霍尔和埃鲁各自创电解法制铝？

电解法制铝是如何发明的？~

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（Julia Hall）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1 291℃。
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（George Hall）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.Le Chatelier，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。

一分钟了解铝的冶炼

现代制铝法出现史前时代，人们已经使用含铝的粘土烧制陶器。铝在地壳中的分布量在所有化学元素中仅次于氧和硅，在所有金属元素中居第一位，但由于铝的氧化能力强，不易还原，因而发现得较晚，制造得也较迟。

在西方，认识铝是从17世纪开始的。德国化学家施塔尔（George Ernst Stahl,1660-1734）首先察觉到明矾（K2SO4?Al2（SO4）3?24H2O）中含有一种与普通金属迥然不同的物质。他的学生马格拉夫（Andreas Sigismund Marggraf,1709-1782）在1754年从明矾中分离出矾土，即氧化铝（Al2O3），并确定它与氧化钙不同。

1800年，意大利物理学家伏打发明电池后，英国化学家戴维和瑞典化学家贝采利乌斯都曾试图利用电解法从铝矾土中分离出铝，但都没有成功。戴维却给这个未能取得的金属起了一个名字aluminium，是从拉丁文alumen来的。这个名词在中世纪的欧洲是对具有收敛性矾的总称，是指染棉织性的媒染剂，我们从它的第二音节音译成铝。

1825年，丹麦药剂师奥斯特（Hans Christian Oersted，1777-1851）发表制得铝的过程：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，然后与钾汞齐混合加热，得氯化钾和铝汞齐，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类似锡的金属，这是不纯的铝。

1827年德国化学家维勒（Friedrich W?hler，1800-1882）重复了奥斯特的实验。他按照奥斯特的方法制得无水氯化铝后用钾将铝置换出来，再将氯化铝和金属钾放置在坩埚中，密封后加热，发生激烈的反应，待坩埚冷却后在内容物中有灰色粉末状铝。

到1854年，法国化学家德维尔（Henri êtienne Sainte Claire Deville，1818—1881）利用金属钠代替钾还原氯化铝。他先从含铁铝土矿（bauxite）中提取出氧化铝，再将氯化铝与木炭、食盐混合后与氯气反应，生成NaCl?AlCl3的复盐，用钠还原这个复盐中的AlCl3，制得成锭的铝。

由于铝的制取成本高，抽取较麻烦，所以铝在当时比铁、铜等贵重。在一段时期里，铝是珠宝店里的商品、是帝王和贵族们的珍宝。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链子。1855年，在巴黎举办的世界商品展览会上展有一小块铝放置在珠宝旁边，它的标签上写着：“来自粘土的白银”。一直到1884年，美国第一任总统华盛顿（George Washington,1732-1799）纪念碑建成，碑上竖立一个6磅（约2000克）重的装饰角锥体，是用铝制的。1889年俄罗斯化学家门捷列夫（Дмитрий Иванович Мeнделeeв，1834-1907）得到英国伦敦化学会赠送的用铝和金的合金制成的花瓶和杯子。

1881年英国人威伯斯特（James Fern Webster）取得工业生产铝的专利，在伯明翰（Birminghan）附近建厂生产，每星期产量约20吨，1883年将产品送往印度加尔各答（Calcutta）国际博览会展出，获两枚金质奖章，但他一直保守着生产秘密。

在20世纪50年代里，我国出版的一些科学杂志和报刊上纷纷刊出关于我国古代劳动人民首先制得铝的文章。事情是这样，1956年我国考古工作者在江苏省宜兴县发掘晋代将军周处（242-297）的坟墓的，发现这位将军束腰大带的饰件带有20多片镂空花纹的金属片散失在淤泥里，经过南京大学化学系、中国科学院前应用物理研究所和清华大学化学工程系等单位的科学工作者的分析，其中有一两片金属片确定是铜铝合金，含铝85%、铜10%、锰5%，于是一些科学史研究者判断，在公元297年以前，或者说在公元3世纪或3世纪前，我们的祖先已经在使用铝，于是一些人士在报纸、杂志上发表这一观点的文章。

也有一些人持不同意见，为什么在已分析的饰片中只有一两片含有铝，而其他几片皆为银？如果晋代已经生产了铝，为什么在晋代以后没有发现过？更有人提出，在3世纪我国的科学技术是不可能将铝从它的化合物中还原出来的，应当实事求是地考虑问题。最后考古学家夏鼐在《考古》杂志1972年第4期中发表《晋周处墓出土的金属带饰的重新鉴定》文章作出结论：晋墓中发现的小块铝片，有后世混入物的重大嫌疑，绝不能作为晋代已有金属铝的物证。

近代铝是在1886年由两位大学生经过实验研究，各自独立创造电解法获得成功的。

两位大学生中一位是美国俄亥俄（Ohio）州奥伯林（Oberlin）大学化学系学生霍尔（Charles Martin Hall，1863-1914），他受到老师朱伊特（Frank Fanning Jewett,1844—？）教授的鼓励，寻找电解制铝的方法。朱伊特曾在德国跟从维勒学习，对制铝抱有浓厚兴趣。

霍尔从1884年开始在朱伊特的实验室中进行实验，自制电池，用具有危险性的氢氟化合物制成氟化铝，然后电解氟化铝的水溶液，得到氢气和氢氧化铝。

1885年6月，霍尔大学毕业后，继续在家里堆放柴薪的小棚屋里进行实验，得到曾学习过化学的姐姐朱莉娅（Julia Hall）的帮助，霍尔改用熔点较低的熔融的冰晶石（AlF3?3NaF）作为溶剂，溶解氧化铝，进行电解。从1886年2月9日开始，进行了多次实验，直到2月23日在阴极出现了银白色的金属球，用盐酸检验，确定是铝。

霍尔懂得一项重大发现或发明需要有记录旁证。他在1886年取得成功后立即给他的哥哥（一位政府官员）寄去一封信，叙述他所发现的科学技术资料。这封信后来在法律上证明了他优先发现电解法制铝。

Vinay Kumar，Linda Milewskl．Charles Martin Hall and the great aluminum revolution．Journal of chemical education,1987,64（8）。

19世纪60年代出现的发电机使铝得到电解法的大规模生产。1888年霍尔得到工业巨子亨特（Captain Alfred Hunt）的资助开始投入小规模工业生产，1889年组建美国制铝公司，1889年4月2日获铝生产过程的专利。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电解铝的工厂。铝的价格从500美元／磅大幅度下降，到1884年的8美元／磅，1886年为5美元／磅，1888年为1美元／磅，1893年为0.70美元／磅，1914年为0.18美元／磅。按照霍尔创造的铝的现代工业制法已使这种金属普遍应用于家庭、工业和运输业。图25-1是现代制铝电解炉。

在电解的过程中按时加入氧化铝，并放出所产生的金属铝。所用冰晶石是将氢氟化铝和碳酸钠一同溶入氢氟酸中制得：

天然的含铁铝土矿通常含有40%~60%的Al2O3，其余是SiO2和Fe2O3等杂质，必须用化学方法除去杂质，即将铝土矿与碱共热，氧化铝即变成铝酸盐而子溶解，然后通入二氧化碳气体，氢氧化铝即沉淀析出：

另一位创造电解法制的大学生是法国圣巴比（Sainte-Barbe）学院的埃鲁（Paul Louis Toussaint Héroult，1863-1914）。他从15岁起就读到德维尔关于制铝的论说而萌发了制铝的念头，后来他得到一份遗产是一家制革厂，厂里安装有发电机。他开始电解各种铝化合物，最后得出与霍尔同样的电解制铝方法，只是比霍尔晚两个月。他只是取得了发明专利，把专利权转让给了他人，自己没有参与工业生产。

1911年，美国化学会和化学工程学会等团体授予霍尔一枚柏琴奖章（纪念英国工业化学家柏琴）。埃鲁特意远涉重洋去美国向霍尔祝贺。说来也真巧，这两位大学生同年出生，同年去世，同年成功创造电解制铝的方法。

霍尔终生未结婚，去世后留下百万美元捐赠给了他的母校，校园为霍尔建立了一座礼堂，以纪念他的母亲。今天，一座用铝铸成的年轻的霍尔全身塑像（图25-2）仍竖立在奥伯林学院的校园内，留给人们瞻仰。

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紫阳县17211336902： 铝的炼制方法 - ？
彩唯欣克： 工业上冶炼铝应用电解法,:以纯净的氧化铝为原料采用电解制铝 ,因纯净的氧化铝熔点高(约2045℃),很难熔化,所以工业上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石中,成为冰晶石和氧化铝的...

紫阳县17211336902： 工业上采用什么方法冶炼铝 - ？
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紫阳县17211336902： 铝是怎样提炼出来的 - ？
彩唯欣克： 1886年美国的霍尔和法国的赫鲁特,各自独立的发明了熔盐电解熔铝法,他们用冰晶石作溶剂,将氧化铝溶解,然后电解.冰晶石在这里起了关键作用,它解决了氧化铝熔点高(达2 050 ℃)、又不导电、无法单独电解的困难.氧化铝溶入冰晶石之后就可以在的温度(940 ℃~980 ℃)下进行电解.冰晶石还有其他妙用,它在熔融状态时比铝轻,电解得到的铝沉于槽底,冰晶石浮于其上,起着防止铝被空气氧化的作用. 熔盐电解炼铝法的发明,大大降低了炼铝的成本,使铝广泛地被用于工业和生活之中. http://v.ku6.com/showr/FZhStRaQHLrEEzBJ.html

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紫阳县17211336902： 铝的原材料 - ？
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