片断：第1章铝冶金的历史与发展1.1铝冶金的历史铝在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为8％，仅次于氧和硅，居第三位。但在各种金属元素当中，铝居首位。铝的化学性质十分活泼，故自然界中极少发现元素状态的铝〔1～3〕。含铝的矿物总计有250多种，其中主要的是铝土矿、高岭土、明矾石等。我国采用铝矿有悠久的历史，很早就开始从明矾石提取明矾（古称矾石）以供医药及工业上应用。汉代《本草经》（公元前一世纪）一书中记载了16种矿物药物，其中就包括矾石、铅丹、石灰、朴硝、磁石。明代宋应星所著《天工开物》（公元1637年）一书中记载了矾石的制造和用途。Aluminium一词从明矾衍生而来，古罗马人称明矾为Alu－men。1746年Pott从明矾中制取一种金属氧化物。Marggraf认为粘土和明矾中含有同一种金属氧化物。1876年Morveau称此种氧化物为氧化铝Alumine（英文为Alumina）。1807年英国Davy试图用电解法从氧化铝中分离出金属，未成功。1808年他称呼此种拟想中的金属为Aluminium。以后沿用此名。金属铝最初用化学法制取。1825年丹麦Oersted用钾汞还原无水氯化铝，得到一种灰色的金属粉末，在研磨时呈现金属光泽，但当时未能加以鉴定。1827年德国Wohler用钾还原无水氯化铝，得到少量细微的金属颗粒。1845年他把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面，得到金属铝珠，每颗铝珠的质量为10～15mg，于是铝的一些物理和化学性质得到初步的测定。1854年法国Deville用钠代替钾还原NaCl—AlCl3络合盐，制取金属铝。钠和钾同为一价碱金属，但钠的原子量比钾小，制取1kg铝所需的钠量大约是3.0～3.4kg，而用钾大约需要5.5kg，故用钠比较经济。当时称铝为“泥土中的银子”。1855年Devil1e在巴黎世界博览会上展出了12块小铝锭，总质量约为1kg。1854年在巴黎附近建成了世界上第一座炼铝厂。1865年俄国Beкетов提议用镁还原冰晶石来生产铝。这一方案后来在德国Gmelingen铝镁工厂里采用。自从1887～1888年间电解法炼铝工厂开始投入生产之后，化学法便渐渐弃用了。在此之前的30多年内采用化学法总共生产了约200t铝。在采用化学法炼铝期间，德国Bunsen和法国Deville继英国Davy之后研究电解法。1854年Bunsen发表了试验总结报告，声称通过电解NaCl—AlCl3络合盐，得到金属铝。他在电解时采用炭阳极和炭阴极。Deville除了电解NaCl—AlCl3络合盐之外，还电解此络合盐和冰晶石的混合物，都得到了金属铝。Devi1le也许是认识到氧化铝可溶于熔融氟盐的第一个人。那时候，用蓄电池作为电源不能获得较大的电流，而且价格很贵，因此电解法不能在工业上进行生产。只有在1867年发明了发电机，并在1880年加以改进之后，才使电解法可以用于工业生产。本书前言前言全世界的铝产量现在接近2400万吨，仅次于钢，居各种有色金属之首位。我国正在积极发展铝工业，铝产量接近200万吨，是当今世界的产铝大国，未来的发展前程似锦。故撰写一本有关铝冶金基础理论与应用的书籍是必要的。本书的编写工作开始于60年代初期，当时出于教学和科研的需要。承蒙徐采栋先生推荐，1985年在上海科学技术出版社出版了《铝冶金物理化学》一书。诚因国内外的铝冶炼生产技术和科学研究在随后十多年里迅速发展，深感此书在内容上需要作大的补充和修改。故历经几度寒暑，广泛阅读当代文献，并汇集实验室研究成果，修订成此书，取名为《铝电解原理与应用》。此书蒙中国矿业大学出版社襄助出版。编写此书的一些基本想法仍然是：第一，力图把铝冶金的原理和应用密切联系起来，视工业生产实践和实验研究为知识的主要源泉。第二，由于冰晶石—氧化铝熔液是高温熔液，而且具有很大的侵蚀性，故铝电解的理论研究工作比较难于进行，若干基本理论，例如有关熔液结构和电极反应的见解，至今仍然存在着分歧。因此，本书注意收集、整理已有的文献资料，侧重于研究方法、实验装置和研究结果的阐述，以便为理论研究工作提供参考。本书前部刊出的12页彩色图片，是多年来在透明电解槽上拍摄到的，涉及铝、镁、钾、钠、铅、锌的融盐电解，观测到若干重要的现象，具有一定的科学价值，可供研究讨论。第三，本书对于炼铝新方法给予相当的重视。这是因为现在通用的炼铝方法还有不少缺点，例如电耗率甚高，每吨铝需15000kW·h。从长远来看，改革现有的生产技术，研究新的炼铝方法是非常必要的。本书分析讨论了几种炼铝新方法，可以从中选择究竟哪条途径是可行的，或者是有前途的。本人在多年的国际学术交往中，曾先后访问挪威、新西兰、丹麦、澳大利亚、美国、日本、俄罗斯等国的铝厂、大学和研究所，结识了多位著名的融盐化学专家，获益良多。其中尤其要感谢挪威奥斯陆大学的凯·格罗泰姆教授（ProfessorKaiGrjotheim）多年来对我学术思想的启迪和具体的帮助。本书的编写修订还引用了东北大学轻金属冶炼教研室的一些教师和研究生在铝冶金方面的部分研究论文资料。对于他们的热情支持和帮助，本人始终铭记于心。还有一点需要说明：由于国际现行的标准在热焓、熵、反应热、粘度以及其他有关熔液的物理化学参数方面仍继续沿用工程单位制，为尊重引出文献并确保计算分析的准确性，本书在有些章节中仍按原单位引用了若干文献及数据。考虑到我国已于1993年开始推行国际单位制（SI），故在采用工程单位制的同时，本书尽可能地给出了两种单位制的换算关系。这一点数请读者谅解。本书承蒙中共中央统战部“华夏英才基金”首批资助出版，感激之情，难以言表。沈阳北方净化技术有限公司在其创建初期也给予部分资助，实为难得，谨此致谢。由于本人学识水平有限，书中一定有不少缺点和错误，敬请读者给予批评指正。邱竹贤1997年7月12日
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