鋁的基本知識：密度、結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及應(yīng)用

        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(xué)、物理特性，常用的工業(yè)金屬之一，不只重量輕，質(zhì)地堅(jiān)，而且具有良好的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐熱性和耐核輻射性，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料。
　　鋁業(yè)密度與結(jié)構(gòu)
　　鋁的密度是2.7約為一般金屬的1/3而常用鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電度約為銅61％，導(dǎo)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(fā)現(xiàn)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(shí)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(zhì)。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，并不是所有的含鋁礦物都能成為工業(yè)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(jié)構(gòu)式和分子式分別為AlOOH和Al2O3?H2O斜方晶系，結(jié)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(zhì)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(qiáng)酸或強(qiáng)堿濃度下才能完全分解。一水硬鋁石形成于酸性介質(zhì)，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(jié)構(gòu)式為AlOOH分子式為Al2O3?H2O斜方晶系，結(jié)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F(xiàn)e2O3TiO2Cr2OGa2O3等類質(zhì)同象。一水軟鋁石可溶于酸和堿。該礦物形成于酸性介質(zhì)，主要產(chǎn)在堆積鋁土礦中，其特征是與菱鐵礦共生。可被一水硬鋁石、三水鋁石、高嶺石等交代，脫水可轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)式AlOH分子式為Al2O3?3H2O單斜晶系，結(jié)晶完好者呈六角板狀、棱鏡狀，常有呈細(xì)晶狀集合體或雙晶，礦石中三水鋁石多呈不規(guī)則狀集合體，均含有不同量的TiO2SiO2Fe2O3Nb2O5Ta2O5Ga2O3等類質(zhì)同象或機(jī)械混入物。三水鋁石溶于酸和堿，其粉末加熱到100℃經(jīng)2h即可完全溶解。三水鋁石形成于酸性介質(zhì)，風(fēng)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(xué)成分
　　鋁土礦的化學(xué)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(jī)質(zhì)、碳質(zhì)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(nèi)生條件下，由于有二氧化硅的廣泛存在Al2O3與SiO2常緊密結(jié)合成各類鋁硅酸礦物，這些礦物一般鋁硅比小于1而工業(yè)上對鋁礦石一般要求Al2O3≥40%Al/Si＞1.82.6因此內(nèi)生條件下很少形成工業(yè)鋁礦床。
　　目前，已知的國內(nèi)外工業(yè)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(fēng)化-殘積(余)成礦(紅土成礦)和風(fēng)化-搬運(yùn)-堆積成礦或風(fēng)化-改造-再沉積成礦(堆積成礦)風(fēng)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(fēng)化分解作用，母巖中易溶物質(zhì)KNaCaMg和SiO2被淋失排出，活動性小的物質(zhì)AlFeTi殘留原地形成紅土型鋁土礦。風(fēng)化-搬運(yùn)-堆積成礦是含鋁巖石、紅土風(fēng)化殼或已形成的紅土礦床，重力、水和自然酸(硫酸、碳酸、有機(jī)酸)等作用下，經(jīng)機(jī)械的或化學(xué)的風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)等物理、化學(xué)改造作用，于山坡凹地、谷地、近海湖盆地或?yàn)I海湖、局限海盆內(nèi)形成鋁土礦，水介質(zhì)環(huán)境中形成沉積鋁土礦。