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    鋁熱法

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    鋁熱法(/?θ??rma?t/)是金屬粉末和金屬氧化物的煙火成分。 當被熱或化學反應點燃時,鋁熱劑會發生放熱還原氧化(氧化還原)反應。 大多數品種不具有爆炸性,但可以在小范圍內產生短暫的熱量和高溫。 它的作用形式類似于其他燃料-氧化劑混合物,例如黑火藥

    鋁熱法具有多種成分。 燃料包括鋁、鎂、鈦、鋅、硅和硼。 鋁因其高沸點和低成本而很常見。 氧化劑包括氧化鉍(III)、氧化硼(III)、氧化硅(IV)、氧化鉻(III)、氧化錳(IV)、氧化鐵(III)、氧化鐵(II、III)、銅(II) 氧化物和鉛(II,IV)氧化物。

    該反應也稱為 Goldschmidt 工藝,用于鋁熱焊,通常用于連接鐵軌。 鋁熱法也被用于金屬精煉、致殘彈藥和燃燒武器。 一些類似鋁熱劑的混合物被用作煙花中的煙火引發劑。

    化學反應

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    在下面的例子中,元素鋁還原了另一種金屬的氧化物,在這個常見的例子中是氧化鐵,因為鋁與氧形成的鍵比鐵更強更穩定:

    Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3

    產物是氧化鋁、單質鐵和大量的熱。 通常將反應物制成粉末并與粘合劑混合以保持材料固體并防止分離。

    可以使用其他金屬氧化物(例如氧化鉻)來生成元素形式的給定金屬。 例如,使用氧化銅和元素鋁的銅鋁熱反應可用于在稱為焊縫的過程中創建電接頭,該過程會產生元素銅(它可能會發生劇烈反應):

    3 CuO + 2 Al → 3 Cu + Al2O3

    具有納米尺寸顆粒的鋁熱法由多種術語描述,例如亞穩態分子復合材料、超級鋁熱劑、納米鋁熱劑和納米復合能量材料。

    歷史

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    鋁熱劑(thermit)反應于 1893 年被發現,并于 1895 年由德國化學家 Hans Goldschmidt 獲得專利。 因此,該反應有時被稱為 Goldschmidt 反應或 Goldschmidt 過程。 Goldschmidt 最初的興趣是通過避免在冶煉中使用碳來生產非常純凈的金屬,但他很快發現了鋁熱劑在焊接中的價值。

    鋁熱劑的xxx個商業應用是 1899 年在埃森焊接電車軌道。

    類型

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    紅色氧化鐵 (III)(Fe2O3,俗稱鐵銹)是鋁熱劑中最常用的氧化鐵。 磁鐵礦也有效。 偶爾會使用其他氧化物,例如錳鋁熱劑中的 MnO2、鉻鋁熱劑中的 Cr2O3、硅鋁熱劑中的石英或銅鋁熱劑中的氧化銅 (II),但僅用于特殊用途。 所有這些示例都使用鋁作為活性金屬。 含氟聚合物可用于特殊配方,含鎂或鋁的聚四氟乙烯是一個相對常見的例子。 鎂/聚四氟乙烯/氟橡膠是這種類型的另一種熱解物。

    干冰(凍結的二氧化碳)與鎂、鋁和硼等還原劑的組合遵循與傳統鋁熱劑混合物相同的化學反應,產生金屬氧化物和碳。 盡管干冰鋁熱混合物的溫度非常低,但這種系統能夠被火焰點燃。 當成分被細碎、限制在管道中并像傳統炸藥一樣xxx時,這種低溫鋁熱劑是可引爆的,反應中釋放的一部分碳以金剛石的形式出現。

    鋁熱法

    原則上,可以使用任何活性金屬代替鋁。 很少這樣做,因為鋁的特性對于這種反應來說幾乎是理想的:

    • 它是迄今為止最便宜的高活性金屬。 例如,2014 年 12 月,錫價為 19,829 美元/噸,鋅價為 2,180 美元/噸,鋁價為 1,910 美元/噸。
    • 它形成一個鈍化層,使其比許多其他活性金屬更安全。
    • 其相對較低的熔點 (660 °C) 意味著金屬很容易熔化,因此反應主要發生在液相中,因此進行得相當快。
    • 它的高沸點 (2519 °C) 使反應能夠達到非常高的溫度,因為有幾個過程傾向于將最高溫度限制在略低于沸點的水平。 如此高的沸點在過渡金屬中很常見(例如,鐵和銅分別在 2887 和 2582 °C 沸騰),但在高活性金屬中尤其不常見(參見鎂和鈉,它們在 1090 和 883 °C 沸騰) C,分別)。
    • 此外,由于反應而形成的低密度氧化鋁傾向于使其漂浮在所得的純金屬上。 這對于減少焊縫中的污染尤為重要。

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    1. 鋁熱法
    2. 化學反應
    3. 歷史
    4. 類型

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