铝的基本知识:密度、结构、化学成分及应用

Jan 27 2015 点击:567

      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AlOOHAl2O3?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Al2O3SiO2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Al2O340%Al/Si1.82.6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()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()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KNaCaMgSiO2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。