铝的基本知识：密度、结构、化学成分及应用?

　　铝是一种轻金属，其化合物在自然界中分布极广，铝在地壳中的含量仅次于氧和硅。金属品种中，铝仅次于钢铁，为第二大类金属。铝具有特殊的化学、物理特性，当今最常用的工业金属之一，不只重量轻，质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，国民经济发展的重要基础原材料。

　　铝业密度与结构

　　铝的密度是2.7约为一般金属的1/3而常用铝导线的导电度约为铜61％，导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性，但仍可通过冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来源，制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿，而制造一磅金属铝需要两磅氧化铝。

　　铝在自然界中多以氧化物、氢氧化物和含氧的铝硅酸盐存在极少发现铝的自然金属。目前已知的含铝矿物有258种，其中罕见的矿物约43种。实际上，由纯矿物组成的铝矿床是没有的一般都是共生分布，并混有杂质。从经济和技术观点出发，并不是所有的含铝矿物都能成为工业原料。用于提炼金属铝的主要是由一水硬铝石、一水软铝石或三水铝石组成的铝土矿。

　　一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为AlOOH和Al2O3?H2O斜方晶系，结晶完好者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿石中的水铝石一般均含有TiO2SiO2Fe2O3Ga2O3Nb2O5Ta2O5P2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需在高温高压和强酸或强碱浓度下才能完全分解。一水硬铝石形成于酸性介质，与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石，脱水可变成α刚玉，可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等交代。

　　一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，结构式为AlOOH分子式为Al2O3?H2O斜方晶系，结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含Fe2O3TiO2Cr2OGa2O3等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在堆积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。可被一水硬铝石、三水铝石、高岭石等交代，脱水可转变成一水硬铝石和α刚玉，水化可变成三水铝石。

　　三水铝石又名水铝氧石、氢氧铝石，结构式AlOH分子式为Al2O3?3H2O单斜晶系，结晶完好者呈六角板状、棱镜状，常有呈细晶状集合体或双晶，矿石中三水铝石多呈不规则状集合体，均含有不同量的TiO2SiO2Fe2O3Nb2O5Ta2O5Ga2O3等类质同象或机械混入物。三水铝石溶于酸和碱，其粉末加热到100℃经2h即可完全溶解。三水铝石形成于酸性介质，风化壳矿床中是原生矿物，与高岭石、针铁矿、赤铁矿、伊利石等共生。三水铝石脱水可变成一水软铝石、一水硬铝石和α刚玉，可被高岭石、多水高岭石等交代。

　　铝的化学成分

　　铝土矿的化学成分主要为Al2O3SiO2Fe2O3TiO2H2O+五者总量占成分的95%以上，一般＞98%主要成分有SCaOMgOK2ONa2OCO2MnO2有机质、碳质等，微量成分有GaGeNbTaPCoZrVPCrNi等。Al2O3主要赋存于铝矿物—水铝石、一水软铝石、三水铝石中，其次赋存于硅矿物中(主要是高岭石类矿物)。

　　内生条件下，由于有二氧化硅的广泛存在Al2O3与SiO2常紧密结合成各类铝硅酸矿物，这些矿物一般铝硅比小于1而工业上对铝矿石一般要求Al2O3≥40%Al/Si＞1.82.6因此内生条件下很少形成工业铝矿床。

　　目前，已知的国内外工业铝土矿多是表生条件下形成的表生条件下铝土矿的生成主要有两种形式：即风化-残积(余)成矿(红土成矿)和风化-搬运-堆积成矿或风化-改造-再沉积成矿(堆积成矿)风化-残积(余)成矿是含铝母岩在湿热气候条件下，具排泄良好的有利地形(如残丘、低山和台地)由于水、CO2和生物等的风化分解作用，母岩中易溶物质KNaCaMg和SiO2被淋失排出，活动性小的物质AlFeTi残留原地形成红土型铝土矿。风化-搬运-堆积成矿是含铝岩石、红土风化壳或已形成的红土矿床，重力、水和自然酸(硫酸、碳酸、有机酸)等作用下，经机械的或化学的风化、剥蚀、搬运等物理、化学改造作用，于山坡凹地、谷地、近海湖盆地或滨海湖、局限海盆内形成铝土矿，水介质环境中形成沉积铝土矿。

[page]

　　铝土矿矿石含有镓、钒、铌、钽、钛、铈及放射性元素等有用组分，这些有价值的伴生组分可综合回收。而矿石中的硫、CO2MgOP2O5则是有害组分，有利于铝的冶炼回收。

　　铝土矿矿石根据其所含的主要含铝矿物分为：三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型。国外铝土矿矿石主要是三水铝石型，次为一水软铝石型，而一水硬铝石型铝土矿极少。但我国则主要是一水硬铝石型铝土矿，三水铝石型铝土矿极少。

　　国外的三水铝石型铝土矿具高铝、低硅、高铁的特点，矿石质量好，适合耗能低的拜耳法处理。国的一水硬铝石型铝土矿，总体特征是高铝、高硅、低硫低铁、中低铝硅比，矿石质量差，加工难度大，氧化铝生产多用耗能高的联合法。

　　铝的制取包括由矿石生产氧化铝，再由氧化铝生产金属铝两大部分。氧化铝生产方法主要有拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。金属铝的生产方法主要是冰晶石-氧化铝融盐电解法。

　　铝的应用

　　铝的主要应用形态是铝合金而不是纯铝金属。这是因为将铝配制成铝合金后，可以明显改善其性能，如提高强度和耐腐蚀性等。根据成形方法的不同，可将铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金是用铸造的方法生产的铸件，变形铝合金是用压力加工方法生产的板、带、箔材和管、棒、型、线材等。

　　由于铝具有优良的性能，铝在国民经济各行业和国防工业中得到广泛的应用。铝作为轻型结构材料，重量轻、强度大，海、陆、空各种运载工具，特别是飞机、导弹、火箭、人造地球卫星等，均使用大量的铝，一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70%一枚导弹用铝量占其总重量的10%以上；用铝和铝合金制造的各种车辆，可以减少能耗，其所节省的能量远远逾越炼铝时所消耗的能量；建筑工业中用铝合金做房屋的门窗及结构材料；电力输送方面，铝的用量居首位，90%高压电导线是用铝制作的食品工业，从储槽到罐头盒，以至饮料容器大多用铝制成；铝粉可做难熔金属（如钼等）还原剂和做炼钢中的脱氧剂，日常生活中所用的锅、盆等大多由铝制成。

　　铝的化合物如氢氧化铝可用来制备铝盐、吸附剂、媒染剂和离子交换剂，也可作为瓷釉、耐火资料等的原料，医药上有中和胃酸和治疗溃疡的作用；无水氯化铝是石油工业和有机合成中常用的催化剂；六水合氯化铝可用于制备除臭剂、平安消毒剂；六氟合铝酸钠(即冰晶石)农业上常用作杀虫剂；磷化铝遇潮湿或酸放出剧毒的磷化氢气体，可毒死害虫，农业上用作谷仓杀虫的熏蒸剂；硅酸铝常用于制造玻璃、陶瓷、油漆的颜料以及油漆、橡胶和塑料的填料。近些年来，人们又开发了一些新的含铝化合物，如用作复合木地板耐磨层的三氧化二铝，还有烷基铝、纳米氧化铝等。随着科学的发展，人们将会更多更好地利用铝及化合物造福人类。

　　由于铝具有优良的性能，铝在国民经济各行业和国防工业中得到广泛的应用。铝作为轻型结构材料，重量轻、强度大，海、陆、空各种运载工具，特别是飞机、导弹、火箭、人造地球卫星等，均使用大量的铝，一架超音速飞机的用铝量占其自身重量的70%一枚导弹用铝量占其总重量的10%以上；用铝和铝合金制造的各种车辆，可以减少能耗，其所节省的能量远远逾越炼铝时所消耗的能量；建筑工业中用铝合金做房屋的门窗及结构材料；电力输送方面，铝的用量居首位，90%高压电导线是用铝制作的食品工业，从储槽到罐头盒，以至饮料容器大多用铝制成；铝粉可做难熔金属（如钼等）还原剂和做炼钢中的脱氧剂，日常生活中所用的锅、盆等大多由铝制成。

　　铝的化合物如氢氧化铝可用来制备铝盐、吸附剂、媒染剂和离子交换剂，也可作为瓷釉、耐火资料等的原料，医药上有中和胃酸和治疗溃疡的作用；无水氯化铝是石油工业和有机合成中常用的催化剂；六水合氯化铝可用于制备除臭剂、平安消毒剂；六氟合铝酸钠(即冰晶石)农业上常用作杀虫剂；磷化铝遇潮湿或酸放出剧毒的磷化氢气体，可毒死害虫，农业上用作谷仓杀虫的熏蒸剂；硅酸铝常用于制造玻璃、陶瓷、油漆的颜料以及油漆、橡胶和塑料的填料。近些年来，人们又开发了一些新的含铝化合物，如用作复合木地板耐磨层的三氧化二铝，还有烷基铝、纳米氧化铝等。随着科学的发展，人们将会更多更好地利用铝及化合物造福人类。