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              鋁的基本知識:密度、結構、化學成分及應用

              時間:2021-11-30 08:50:39 點擊:300次

              鋁是一種輕金屬,其化合物在自然界中分布極廣,鋁在地殼中的含量僅次于氧和硅。金屬品種中,鋁僅次于鋼鐵,為第二大類金屬。鋁具有特殊的化學、物理特性,當今最常用的工業金屬之一,不只重量輕,質地堅,而且具有良好的延展性、導電性、導熱性、耐熱性和耐核輻射性,國民經濟發展的重要基礎原材料。

                鋁業密度與結構

                鋁的密度是2.7約為一般金屬的1/3而常用鋁導線的導電度約為銅61%,導熱度為銀的一半。雖然純鋁極軟且富延展性,但仍可通過冷加工及做成合金來使它硬化。鋁土礦是鋁的重要來源,制造一鎊氧化鋁約需要兩磅鋁土礦,而制造一磅金屬鋁需要兩磅氧化鋁。

                鋁在自然界中多以氧化物、氫氧化物和含氧的鋁硅酸鹽存在極少發現鋁的自然金屬。目前已知的含鋁礦物有258種,其中罕見的礦物約43種。實際上,由純礦物組成的鋁礦床是沒有的一般都是共生分布,并混有雜質。從經濟和技術觀點出發,并不是所有的含鋁礦物都能成為工業原料。用于提煉金屬鋁的主要是由一水硬鋁石、一水軟鋁石或三水鋁石組成的鋁土礦。

                一水硬鋁石又名水鋁石,結構式和分子式分別為AlOOH和Al2O3?H2O斜方晶系,結晶完好者呈柱狀、板狀、鱗片狀、針狀、棱狀等。礦石中的水鋁石一般均含有TiO2SiO2Fe2O3Ga2O3Nb2O5Ta2O5P2O3等不同量類質同象混入物。水鋁石溶于酸和堿,但在常溫常壓下溶解甚弱,需在高溫高壓和強酸或強堿濃度下才能完全分解。一水硬鋁石形成于酸性介質,與一水軟鋁石、赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石、綠泥石、黃鐵礦等共生。其水化可變成三水鋁石,脫水可變成α剛玉,可被高嶺石、黃鐵礦、菱鐵礦、綠泥石等交代。

                一水軟鋁石又名勃姆石、軟水鋁石,結構式為AlOOH分子式為Al2O3?H2O斜方晶系,結晶完好者呈菱形體、棱面狀、棱狀、針狀、纖維狀和六角板狀。礦石中的一水軟鋁石常含Fe2O3TiO2Cr2OGa2O3等類質同象。一水軟鋁石可溶于酸和堿。該礦物形成于酸性介質,主要產在堆積鋁土礦中,其特征是與菱鐵礦共生??杀灰凰蹭X石、三水鋁石、高嶺石等交代,脫水可轉變成一水硬鋁石和α剛玉,水化可變成三水鋁石。

                三水鋁石又名水鋁氧石、氫氧鋁石,結構式AlOH分子式為Al2O3?3H2O單斜晶系,結晶完好者呈六角板狀、棱鏡狀,常有呈細晶狀集合體或雙晶,礦石中三水鋁石多呈不規則狀集合體,均含有不同量的TiO2SiO2Fe2O3Nb2O5Ta2O5Ga2O3等類質同象或機械混入物。三水鋁石溶于酸和堿,其粉末加熱到100℃經2h即可完全溶解。三水鋁石形成于酸性介質,風化殼礦床中是原生礦物,與高嶺石、針鐵礦、赤鐵礦、伊利石等共生。三水鋁石脫水可變成一水軟鋁石、一水硬鋁石和α剛玉,可被高嶺石、多水高嶺石等交代。

                鋁的化學成分

                鋁土礦的化學成分主要為Al2O3SiO2Fe2O3TiO2H2O+五者總量占成分的95%以上,一般>98%主要成分有SCaOMgOK2ONa2OCO2MnO2有機質、碳質等,微量成分有GaGeNbTaPCoZrVPCrNi等。Al2O3主要賦存于鋁礦物—水鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石中,其次賦存于硅礦物中(主要是高嶺石類礦物)。

                內生條件下,由于有二氧化硅的廣泛存在Al2O3與SiO2常緊密結合成各類鋁硅酸礦物,這些礦物一般鋁硅比小于1而工業上對鋁礦石一般要求Al2O3≥40%Al/Si>1.82.6因此內生條件下很少形成工業鋁礦床。

                目前,已知的國內外工業鋁土礦多是表生條件下形成的表生條件下鋁土礦的生成主要有兩種形式:即風化-殘積(余)成礦(紅土成礦)和風化-搬運-堆積成礦或風化-改造-再沉積成礦(堆積成礦)風化-殘積(余)成礦是含鋁母巖在濕熱氣候條件下,具排泄良好的有利地形(如殘丘、低山和臺地)由于水、CO2和生物等的風化分解作用,母巖中易溶物質KNaCaMg和SiO2被淋失排出,活動性小的物質AlFeTi殘留原地形成紅土型鋁土礦。風化-搬運-堆積成礦是含鋁巖石、紅土風化殼或已形成的紅土礦床,重力、水和自然酸(硫酸、碳酸、有機酸)等作用下,經機械的或化學的風化、剝蝕、搬運等物理、化學改造作用,于山坡凹地、谷地、近海湖盆地或濱海湖、局限海盆內形成鋁土礦,水介質環境中形成沉積鋁土礦。


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