铝的性质、用途、发展、原理

摘要：一、 了解铝的性质、用途、发展和铝电解原理二、 学习阳极组装工艺知识和成品阳极的使用铝的性质、用途、发展和铝电解原理1.铝的性质及用途铝在自然界中分布极广，在地壳中含量约为8%，仅次于氧和硅，居第三位。铝的化学性质十分活泼，所以自然界中极难发现以元素状态存在的铝。含铝矿有250多种，其中铝土矿、高岭石、明矾石含铝量最高铝土矿：铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。它的应用领域有金属和非金属两个方面。铝土矿是生产金属铝的最佳原料，也是最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿总产量的90%以上。高岭石：高岭石是长石和其他硅酸盐矿物天然蚀变的产物，是一种含水的铝硅酸盐。它还包括地开石、珍珠石和埃洛石及成分类似但非晶质的水铝英石，因此叫作一它们属于粘土矿物。高岭石为或致密或疏松的块状，一般为白色，如果含有杂质便呈米色。高岭石经风化或沉积等作用变成高岭土，而高岭土则是制作陶瓷的原料。除此以外，高岭土还可作化工填料、耐火材料、建筑材料等等，用途十分广泛。高岭石属于粘土矿物，其化学组成为A14[Si4O10]・(OH)8,晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状光泽。摩氏硬度2-2.5，比重2.6-2.63。吸水性强，和水具有可塑性，粘舌，干土块具粗糙感。明矾石：明矾石是一种广泛分布的造岩硫酸盐矿物，我们熟悉的明矾就是由它制取的。除此以外，明矾石还可用来制造钾肥、硫酸，也可用来炼铝。明矾石一般为块状或土状，它的晶体不明显，是隐晶矿物。如果纯净应为白色，但含有杂质后则呈浅灰、浅红、浅黄或红褐色。铝的物理性质、化学性质以及作用铝物理性能：铝是银白色的轻金属，较软，密度2.7g/cm3,熔点660.4°C，沸点2467°C，铝和铝的合金具有许多优良的物理性质，得到了非常广泛的应用。铝对光的反射性能良好，反射紫外线比银还强，铝越纯，它的反射能力越好，常用真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜。真空镀铝膜和多晶硅薄膜结合,就成为便宜轻巧的太阳能电池材料。铝粉能保持银白色的光泽，常用来制作涂料，俗称银粉。纯铝的导电性很好，仅次于银、铜，在电力工业上它可以代替部分铜作导线和电缆。铝是热的良导体，在工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料、机械活塞和民用炊具（饭锅、电熨斗）等。铝有良好的延展性，能够抽成细丝，轧制成各种铝制品，还可制成薄于0.01mm的铝箔，广泛地用于包装香烟、糖果等。铝合金具有某些比纯铝更优良的性能，从而大大拓宽了铝的应用范围。例如，纯铝较软，当铝中加入一定量的铜、镁、锰等金属，强度可以大大提高，几乎相当于钢材，且密度较小，不易锈蚀，广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。当温度降到-196C时，有的钢脆如玻璃，而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高，所以是便宜而轻巧的低温材料，可用来贮存火箭燃料液氧和液氢。铝的特性项目特性 备注

铝化学性：铝是第三周期IIIA族元素，最外层电子是3s23p1，容易失去，因此它是比较活泼的金属元素。它能跟非金属、酸和碱作用。常温下铝能跟空气中的氧起反应，生成一层致密的氧化膜，它可以阻止铝继续被氧化。高温下，铝可以跟空气中的氧剧烈反应，将铝粉或铝箔放在氧气中加热，则能发生燃烧，放出大量的热：4AI+3O22AI2O3+热铝还能跟卤素、硫等非金属起反应。铝是两性金属，既能跟酸，也能跟碱起反应。铝跟稀酸反应，放出氢气，跟热的、浓的氧化性酸反应，不放出氢气：2AI+6HCI2AIC13+3H2f2AI+6H2SO4(浓)AI2(SO4)3+3SO2f+6H2O但是跟冷的、浓的氧化性酸如硝酸、硫酸不起作用，因为这些酸能使铝的表面钝化(生成致密的氧化膜)。根据这种性质，常用铝罐装运浓硫酸、浓硝酸。铝跟碱起反应，也放出氢气：2AI+2NaOH+2H2O2NaAIO2+3H2f这个反应是由于铝的表面氧化膜(AI2O3)容易跟碱起反应而引起的：AI2O3+2NaOH2NaAIO2+H2O由于铝的表面有一层致密的氧化膜，因此通常情况下铝不与水起作用。但是如果破坏掉氧化膜(如使它生成铝汞齐)，则铝可以跟热水起作用，生成氢氧化铝，并放出氢气：2AI+6H2O2AI(OH)3+3H2f由于铝有强烈的亲氧性，冶金工业上用铝作还原剂来制取某些难以还原的金属：Cr2O3+2AIAI2O3+2Cr3V2O5+10AI5AI2O3+6V这种冶金方法叫做铝热法。利用反应生成大量的热将金属熔化，就可以把金属分离出来。铁路工程上用铝热法焊接铁轨：Fe2O3+2AIAI2O3+2Fe炼钢时可以在熔融的钢水中投入铝块，以除去钢中的氧。还可以利用铝的亲氧性来制取高温金属陶瓷涂层，方法是将铝粉、石墨和二氧化钛(TiO2)或其它高熔点金属氧化物按一定比例混合均匀，涂在金属表面上，然后高温煅烧：4AI+3TQ2+3C2AI2O3+3TiC这样留在金属表面的产物都是耐高温的物质。此法已应用于制造火箭、导弹的技术中铝的发展化学法制取铝，30多年生产铝量约为200吨。1825年丹麦奥斯特用钾汞齐还原无水氯化铝得到一种金属粉末，但是当时未加以鉴定。29年后（1854年）德国人维勒用氯化铝气体通过熔融钾的表面得到金属铝珠（10-15/mg）。lKg铝需要钾量大约5.5Kg1854年法国人戴维斯用钠代替钾还原NaCl-AlCl3络合盐，制取金属铝。lKg铝需要钠量大约3.0-3.4Kg。1865年俄国人别克托夫用镁还原冰晶石来制取铝。电解法制取铝1854年德国本生和法国戴维斯分别通过电解氯化铝-氯化钠络盐得到金属铝。1887-1888年电解法炼铝开始投入生产，因为当时用蓄电池提供电源所以无法扩大试验和生产。1867年发电机产生，1880年发电机改进升级才保证了电解法炼铝的用电量需求。1886年美国人霍尔和法国人埃鲁发明冰晶石-氧化铝融盐电解法炼铝（霍尔-埃鲁法炼铝）。电解法与化学法炼铝相比成本低、产品质量好，得到普及推广沿用至今。现在中国成为世界铝产量第一。破坏环境、消耗资源。世界经济强国不在本国炼铝到别国炼铝。铝电解原理3.1原理：现代铝工业生产采用冰晶石一氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950°C—970°C下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，【在两极上发生电化学反应，阳极析出气体（O2和CO2）邙日离子在阳极上放电），阴极析出铝液（铝离子在阴极上得到电子析出铝液）】阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有