化學元素解釋：

概述

鋁是國民經濟中不可缺少的基礎原材料，廣泛用于建筑、包裝、交通運輸、電力等領域。新中國成立60年來，從勘探、采選、冶煉到加工，中國鋁工業上下游齊全、產業鏈完整，能充分發揮整體的優勢;從科技研發到工程設計，從工程建設到生產、物流服務，中國鋁工業門類齊全、體系配套，能充分保障鋁工業健康發展。

性質

元素名稱：鋁

元素符號：Al

元素類型：金屬

元素原子量：26.98

原子體積(立方厘米/摩爾)：10.0

原子序數：13

元素中文名稱：鋁

元素在太陽中的含量(ppm) ：60

元素在海水中的含量太平洋表面(ppm)：0.00013

元素英文名稱：Aluminum

相對原子質量：26.98

地殼中含量(ppm)：82000

核內質子數：13

核外電子數：13

核電核數：13

氧化態：Main Al+3

Other Al0, Al+2

質子質量：2.1749E-26

質子相對質量：13.091

所屬周期：3

所屬族數：IIIA

摩爾質量：27

氫化物：AlH3

氧化物：Al2O3

最高價氧化物化學式：Al2O3

密度：2.702

熔點：660.37

沸點：2467.0

燃點：550攝氏度

熱導率W/(m·K)：237

化學鍵能： (kJ /mol)

Al-H 285

Al-C 225

Al-O 585

Al-F 665

Al-Cl 498

Al-Al 200

聲音在其中的傳播速率：(m/S)

5000

電離能 (kJ/ mol)

M - M+ 577.4

M+ - M2+ 1816.6

M2+ - M3+ 2744.6

M3+ - M4+ 11575

M4+ - M5+ 14839

M5+ - M6+ 18376

M6+ - M7+ 23293

M7+ - M8+ 27457

M8+ - M9+ 31857

M9+ - M10+ 38459

莫氏硬度：2.75

外圍電子排布：3s2 3p1

核外電子排布：2,8,3

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有4個金屬原子。

晶胞參數：

a = 404.95 pm

b = 404.95 pm

c = 404.95 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

顏色和狀態：銀白色金屬

原子半徑：1.82

常見化合價：+3

來源

鋁以化合態的形式存在于各種巖石或礦石里，如長石、云母、高嶺市、鋁土礦、明礬時，等等。有鋁的氧化物與冰晶石(Na3AlF6)共熔電解制得。

從鋁土礦中提取鋁反應過程

①溶解：將鋁土礦溶于NaOHaq.

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

②過濾：除去殘渣氧化鐵、硅鋁酸鈉等

③酸化：向濾液中通入過量CO2.

NaAlO2+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+NaHCO3

④過濾、灼燒 Al(OH)3

2Al(OH)3= Al2O3+3H2O(高溫)

注：電解時為使氧化鋁熔融溫度降低，在Al2O3 中添加冰晶石(Na3AlF6)

⑤電解：2Al2O3(熔融)= 4Al+3O2 ↑(通電)

注：不電解熔融AlCl3煉Al 原因：AlCl3 是共價化合物，其熔融態不導電。

發現

1854年，法國化學家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通人氯氣后加熱得到NaCl，AlCl3復鹽，再將此復鹽與過量的鈉熔融，得到了金屬鋁。這時的鋁十分珍貴，據說在一次宴會上，法國皇帝拿破侖第三獨自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。泰國當時的國王曾用過鋁制的表鏈;1855年巴黎國用博覽會上，展出了一小塊鋁，標簽上寫到：“來自粘土的白銀”，并將它放在最珍貴的珠寶旁邊，直到1889年，倫敦化學會還把鋁和金制的花瓶和杯子作為貴重的禮物送給門捷列夫。1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規模生產鋁的基礎。 近一個世紀的歷史進程中，鋁的產量急劇上升，到了20世紀60年代，鋁在全世界有色金屬產量上超過了銅而位居首位。

自然屬性

鋁是一種輕金屬，其化合物在自然界中分布極廣，地殼中鋁的含量約為8%(重量)，僅次于氧和硅，具第三位。鋁被世人稱為第二金屬，其產量及消費僅次于鋼鐵。鋁具有特殊的化學、物理特性，是當今最常用的工業金屬之一，不僅重量輕，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，是國民經濟發展的重要基礎原材料。

鋁的比重2.7，密度約為一般金屬的1/3。而常用鋁導線的導電度約為銅的61%，導熱度為銀的一半。雖然純鋁極軟且富延展性，但仍可靠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，而制造一磅金屬鋁也需要兩磅氧化鋁。

化學性質

鋁在空氣中易與氧氣化合，在表面生成一種致密的氧化物薄膜(氧化鋁Al2O3)，所以通常略顯銀灰色。鋁能夠與稀的強酸(如稀鹽酸，稀硫酸等)進行反應，生成氫氣和相應的鋁鹽。與一般的金屬不同的是，它也可以和強堿進行反應，形成偏鋁酸鹽和氫氣。因此認為鋁是兩性金屬。

鋁 - 主要特性

抗腐蝕性

鋁的密度只有2.7g/cm3，約為鋼、銅或黃銅的密度(分別為7.83g/ cm3，8.93g/ cm3)，的1/3。在大多數環境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學和很多化學體系中，鋁能顯示優良的抗腐蝕性。

反射性

鋁的表面具有高度的反射性。輻射能、可見光、輻射熱和電波都能有效地被鋁反射，而陽極氧化和深色陽極氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，拋光后的鋁在很寬波長范圍內具有優良的反射性，因而具有各種裝飾用途及具有反射功能性的用途。

電導率

鋁由于它的優良電導率而常被選用。在重量相等的基礎上，鋁的電導率近于銅的兩倍。

熱導量率

鋁合金的熱導量率大約是銅的50-60%，這對制造熱交換器、蒸發器、加熱電器、炊事用具，以及汽車的缸蓋與散熱器皆為有利。

非鐵磁性

鋁是非鐵磁性的，這對電氣工業和電子工業而言是一重要特性。鋁是不能自燃的，這對涉及裝卸或接觸易燃易爆材料的應用來說是重要的。

可機加工性

鋁的可機加工性是優良的。在各種變形鋁合金和鑄造鋁合金中，以及在這些合金產出後具有的各種狀態中，機加工特性的變化相當大，這就需要特殊的機床或技術。

可成形性

這是鋁及許多鋁合金較重要的特性之一。特定的拉伸強度、屈服強度、可延展性和相應的加工硬化率支配著允許變形量的變化。商業上可提供的鋁合金在不同形態下成形性的額定值取決于成形的工藝方法。這些額定值在作金屬加工特性的定性對照中僅能起大致的指導作用，即不能定量地作為成形性的極值。

可鍛性

鋁合金可以鍛造成形狀與品種繁多的鍛件，它們的最終部件鍛造設計標準的選擇范圍(基于預定的用途)是很寬的。 連接鋁可用各式各樣的方法連接，包括熔焊、電阻焊、硬 焊、軟 焊、粘結以及諸如鉚接和栓接之類的機械方法。

可回收性

鋁具有極高的回收性，再生鋁的特性與原生鋁幾乎沒有別。

鋁 - 應用

鋁廣泛用於各種建筑中，如撟梁、塔樓和儲罐等。雖然結構鋼型材與板材的基建投資費用較低，但當人們考慮到工程的結構特點、獨特的建筑設計、質輕和(或)抗腐蝕性時，就采用了鋁。 鋁可用於撟梁與公路的輔助結構上，如撟梁欄桿、公路護欄、照明標準件、交通指揮塔、交通標志和連接圍欄等。鋁也普遍用於撟梁結構上，特別是長墩距撟梁或活動撟梁的平衡裝置和嶺升撟的施工中。

腳手架、爬梯、變電所構筑物及其他公用工程構筑物，常使用的鋁材形式主要是結構型材和特殊擠壓型材。吊車、輸送機和重載裝卸系統包含了大量的鋁材。儲水大罐常用鋁合金建造，以增強抗腐蝕性并形成引人注意的外觀。

包裝業一直是用鋁的市場之一，且發展最快。包裝業產品包括家用包裝材料、軟包裝和食品容器、瓶蓋、軟管、飲料罐與食品罐。鋁箔頗適用於包裝，箔制盒，包用於盛食品與藥劑，并可作家用。

變形鋁制品和鑄造鋁制品在汽車結構中應用頗廣。每臺汽車的典型鋁用量約70kg(150lb)，此數可望急劇增加，因為普遍的節省燃料的要求迫使如此，而且人們還不斷強調回收鋁的重要性。

生產與回收

世界上的產鋁量集中于中國、美國、前蘇聯、加拿大、澳洲、巴西、挪威，上列國家的產鋁量占全球產量的60%以上。鋁的供應來源除了新鋁外，回收鋁也占有很高的比例，回收鋁又分為舊料回收(主要來源是飲料罐和汽車廢件)、新料回收(加式過程中的鋁屑)兩種。由于環保意識升高，回收鋁量年年創新高。1980年代未期以來，世界鋁價就不斷重挫，其中最大的原因就是蘇聯瓦解后為換取外匯而對西方大量輸出鋁，最明顯的影響就是LME的庫存量由1990年底的315，600噸暴升到144萬噸以上。由于鋁的化學性質好，所以取代了很多原料既有用途，如飲料罐和建材，美國鋁的最大消耗是發生在制罐和饈業，約占全美用量的28%，接著是運輸業約19%，再來是房屋和建筑業約18%.

危害

早在1965年，克拉佐首次發現鋁中毒的兔腦內，出現了老年性癡呆特有的神經元纖維纏結病變，但并末引起人們的重視。直到1973年他又根據研究結果指出貓的大腦皮層含鋁量的增多，使貓出現了明顯的腦功能障礙，這才喚醒世人警覺。

鋁鹽一旦進入人體，首先沉積在大腦內，可能導致腦損傷，造成嚴重的記憶力喪失，這是早老性癡呆癥特有的癥狀。參與這項工作的研究人員說，對老鼠的實驗表明，僅給它們喝下一杯經鋁鹽處理的水后，它們腦中的鋁含量就達到可測量水平。對老鼠的研究發現，混在飲用水中的微量鋁進入老鼠的腦中并在那里逐漸積累。研究人員對癡呆病人的研究發現，這類病人腦內有30%新皮層區的鋁濃度大于4微克/克(干重)，患者腦部神經元細胞核內，鋁的含量為健康人的4倍，最大達30倍。研究人員認為，如果隨時間推移，鋁在腦中逐漸積累，就會殺死神經原，使人的記憶力喪失。一位科學家說：我們一生都在喝鋁鹽凈化過的水，吃含鋁鹽的食品，因此到我們很老時，我們體內已經積累了很多鋁。他指出，過去70年早老性癡呆癥發病率在世界范圍內普遍上升。他說，鋁也被用在食品乳化劑中。

鋁能直接損害成骨細胞的活性，從而抑制骨的基質合成。同時，消化系統對鋁的吸收，導致尿鈣排泄量的增加及人體內含鈣量的不足。鋁在人體內不斷地蓄積和進行生理作用，還能導致腦病骨病腎病和非缺鐵性貧血。

鋁對人體的毒害嚴重，對生物也有毒害作用。可溶性鋁化合物對大多數植物都是有毒的，酸性土壤的水分里溶解的鋁化合物，使一般作物難以正常生長。通常當溶解的鋁達到10-20PPM以上時，植物就會出現鋁毒癥兆。土壤中的鋁能與可溶性磷酸鹽結合生成不溶性磷酸鋁，致植物缺磷而枯死。鋁還能使植物細胞原生質脫水，然后破壞而死亡。鋁與細胞壁內的果膠結合，強化果膠的交聯結構，有礙植物吸收水分和營養。鋁與植物中的鈣磷等礦物質營養成分亦有密切關聯。它能抑制一般植物對鈣磷的吸收與累積，也影響它們對鉀鎂鐵錳銅鋅等元素的吸收和累積。鋁對水生動物亦有毒害，當pH值約為5時，以氫氧化鋁形態沉積在魚鰓內，使氧氣難以進入血液中，且使魚體內含鹽濃度失調，致魚于死地。鋁對水生動物毒害濃度一般為70微克/升以上。水體中鋁含量增加，將導致大量有機物凝聚，致水生動物因營養匱乏而死亡。鋁能使磷沉淀，嚴重威脅水生動物繁衍生息。

鋁和人體的親密接觸，會對健康產生不利影響。許多研究團體曾經報道，廣泛使用鋁鹽凈化水可能導致腦損傷，造成嚴重的記憶力喪失，這是早老性癡呆癥特有的癥狀。早在1972年，就有報道透析性腦病患者腦皮質和血清中的鋁明顯高于正常人。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并在那里逐漸積累，給它們喝一杯經鋁鹽處理過的水后，它們腦中的含鋁量就達到可測量的水平。更有研究人員認為，鋁不屬于人體的必需微量元素，過量攝入對于人體健康的損害是十分廣泛的，不僅涉及人體的中樞神經系統，還會涉及骨骼、造血系統、內分泌及生殖系統等方面的不利影響。有研究報道，早老性癡呆癥病人的腦組織鋁含量是正常人的1.5-30倍，在神經元纖維纏結區腦鋁含量明顯升高。

1989年，世界衛生組織和聯合國糧農組織正式將鋁確定為食品污染物，建議加以控制，提出成年人每天允許鋁攝入量為60毫克。有人研究我國民眾的鋁攝入狀況，從目前情況看，每人每天可能從食物中攝入8毫克-12毫克的鋁;由于使用鋁制的炊具、餐具，使鋁溶在食物中而被攝入約4毫克;大量的鋁可能來自濫用含鋁的食品添加劑，該類食品添加劑經常用于炸油條、油餅等油炸食品，也涉及含鋁發酵粉加工的饅頭、花卷、糕點等。據有關部門抽查曾經發現，每千克油餅中含鋁量超過1000毫克，如果吃50克這樣的油餅，就有可能超過了每人每天允許的鋁攝入量。

大量研究表明，鋁的神經毒性與許多神經退行性病變有關。鋁的過量接觸和體內蓄積可能是導致老年性癡呆(AD)、透析性腦病(Dialysis Encephalopathy)以及關島肌萎縮性側索硬化綜合癥(Guam ALS-PD Complex)的病因之一。

有人認為，如果鋁的攝入量過多，人體無法將多余的鋁清除，其進入腦內，對腦神經細胞產生毒性作用，引起腦內神經原纖維纏結和神經細胞變性壞死等病理損害，導致癡呆;但也有研究認為，鋁不是老年性癡呆的病因。雖然鋁制品與癡呆的關系至今未完全明確，但從預防觀點出發，最好減少鋁元素的攝入。

防范措施

防止鋁的危害主要有三條途徑：一是建議城市自來水公司本著對自己對人民負責的宗旨，不要用鋁鹽[如硫酸鋁鉀(KAI(SO4)2)作凈水劑;二是盡量不用鋁制品作炊具;三是少吃含鋁鹽添加劑較多的食物(如油條)。

正確使用鋁制炊具。由于鋁制炊具，質輕軟，易刮傷，能與糖、鹽、酸、堿、酒等發生緩慢的化學反應而溢出較多的鋁元素，從而增加了人們攝入鋁元素的機會。因此用鋁制炊具盛放鹽、酸、堿類食物時間不要過久。不使用鋁鏟、鋁勺等用具，因為它們在炒菜、盛飯的長期刮擦中，產生肉眼看不見的鋁屑，這些鋁屑可隨飯菜入口進入人體。鋁鍋應用竹木勺或無毒塑料勺盛飯。建議有條件的家庭不使用鋁制炊具，除使用鐵鍋、砂鍋外，一律使用不銹鋼制炊具。因為不銹鋼制品金屬性能穩定，而且對人體無害。

不食用含鋁量多的食物。少吃或不吃使用含鋁食品添加劑制作的油餅、油條、糕點、面包及餅干等食物。以吃油條為例，每根油條約含鋁10mg，每天吃兩根，一個月就攝入鋁600mg，為正常人體中含鋁量的10倍。自來水中的鋁元素含量極微少，符合國家衛生安全標準，可以放心飲用。