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中文名:鋁

外文名:Aluminum

化學式:Al

相對原子質量:26.981539

化學品類別:金屬單質

管制類型:粉狀管制

銀白色輕金屬。有延展性。商品常製成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒,並發出眩目的白色火焰。易溶於稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液,難溶於水。相對密度2.70。熔點660℃。沸點2327℃。鋁元素在地殼中的含量僅次於氧和硅,居第三位,是地殼中含量最豐富的金屬元素。航空、建築、汽車三大重要工業的發展,要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質,這就大大有利於這種新金屬鋁的生產和應用。 應用極為廣泛。

主要性質

鋁為銀白色輕金屬。有延展性。商品常製成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒,並發出眩目的白色火焰。易溶於稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液,不溶於水。相對密度2.70。熔點660℃。沸點2327℃。

以其輕、良好的導電和導熱性能、高反射性和耐氧化而被廣泛使用。做日用皿器的鋁通常叫「鋼精」或「鋼種」。

由於鋁的活潑性強,不易被還原,因而它被發現的較晚。1800年意大利物理學家伏特創建電池後,1808~1810年間英國化學家戴維和瑞典化學家貝齊里烏斯都曾試圖利用電流從鋁釩土中分離出鋁,但都沒有成功。貝齊里烏斯卻給這個未能取得的金屬起了一個名字alumien。這是從拉丁文alumen來。該名詞在中世紀的歐洲是對具有收斂性礬的總稱,是指染棉織品時的媒染劑。鋁後來的拉丁名稱aluminium和元素符號Al正是由此而來。

1825年丹麥化學家奧斯特發表實驗製取鋁的經過。1827年,德國化學家武勒重複了奧斯特的實驗,並不斷改進制取鋁的方法。1854年,德國化學家德維爾利用鈉代替鉀還原氯化鋁,製得成錠的金屬鋁。

主要用途

物質的用途在很大程度上取決於物質的性質。因為鋁有多種優良性能,所以鋁有着極為廣泛的用途。

(1)鋁的密度很小,僅為2.7 g/cm,雖然它比較軟,但可製成各種鋁合金,如硬鋁、超硬鋁、防鏽鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應用于飛機、汽車、火車、船舶等製造工業。此外,宇宙火箭、航天飛機、人造衛星也使用大量的鋁及其鋁合金。例如,一架超音速飛機約由70%的鋁及其鋁合金構成。船舶建造中也大量使用鋁,一艘大型客船的用鋁量常達幾千噸。

(2)鋁的導電性僅次於銀、銅,雖然它的導電率只有銅的2/3,但密度只有銅的1/3,所以輸送同量的電,鋁線的質量只有銅線的一半。鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力,而且有一定的絕緣性,所以鋁在電器製造工業、電線電纜工業和無線電工業中有廣泛的用途。

(3)鋁是熱的良導體,它的導熱能力比鐵大3倍,工業上可用鋁製造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。

(4)鋁有較好的延展性(它的延展性僅次於金和銀),在100 ℃~150 ℃時可製成薄於0.01 mm的鋁箔。這些鋁箔廣泛用於包裝香煙、糖果等,還可製成鋁絲、鋁條,並能軋制各種鋁製品。

(5)鋁的表面因有緻密的氧化物保護膜,不易受到腐蝕,常被用來製造化學反應器、醫療器械、冷凍裝置、石油精煉裝置、石油天然氣管道等。

(6)鋁粉具有銀白色光澤(一般金屬在粉末狀時的顏色多為黑色),常用來做塗料,俗稱銀粉、銀漆,以保護鐵製品不被腐蝕,而且美觀。

(7)鋁在氧氣中燃燒能放出大量的熱和耀眼的光,常用於製造爆炸混合物,如銨鋁炸藥(由硝酸銨、木炭粉、鋁粉、煙黑及其他可燃性有機物混合而成)、燃燒混合物(如用鋁熱劑做的炸彈和炮彈可用來攻擊難以着火的目標或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸鋇68%、鋁粉28%、蟲膠4%)。

 

(8)鋁熱劑常用來熔煉難熔金屬和焊接鋼軌等。鋁還用做煉鋼過程中的脫氧劑。鋁粉石墨二氧化鈦(或其他高熔點金屬的氧化物)按一定比率均勻混合後,塗在金屬上,經高溫煅燒而製成耐高溫的金屬陶瓷,它在火箭及導彈技術上有重要應用。

(9)鋁板對光的反射性能也很好,反射紫外線比銀強,鋁越純,其反射能力越好,因此常用來製造高質量的反射鏡,如太陽灶反射鏡等。

(10)鋁具有吸音性能,音響效果也較好,所以廣播室、現代化大型建築室內的天花板等也採用鋁。

(11)耐低溫,鋁在溫度低時,它的強度反而增加而無脆性,因此它是理想的用於低溫裝置材料,如冷藏庫、冷凍庫、南極雪上車輛、氧化氫的生產裝置。

(12)是兩性氧化物

鋁的合金強化

純鋁的力學性能不高,不適宜製作承受較大載荷的結構零件。為了提高鋁的力學性能在純鋁中加入某些合金元素製成合金,常加入的合金元素有等,稀土元素在某些合金中加入。這些合金元素加入後通過以下幾個方面對鋁進行強化。

1、固溶強化 合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體,不僅能獲得高的強度,而且還能獲得優良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般鋁合金中固溶強化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等元素。一般鋁的合金化都形成有限的固溶體,如Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn,Al-Si,Al-Mn等二元合金均形成有限固溶體,並且都有較大的極限溶解度能起較大的固溶強化效果。

2、時效強化 鋁合金熱處理後可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體在室溫或加熱到某一溫度時,其強度和硬度隨時間和延長而增高,但塑性降低。這個過程就稱時效。時效過程中使合金的強度、硬度增高的現象稱為時效強化或時效硬化。

3、過剩相強化 當鋁中加入的合金元素含水量超過其極限溶解度時,淬火加熱時便有一部分不能溶入固溶體的第二相出現稱之為過剩相。在鋁合金中過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。它們在合金中起阻礙滑移和位錯運動的作用,使強度、硬度提高,而塑性、韌性降低。合金中過剩相的數量愈多,其強化效果愈好,但過剩相多時,由於合金變脆而導致強度、塑性降低。

4、細化組織強化 在鋁合中添加微量元素細化組織是提高鋁合金力學性能的另一種重要手段。

變形鋁合金中添加微量以及稀土元素,它們能形成難熔化合物,在合金結晶時作為非自發晶核,起細化晶粒作用,提高合金的強度和塑性。

鑄造鋁合金中常加入微量元素作變質處理來細化合金組織,提高強度和塑性。變質處理對不能熱處理強化或強化效果不大的鑄造鋁合金和變形鋁合金具有特別重要的意義。比如在鋁硅鑄造鋁合金中加入微量鈉或鈉鹽或銻作變質劑進行變質處理,細化組織可以顯著提高塑性和強度。同樣在鑄造鋁合金中加入少量錳、鉻、鈷等元素能使雜質鐵形成的板塊狀或針狀化合物AlFeSi細化,提高塑性,加入微量鍶可消除或減少初晶硅,並使共晶硅細化;粒子園整度提高。

 

5、冷變形強化 冷變形強化亦稱冷作硬化,即金屬材料在再結晶溫度以下冷變形,冷變形時,金屬內部位錯密度增大,且相互纏結並形成胞狀結構,阻礙位錯運動。變形度越大位錯纏結越嚴重,變形抗力越大,強度越高。冷變形後強化的程度隨變形度、變形溫度及材料本身的性質而不同。同一材料在同一溫度下冷變形時,變形度越大則強度越高。塑性隨變形程度的增加而降低。

危害介紹

鋁的不當使用也會產生一些副作用。有資料報道:鋁鹽可能導致人的記憶力喪失。澳大利亞一個私營研究團體說:廣泛使用鋁鹽淨化水可能導致腦損傷,造成嚴重的記憶力喪失,這是早老性痴呆症特有的症狀。 研究人員對老鼠的實驗表明,混在飲水中的微量鋁進入老鼠的腦中並在那裡逐漸積累,給它們喝一杯經鋁鹽處理過的水後,它們腦中的含鋁量就達到可測量的水平。!

研究發現,鋁元素能損害人的腦細胞,

根據世界衛生組織的評估,規定鋁的每日攝入量為0-0.6mg/kg,這裡的kg是指人的體重,即一個60kg的人允許攝入量為36mg。

我國《食品添加劑使用標準GB2760-2011》中規定,鋁的殘留量要小於等於100mg/kg。以此計算,一個體重60kg的人每天吃油條不多於360g就不必擔心。

鋁在人體內是慢慢蓄積起來的,其引起的毒性緩慢、且不易察覺,然而,一旦發生代謝紊亂的毒性反應,則後果非常嚴重。因此,必須引起我們的重視,在日常生活中要防止鋁的吸收,減少鋁製品的使用。

鋁及其化合物對人類的危害與其貢獻相比是無法相提並論的,只要人們切實注意,揚長避短,它對人類社會將發揮出更為重要的作用。

  • 避免方法:

1.避免使用鋁製成的炊具

2.少吃炸油條、由鋁包裝的糖果等食品,少喝易拉罐裝的軟飲料

3.部分藥品由含鋁物質製成,應減少服用

發展歷史

改革開放以來,中國鋁工業取得了長足發展,已成為世界鋁工業大國,形成了從鋁土礦、氧化鋁、電解鋁、鋁加工、研發為一體的比較完善的工業體系[1]

2006年,中國鋁業從2005年的全行業虧損迅速轉為全行業實現利潤324億元、利稅500多億元。國內產能的迅速集中擴張使氧化鋁進口量10年來首次出現同比下降,氧化鋁對外依存度較上年的45%明顯降低。近年來,國內氧化鋁生產中強化燒結、管道化溶出、選礦拜爾法等技術得到廣泛使用;電解鋁落後的自焙槽生產能力被淘汰,2006年,電解鋁1200萬噸產能中160kA及以上產能占83%,已經全部淘汰落後的自焙槽生產能力,部分小型預焙槽生產能力得到改造。

電解鋁方面,國家發展改革委下發通知,從2006年6月30日起實施電價調整方案,全國上網電價平均上調11.74元/千千瓦時,銷售電價平均提高24.94元/千千瓦時,相當於銷售電價每度上調2.494分錢。由於電解鋁在所有工業產品中耗電量最大,每生產1噸電解鋁的耗電量就高達1.5萬度。國家利用電價調整對該行業進行調控,可以讓一些競爭實力強大的電解鋁企業獲得較為優越的生存環境,而一些規模小、生產能力落後的企業則有可能淘汰出局。

當能源價格不斷攀升之時,世界各大鋁業公司開始把建設鋁業生產基地的目光轉向電價低廉的中東和非洲。通過降低左右生產成本的電費,確保鋁業生產的價格競爭力,成為世界各大鋁業公司的着眼點。從國內政策面上分析,國家產業政策給鋁行業定位在滿足國內需求上,且在對高精尖產品和低技術含量產品在政策上將會有區別。因此,上下游鋁企業對於行業所出現的政策性和結構性拐點,應着眼於內銷市場,擴大鋁在國內市場的應用;擴大鋁應用領域,提高鋁應用的附加值、提升技術含量。另外,鋁生產企業應該多關注相關行業和下遊行業發展動向,特別是掌握交通運輸、電力、包裝、家電等行業發展趨勢,同時加大技術攻關和科技投入。

中國鋁型材行業的概況

中國鋁型材工業經過50多年的發展,成為了世界上鋁型材生產大國。截至2007年,中國在產的鋁擠壓廠600多家,擠壓生產線約3500條企業數量、生產能力、產量均居世界第一,已成為世界鋁擠壓材生產大國;經過近幾年產品結構的調整和市場調節,鋁加工廠數減少,分布在逐步分散;產品出口增加,成為世界上最主要的鋁型材生產和淨出口國家。[2]

  • 產量

2007年中國鋁加工材快報產量1175.9萬噸,與2006年快報數814.8萬噸相比增加44.3%。估計型材為660萬噸,比2006年增長36.2%。[3]

  • 分布

從鋁加工行業來看,珠江三角洲、長三角、環渤海等三地區,以河南為代表的中部地區發展較快。新世紀以來,全國鋁加工材產量前10位省區總產量占全國總產量的所占比率在逐漸上升,2000年為82.1%,2005年為84.7%,2006年達到87.1%,2007年87.63%。廣東和河南兩省產量排位繼續保持前兩名,所占比例仍在上升。產量增幅較快的省份是山東和湖南,山東排位由2006年的第六上升到第三,產量接近100萬噸,達到99.48萬噸,比2006年增加85.6%。湖南省以21.12萬噸的好成績後來居上,把產量增幅相對不大的河北省擠出前十名。

廣東省的建築鋁型材業在國內具有突出的地位,具有絕對的優勢。廣東省是中國鋁型材加工、製造的大省,同時又是鋁的消費大省。目前,廣東省的鋁加工量超過300萬噸/年,綜合產值超過1000億元,已形成具有明顯規模優勢和品牌優勢的產業。據中國有色金屬工業協會統計,2006年全國獲得生產許可證鋁型材廠有560多家,廣東省有210餘家;全國鋁擠壓材產量前10名的企業中廣東省占了6家,廣東省鋁型材生產量占全國55%左右,市場占有率超過全國的45%。全國擁有中國名牌的鋁加工企業共有17家,廣東省有10家單位,其中9家為鋁型材廠,1家為板帶箔生產企業。

  • 出口

2007年,中國鋁材淨出口量增加了110.0%(見表2)。其中,平軋產品的貢獻明顯。型材出口84.5萬噸,比2006年僅增加了24.1%,增幅同比下降56.1%。主要受歐美房地產業不景氣和國家7月1日取消出口退稅的影響。

  • 動向

(1)電解鋁與加工企業相互延伸

典型的大型電解鋁企業有:中鋁蘭州連城鋁業、中鋁青海鋁業、河南焦作萬方、青銅峽鋁業、內蒙霍林河鴻駿鋁電集團、河南淅川、浙江華東鋁業等紛紛增加鋁加工項目或鑄坯項目。加工企業向有資源地區尋找合作夥伴或辦廠,如渤海鋁、銀一百、華昌等企業。

(2)中國鋁加工企業積極上市融資

鋁加工企業利用國內外資本市場,積極開展多種方式進行融資,為企業的發展壯大獲得必要的資金支持。已經上市的鋁加工企業有中鋁西北鋁,山東南山、浙江棟樑、常熟鋁箔、新疆眾和等。正在準備上市的企業有河南明泰、廣東興發、閩發、山東魯豐鋁箔、廈順、蘇州羅普斯金等。

(3)高速列車車體型材成功應用在我國自主知識產權的300km/h列車上,標誌着中國已經跨入世界上能夠生產300km/h高速列車型材國家的行列。

(4)工業型材、高檔節能型建築型材產品比例增加。

(5)各種新技術在鋁加工生產中得到了應用。

視頻

最簡單的鋁焊接方法

鋁熱反應微型實驗

參考來源