境;制造船舶。
渗铝,是钢铁化学热处理方法的一种,使普通碳钢或铸铁表面上形成耐高温的氧化铝膜以保护内部的铁。铝是一种十分重要的金属,然而,许多含铝化会物对人类的作用也是非常重大的。(二)、含铝化合物
铝在地壳中的含量相高,主要以铝硅酸盐矿石存在,还有铝土矿和冰晶石.氧化铝为一种白无定形粉末,它有多种变体,其中最为人们所熟悉的是α-Al₂O₃和β-Al₂O₃。自然界存在的刚玉即属于α一Al₂O₃,它的硬度仅次于金刚石,熔点高、耐酸碱,常用来制作一些轴承,制造磨料、耐火材料。如刚玉坩埚,可耐1800℃的高温。Al₂O₃由于含有不同的杂质而有多种颜。例如含微量Cr(III)的呈红,称为红宝石;含有Fe(II),Fe (III)或Ti(IV)的称为蓝宝石。
β一Al₂O₃是一种多孔的物质,每克内表面积可高达数百平方米,有很高的活性,又名活性氧化铝,能吸附水蒸气等许多气

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