登陆注册
10506300000013

第13章 电解法制铝的发明

史前时代,人类已经会使用含铝化合物的黏土(Al2O3?2SiO2?2H2O)制作陶器。铝在地壳中的分布量在所有化学元素中仅次于氧和硅,占第3位,在全部金属元素中占第1位。

但是由于铝化合物的氧化性弱,铝不易从其他化合物中被还原出来,因而迟迟不能分离出金属铝。

最早认识铝从17世纪开始,德国化学家施塔尔首先察觉到明矾[K2SO4?Al2(SO4)3?24H2O]里含有一种与普通金属迥然不同的物质。他的学生马格拉夫(A.S.Marggraf,1709~1782)在1754年从明矾中分离出矾土,即氧化铝,确定它和氧化钙不同。

意大利物理学家伏打创造电池后,1808~1810年间英国化学家戴维和瑞典化学家贝齐里乌斯都曾试图利用电流从矾土中分离出金属铝,但没有成功。贝齐里乌斯却给这个未能取得的金属先起了一个名字叫alumien。这是从拉丁文alumen而来的。在中世纪的欧洲,这个词是对具有收敛性的矾的总称。铝今天的拉丁名称aluminium正是从贝齐里乌斯的命名转变而来的。我们从它的第二音节音译为铝。

到1825年,丹麦化学家厄斯泰兹(H.C.Oersted,1777~1851)利用钾的化学活动性比铝强,试图将铝从它的氯化物中置换出来。他将氯气通过烧红的木炭和氧化铝的混合物,获得无水氯化铝(AlCl3),然后将氯化铝与钾汞齐(合金)混合加热,得到氯化钾(KCl)和铝汞齐。再将铝汞齐在隔绝空气的情况下蒸馏,除去汞,得到具有金属光泽的、与锡相似的金属。尽管产物中含有杂质,但是金属铝毕竟诞生了。

1827年,德国化学家韦勒(F.Whler,1800~1882)重复了厄斯泰兹的实验,制得无水氯化铝后将氯化铝和金属钾混合放在铂制的坩埚中,严密封盖后加热,发生激烈反应,获得灰色粉末状的铝。

1854年,法国化学家德维尔(H.S.C.Deville,1818~1881)利用钠代替钾还原氯化铝,制得金属铝并铸成铝锭。

在这以后的一段时期里,铝是珠宝店里的名贵商品,是帝王贵族们享用的珍宝。法国皇帝拿破仑三世在宴会上用过铝制的叉子;泰国国王用过铝制的表链。1855年在巴黎举行的世界商品展览会上,有一小块铝放在最珍贵的珠宝旁边,它的标签上注明:来自黏土的白银。直到1884年,美国第一任总统华盛顿(G.Washington,1732~1799)的纪念碑建立完成,碑的顶端竖立一个6磅重的装饰用的角锥体,就是用铝制成的。1889年,俄罗斯化学家门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝和金制成的花瓶和杯子。

1886年,两位青年化学家,美国的霍尔(C.M.Hall,1863~1914)和法国的埃鲁(P.L.T.Héroult,1863~1914)分别独立发明电解熔融的冰晶石(Na3AlF6)和铝矾土(Al2O3)的混合物而制得铝,使铝得以大规模生产,奠定了今天世界各国电解铝的工业方法。

冰晶石学名氟铝酸钠,存在自然界中,但通常用氢氧化铝[Al(OH)3]、碳酸钠(Na2CO3)和氢氟酸(HF)制取。它在电解氧化铝中起、作用。由于氧化铝很稳定,直接熔融电解需要2050℃以上的高温,但在氧化铝中加入冰晶石后,只要在950℃左右就能熔化电解。

霍尔进行的实验是在1884~1886年间。当时他是美国俄亥俄(Ohio)州奥柏林城(Oberlin)奥伯林学院化学系的学生。

霍尔的成功得到他的老师、化学和矿物学教授朱伊特(F.F.Jewett)和他的姐姐朱莉亚?霍尔(JuliaHall)的鼓励和帮助。朱伊特曾赴德国跟从韦勒学习化学,韦勒在讲课时提到制取铝的试验,鼓励学生们寻找一种廉价的还原铝的方法,并指导霍尔进行化学试验。朱莉亚?霍尔先她的弟弟毕业于奥柏林学院化学系,协助霍尔在他们的家中建立起简陋的实验室,帮助霍尔进行化学实验,还保存了霍尔的实验笔记。显然,霍尔坚持不懈地进行试验和不屈不挠的精神是他取得成功的关键。

霍尔最初也曾重复试验了前人制取铝的方法,失败后才考虑到利用电使铝从它的化合物中被还原出来。他没有选用氧化铝,他知道它很难熔融。

在电解实验中,首先需要电池。19世纪80年代,在美国奥柏林这样的小城市中也不得不自己动手组装电池。他首先电解氟化铝(AlF3)的水溶液,得到的是氢气和氢氧化铝,没有任何铝的踪迹。他选择氟化铝,不用前人所用的氯化铝,是一种创新。制取氟化铝要比制取氯化铝困难,要用氢氟酸,这是一种剧毒并具有强烈腐蚀性的酸,能腐蚀玻璃,不能像盐酸、硫酸那样盛在玻璃瓶里,而要盛在用铅制成的容器里。他制取氟化铝获得成功,闯过了实验中的一道难关,也给了他继续进行实验的勇气。

霍尔在电解氟化铝的水溶液失败后,遂考虑电解熔融的氟化铝。他考虑到这样必须具备高温,普通的煤炭炉不能满足这种要求,于是不得不组装一个燃烧汽油的炉子。但是即使如此,他也未能维持氟化铝在熔融状态,原来氟化铝的凝固点在1291℃。

要解决维持电解物质熔融状态的难题,这就迫使他找到冰晶石助熔,于是又动手制取它。1886年2月9日,他进行了电解氧化铝和冰晶石的混合熔融体的第一次实验,第二天又进行了一次实验,没有见到效果。6天后,2月16日他再次实验,他的姐姐也在场。他用石墨棒作为电极,浸入盛有熔融氧化铝和冰晶石混合物的黏土坩埚中,接通电流后,在阴极出现灰色的沉积物,而不是闪光的金属铝。霍尔认为这种灰色沉积物是来自黏土硅酸盐中的硅。于是霍尔改用了石墨坩埚,在1886年2月23日再次实验。当电流接通数小时后,在阴极出现银色的小珠球,用盐酸检验后确认是铝。他立即将产品送给他的老师朱伊特,证实是铝,霍尔获得了成功。

霍尔在取得成功后立即给他的哥哥、一位官员乔治?霍尔(GeorgeHall)寄去一封信,报告他的发现。2月24日又寄去第二封信,详细叙述了他所发现的有关的技术资料。这些信件后来成为他优先发现电解铝在法律上获得承认的证明。

霍尔设法把他的发现投入工业生产中,一开始又遇到困难。直到1888年夏天,得到匹兹堡(Pittsburgh)还原公司创建人、工程师亨特(A.Hunt)的一笔资金,又得到工程师戴维斯(A.V.Davis)在生产技术上的帮助,更得到一座蒸汽机驱动的发电机,终于在1888年11月最后一个星期四开始了小规模的工业生产。1889年4月2日匹兹堡还原公司更名为美国制铝公司。到1907年,美国制铝公司已拥有几座生产氧化铝的矿场和三座铝厂。铝产品不断增加,铝的价格也随之不断下降。

霍尔在1885年大学毕业。1890年成为美国矿业、冶金和石油工程学会会员。1911年美国化学会和化学工程学会等团体联合授予他奖章,表彰他在应用化学方面作出有价值的贡献。不幸他在1914年12月27日因白血病逝世,享年51岁。他终身未结婚,留下500万美元捐赠给他的母校奥柏林学院,用这笔捐款在校园内建立一座礼堂,纪念他的母亲。现在,用铝铸成的年青的霍尔全身塑像仍竖立在奥柏林学院的校园内,留给后人景仰。

在霍尔获得成功的同时,埃鲁也获得同样的成功。当时埃鲁是法国巴黎矿业学院的学生,也从事制铝的研究,同样得到他的老师、法国化学家勒沙特列(H.L.LeChatelier,1850~1936)的鼓励和指导。埃鲁在1886年4月23日取得法国批准的关于制铝的专利,于是引起霍尔与埃鲁关于铝的发明专利的冲突。美国法院在1893年判决霍尔优先,因为他是在1886年2月23日发现的,比埃鲁早两个月。埃鲁旅行到美国时,适逢霍尔接受美国化学会等团体授予的奖章,应邀参加了典礼,两人相遇,互相祝贺。这是一次很值得的祝贺,正是他们两人,把这个来自黏土的“白银”从帝王贵族们的手中传到世界各地千万人的手中。

在第一次世界大战期间,出现铝和铜、锰、镁的合金,应用在各种工业生产中,到1930年,飞机制造中应用了铝合金。至今各种铝壶、铝锅等铝制品已广泛地进入千家万户。据国外的统计资料表明,1995年美国人均消费铝达19.2千克,中国人均消费1.5千克,印度人均消费0.6千克。

同类推荐
  • 动物世界的全报告

    动物世界的全报告

    因为动物的存在变得更加的博爱。让我们走进动物的世界,共同去聆听属于它们的声音。动物是我们最好的朋友。它们与人类一同分享着这个美丽的家园,在这颗蔚蓝的星球上生息、繁衍,并用自己独特的方式,演绎着美丽而神奇的生命旋律。
  • 五彩纷呈的昆虫世界

    五彩纷呈的昆虫世界

    本书主要介绍了关于昆虫的一些基本知识及其不同的特征特性、奇异世能、趣闻逸事以及人类对昆虫动物的研究认识等知识。主要分为昆虫万花筒、蚂蚁王国大观、蜜蜂王国内幕、害虫杂谈等部分。
  • 失踪未解之谜(世界未解之谜精编)

    失踪未解之谜(世界未解之谜精编)

    本书是《世界未解之谜精编》系列之一,该系列精心收集了众多千奇百怪、扑朔迷离的世界未解之谜,内容涉及宇宙、生物、地理、飞碟、人体、恐龙、宝藏、百慕大、历史、金字塔、文化等多个领域,书中令人耳目一新和不可思议的未解之谜,给予了人类新的思索。人类究竟创造了多少奇迹,又留下了多少谜团,有待我们进一步探索和研究……我们深信,通过不断的努力,未知一定会变为已知。让无数探寻声化做利刃,刺破一桩桩人类千年未解之谜。
  • 物理的妙趣

    物理的妙趣

    在我们身边,有着许多有趣的物理现象,等待我们去发现、研究……本书通过对这些现象的描述,揭示其背后的科学原理,带领我们进入一个神奇的物理世界……
  • 驭海史话

    驭海史话

    本书讲述了人类行为对海洋中数以万计的居民的生活环境造成的冲击与影响。书中研究了人类与海洋过去和现在的联系,主要阐述了人类对海洋生命及栖息地造成的负面影响。其中包括大气和海洋的污染以及商业性的捕鱼等,导致濒临灭绝的海洋生物种类不断增加,使得巨大的海洋资源被人为的破坏。书中呼吁人类与海洋应该健康和谐地共处,保护这个看似强大实则脆弱的海洋生态。
热门推荐
  • 重生作家

    重生作家

    新书《魔修狂徒》时隔一年之后发布,请大家多多支持。
  • 偷妖

    偷妖

    这是一个关于‘偷’的故事,且看一株小小的‘木槿’,如何偷成一个通天大妖!新人写书真的不易,如果喜欢本书的话,请务必收个藏推个荐什么的,小作感激不尽了。
  • 妈呀有鬼

    妈呀有鬼

    一顿饱饭后,宋冉歌死了。怎么死的?撑死的!!身为一只有节操的鬼,宋冉歌坚守着三大原则:一、坚决不惊吓小盆友!(反正也没小盆友能看到自己)二、坚决不偷不抢!(反正鬼不能吃喝)三、坚决不偷看别人洗澡!可尼玛,为什么自己洗澡被偷看了!还鬼清白啊你!
  • 一个带有美杜莎纹的女人

    一个带有美杜莎纹的女人

    她,林雨然,在第一次听秦叔叔讲述美杜莎神话时的那个夜晚,就立刻被吸引住了。那时她在念初二,特别是当听到他描述到被智慧女神雅典娜施了咒法后满头蛇发的美杜莎只能带着残缺的美丽孤独的度过余生,因为没有一个男子愿意冒着变成石头的风险去注视她那双美丽绝伦而又泄露着脆弱而孤独的眼睛。“为什么雅典娜不夺去她美丽的双眼,这样美杜莎会好受些!”她愤怒地抢问道。秦甲温和的问及:“为什么这样问呢?眼睛是和生命对一个人是同等重要的呢。”“因为看到了就会有感觉,有思想,这就是她为什么会感到孤独,而孤独是最折磨人的感觉,宁愿失去生命也不愿意经历孤独!”他,秦甲,略有震动的注视着她。。。
  • 梦幻西游之纵横天下

    梦幻西游之纵横天下

    一场奇妙的穿越,却面临着星辰以灭世之势的袭来,究竟该何去何从,什么是三星灭魔,什么是绝世屠龙,,看我如何纵横天下……
  • 莫少毒吻:高能警卫诱捕小萌妻

    莫少毒吻:高能警卫诱捕小萌妻

    她本是H国公主,却因一场意外成了安家千金,面对安家父母的阴险、初恋的背叛和妹妹的炫耀,这时找了她十六年的莫大少出现了,她成为了莫家长媳,结婚后面对各种情敌挑衅,还是经不住情敌的挑拨结婚半年后,她签了字潇洒的扔下离婚协议书并且潇洒的丢下一句话:祝我幸福吧下次见有可能我就是有夫之妇了。“莫大少请跟我保持距离我是有夫之妇”“当然知道,老公接老婆回家天经地义”“我们已经离婚了”“你不知道吗?离婚协议书我没签字,所以你在美国的结婚证作废”。各位读者对不起,本书的第一章是作废的,各位读者可以直接跳过第一章,那章不做数,希望原谅
  • 网游之大神出没

    网游之大神出没

    Darling——————————妹的!一旁的某女嘟囔一句,敢瞧不起本大神?让你好看!整个《逆天神圣》里我还没有怕过谁呢!不过那个云烟如水倒是个可怕的对手呢。手起杖落,某女已经出现在复活点。“妹纸,跟我斗你还嫩了点。”一个喽啰还想推翻她麽?云烟如水,你就是大神!“啊哈哈哈……”我是神仙我怕谁?交流群:186527800敲门砖:书中任意人物名字。
  • 独步倾城:冷魅杀手惑天下

    独步倾城:冷魅杀手惑天下

    因为亲眼看见的一场谋杀,她踏上了做杀手的血腥之路。却在一次交易中被自己所谓的“亲人”杀死。再次醒来,穿越成毒发而死的杀手。既然穿都穿了,带着对现代的冰冷的心,她一定会在这片大陆上闯出属于自己的一片天!
  • tfboys之三姐妹的爱情故事

    tfboys之三姐妹的爱情故事

    这是三个作者写的,本书的内容是;三个女主和三个男主浪漫青春,青春校园中的爱情故事。(本小说的三位女主角分别是;苏筱璃夏梦瑶安墨雪。男主角当然就是:王源王俊凯易烊千玺)(反派女生人物是:顾乐清颜可儿李娜娜,男生反派人物是:顾萧白林梓杰颜皓辰)
  • 误惹邪王.绝世逆天狂妃

    误惹邪王.绝世逆天狂妃

    她堂堂21世纪称霸亚洲的黑道女总裁,居然穿越到一个废材草包的身上,虽然容貌还是一样,但是有一双紫色妖瞳晚上的事物如白天一样清晰,好像这也挺好玩的,所以堂堂黑道女总裁开始逆袭,逆袭也是个逆天天才,又误惹上了一个王爷偏偏王爷对她和别人不一样,而且这位爷的性格和传说的不一样嘛,还经常帮助她,到底是什么意思呢?