片斷：第1章鋁冶金的歷史與發(fā)展1.1鋁冶金的歷史鋁在自然界中分布極廣，地殼中鋁的含量約為8％，僅次于氧和硅，居第三位。但在各種金屬元素當中，鋁居首位。鋁的化學性質十分活潑，故自然界中極少發(fā)現元素狀態(tài)的鋁〔1～3〕。含鋁的礦物總計有250多種，其中主要的是鋁土礦、高嶺土、明礬石等。我國采用鋁礦有悠久的歷史，很早就開始從明礬石提取明礬（古稱礬石）以供醫(yī)藥及工業(yè)上應用。漢代《本草經》（公元前一世紀）一書中記載了16種礦物藥物，其中就包括礬石、鉛丹、石灰、樸硝、磁石。明代宋應星所著《天工開物》（公元1637年）一書中記載了礬石的制造和用途。Aluminium一詞從明礬衍生而來，古羅馬人稱明礬為Alu－men。1746年Pott從明礬中制取一種金屬氧化物。Marggraf認為粘土和明礬中含有同一種金屬氧化物。1876年Morveau稱此種氧化物為氧化鋁Alumine（英文為Alumina）。1807年英國Davy試圖用電解法從氧化鋁中分離出金屬，未成功。1808年他稱呼此種擬想中的金屬為Aluminium。以后沿用此名。金屬鋁最初用化學法制取。1825年丹麥Oersted用鉀汞還原無水氯化鋁，得到一種灰色的金屬粉末，在研磨時呈現金屬光澤，但當時未能加以鑒定。1827年德國Wohler用鉀還原無水氯化鋁，得到少量細微的金屬顆粒。1845年他把氯化鋁氣體通過熔融的金屬鉀表面，得到金屬鋁珠，每顆鋁珠的質量為10～15mg，于是鋁的一些物理和化學性質得到初步的測定。1854年法國Deville用鈉代替鉀還原NaCl—AlCl3絡合鹽，制取金屬鋁。鈉和鉀同為一價堿金屬，但鈉的原子量比鉀小，制取1kg鋁所需的鈉量大約是3.0～3.4kg，而用鉀大約需要5.5kg，故用鈉比較經濟。當時稱鋁為“泥土中的銀子”。1855年Devil1e在巴黎世界博覽會上展出了12塊小鋁錠，總質量約為1kg。1854年在巴黎附近建成了世界上第一座煉鋁廠。1865年俄國Beкетов提議用鎂還原冰晶石來生產鋁。這一方案后來在德國Gmelingen鋁鎂工廠里采用。自從1887～1888年間電解法煉鋁工廠開始投入生產之后，化學法便漸漸棄用了。在此之前的30多年內采用化學法總共生產了約200t鋁。在采用化學法煉鋁期間，德國Bunsen和法國Deville繼英國Davy之后研究電解法。1854年Bunsen發(fā)表了試驗總結報告，聲稱通過電解NaCl—AlCl3絡合鹽，得到金屬鋁。他在電解時采用炭陽極和炭陰極。Deville除了電解NaCl—AlCl3絡合鹽之外，還電解此絡合鹽和冰晶石的混合物，都得到了金屬鋁。Devi1le也許是認識到氧化鋁可溶于熔融氟鹽的第一個人。那時候，用蓄電池作為電源不能獲得較大的電流，而且價格很貴，因此電解法不能在工業(yè)上進行生產。只有在1867年發(fā)明了發(fā)電機，并在1880年加以改進之后，才使電解法可以用于工業(yè)生產。本書前言前言全世界的鋁產量現在接近2400萬噸，僅次于鋼，居各種有色金屬之首位。我國正在積極發(fā)展鋁工業(yè)，鋁產量接近200萬噸，是當今世界的產鋁大國，未來的發(fā)展前程似錦。故撰寫一本有關鋁冶金基礎理論與應用的書籍是必要的。本書的編寫工作開始于60年代初期，當時出于教學和科研的需要。承蒙徐采棟先生推薦，1985年在上?？茖W技術出版社出版了《鋁冶金物理化學》一書。誠因國內外的鋁冶煉生產技術和科學研究在隨后十多年里迅速發(fā)展，深感此書在內容上需要作大的補充和修改。故歷經幾度寒暑，廣泛閱讀當代文獻，并匯集實驗室研究成果，修訂成此書，取名為《鋁電解原理與應用》。此書蒙中國礦業(yè)大學出版社襄助出版。編寫此書的一些基本想法仍然是：第一，力圖把鋁冶金的原理和應用密切聯(lián)系起來，視工業(yè)生產實踐和實驗研究為知識的主要源泉。第二，由于冰晶石—氧化鋁熔液是高溫熔液，而且具有很大的侵蝕性，故鋁電解的理論研究工作比較難于進行，若干基本理論，例如有關熔液結構和電極反應的見解，至今仍然存在著分歧。因此，本書注意收集、整理已有的文獻資料，側重于研究方法、實驗裝置和研究結果的闡述，以便為理論研究工作提供參考。本書前部刊出的12頁彩色圖片，是多年來在透明電解槽上拍攝到的，涉及鋁、鎂、鉀、鈉、鉛、鋅的融鹽電解，觀測到若干重要的現象，具有一定的科學價值，可供研究討論。第三，本書對于煉鋁新方法給予相當的重視。這是因為現在通用的煉鋁方法還有不少缺點，例如電耗率甚高，每噸鋁需15000kW·h。從長遠來看，改革現有的生產技術，研究新的煉鋁方法是非常必要的。本書分析討論了幾種煉鋁新方法，可以從中選擇究竟哪條途徑是可行的，或者是有前途的。本人在多年的國際學術交往中，曾先后訪問挪威、新西蘭、丹麥、澳大利亞、美國、日本、俄羅斯等國的鋁廠、大學和研究所，結識了多位著名的融鹽化學專家，獲益良多。其中尤其要感謝挪威奧斯陸大學的凱·格羅泰姆教授（ProfessorKaiGrjotheim）多年來對我學術思想的啟迪和具體的幫助。本書的編寫修訂還引用了東北大學輕金屬冶煉教研室的一些教師和研究生在鋁冶金方面的部分研究論文資料。對于他們的熱情支持和幫助，本人始終銘記于心。還有一點需要說明：由于國際現行的標準在熱焓、熵、反應熱、粘度以及其他有關熔液的物理化學參數方面仍繼續(xù)沿用工程單位制，為尊重引出文獻并確保計算分析的準確性，本書在有些章節(jié)中仍按原單位引用了若干文獻及數據。考慮到我國已于1993年開始推行國際單位制（SI），故在采用工程單位制的同時，本書盡可能地給出了兩種單位制的換算關系。這一點數請讀者諒解。本書承蒙中共中央統(tǒng)戰(zhàn)部“華夏英才基金”首批資助出版，感激之情，難以言表。沈陽北方凈化技術有限公司在其創(chuàng)建初期也給予部分資助，實為難得，謹此致謝。由于本人學識水平有限，書中一定有不少缺點和錯誤，敬請讀者給予批評指正。邱竹賢1997年7月12日
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