概述

铝的化学符号为Al，在元素周期表中属ⅢA族，原子序数13，原子量21.98154，面心立方体，常见化合价为+3。铝是最重要的轻金属。

Aluminum一词是从古罗马语Alumen（明矾）衍生而来。1746年德国人波特（J. H. Pott）从明矾制得一种氧化物，即氧化铝。18世纪法国拉瓦锡（A. L. Lavoisier）认为这是一种未知金属的氧化物，它与氧的亲和力极大，以致不可能用碳和当时已知的其它还原剂将它还原出来。1807年英国戴维（H. Davy）试图电解熔融的氧化铝以制取金属，但没有成功。1809年他将这种想象中的金属命名为Alumin，后来改称为Aluminum。1825年丹麦奥斯塔（Oerstad）用钾汞齐还原无水氯化铝，第一次得到几毫克金属铝，指出它具有与铝相同的颜色和光泽。1827年德国威勒（F. Wohler）用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末。1845年他用氯化铝气体通过熔融金属钾的表面得到一些铝珠，每颗重约10~15mg，从而对铝的密度和延展性作了初步测定。1854年法国德维耳（S. C. Deville）用钠代替钾还原NaAlCl₄络合盐，制得金属铝，同年在巴黎附近建厂，生产出一些铝制头盔，餐具和玩具。当时铝的价格接近黄金。1886年美国霍尔（C. M. Hall）和法国埃鲁（P. L. T. Heroult）几乎同时用冰晶石—氧化铝熔盐电解法制取金属铝并申请专利。此法沿用至今，称为霍尔—埃鲁法，已经有一百余年的历史。奥地利拜耳于1887年发明了用苛性碱（NaOH）提取铝土矿中氧化铝的方法，此法沿用至今，称为拜耳法。

1888年在美国匹兹堡建立了第一家电解铝厂，从此铝的生产进入一个新阶段。以后世界各国相继采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法炼铝。法国始于1889年，英国1890年，德国1898年，奥地利1899年，挪威1906年，意大利1907年，西班牙1927年，苏联1931年。

自从冰晶石—氧化铝熔盐电解法发明以来，全世界的原铝产量迅速增长。1890年正值电解法诞生伊始，铝的年产量只有180 t，1900年增加到6990 t，1925年18万t，1950年150万t，l970年l025万t。从1975年起，因能源危机，铝产量一度减少，至1980年又增加到1560万t。近年来因电力和原材料价格上涨，铝的价格上升，造成产品滞销，故美国和日本等国削减铝的产量，至1984年，全世界的铝产量减少到1500万t。在图4-1为1972年到2008年的世界铝产量，表4-1为近年来我国的铝产量。从发展总趋势看来，今后的铝产量仍然会继续增加，但增长速度放慢。

铝土矿是制造氧化铝的原料。我国铝土矿的储量非常丰富，广泛分布在山西、河南、贵州、广西、山东等省、自治区。我国又有充沛的能源—水电、天然气、石油、煤，仅就水电而论，已开发利用者不过5﹪。此外，我国还有丰富的石油焦，可供生产炭阳极之用。我国的萤石储量也很丰富，可用来制造炼铝用的熔剂—冰晶石和氟化铝。故我国兼有充足的原料与能源之利，被称誉为未来的世界重要产铝国家。

随着铝工业生产的发展，铝冶金的理论研究不断前进。有关铝土矿的溶出机理和烧结反应，融熔电解质的结构和电极反应等基础理论问题都已有许多深入的研究，但是不能不指出，研究结果仍然有很大的分歧，需要进一步探讨。在工业生产上存在的主要问题是能耗高，生产1t铝就大约需要电能l7400kWh，热能52GJ。如果电能是由热能转化而来，包括能量转换损失在内，总能量高达218GJ，相当于7.4t硬燃料。节省铝电解中的电能消耗以及氧化铝生产中的热能消耗，是当前铝冶金中的主要课题。

在近几十年内广泛研究了多种炼铝新方法。一方面在于节省能量消耗，另一方面是试图利用低品位铝矿（例如粘土）来代替高品位铝矿提取氧化铝。其中，铝矿直接还原法制取铝硅合金，氯化铝电解法和氧化铝低温电解法是比较有前途的方法。铝的标准电极电势（25℃）为-1.662V，电化当量0.3356g/A·h。在各种常用的金属中，铝的密度小，导电、导热和反光性能都好。铝的电导率相当于国际退火铜的62%~65﹪，约为银的一半，如果就相等的质量而言，铝的导电能力超过铜和银。铝在低温（-198℃下）不变脆。在空气中，铝的表面上生成一层致密而坚硬的氧化铝薄膜，厚度为0.005~0.02μm，成为铝的天然保护层，因而铝具有良好的抗腐蚀能力。此外，还可以用阳极氧化或电镀的方法，在铝材和铝制品表面形成色彩鲜艳的表层。铝和多种金属构成合金。铝和铝合金有很好的延展性，可以进行各种塑性加工，制成铝丝、铝箔和铝材。铝合金的熔点低，铸造性能好，故有多方面的用途。

铝对氧的亲和力很大。氧化铝的生成热ΔH⁰₂₉₈=-400.9±1.5kcal/mol。所以，铝可用作炼钢的脱氧剂和高熔点金属氧化物（如MnO₂，Cr₂O₃）的热还原剂。铝与氮、硫和卤族元素在高温下发生反应，生成如AlN、Al₂S₃、AlCl₃之类的化合物。Al₂S₉、Al₂S₃、AlCl₃等与铝在真空中加热到1000℃以上时，生成相应的低价铝化合物。铝的低价化合物在低温下发生歧化分解反应，生成金属铝和三价铝化合物。AlN加热到2000℃以上时，分解出铝。

铝是两性元素，它缓慢地溶解在稀酸溶液中，但是在浓盐酸中迅速溶解。铝与苛性碱溶液发生强烈反应，迅速溶解，生成Al(OH)₄^-离于：

铝在各个工业部门和日常生活中应用广泛。航空工业是传统的用铝部门。在建筑工业上用铝合金制作房屋门窗和板壁。在各种车辆上也广泛用铝合金制造部件，因此车辆的重量减轻节省汽油燃料，足以补偿炼铝时所消耗的能量而有余。在电力输送方面，铝的用量早已居首位，现在90﹪的高压电缆用铝制作。在食品工业方面，从储槽到罐头、盆以至饮料容器大多用铝制作。