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【元素家族——连载82】土里土气的铝矿石们

来源: 行业新闻 时间: 2023-10-03 20:47:06

  上一节的宝石虽然过瘾,但毕竟是含铝矿物中的高富帅,铝在地壳中的矿物形式已经发现的就有270多种,还有众多丝铝矿石等着我们去检阅呢,让我们一个一个看吧。

  铝土矿,最常见的铝矿石,成分是氢氧化铝的水合物,有时会混杂一些氧化铁,因而显红色。硅元素和铝元素哥俩好,经常在一起厮混,形成硅酸铝类的各种矿物。而在一些富含水的地区,经过了漫长的地质时代,水滴石穿,穿掉的是硅和钙,留下的是铝元素,这就是铝土矿的由来。

  正因如此,含有很少硅元素的铝土矿是用来生产金属铝的理想原材料,这是最重要的铝资源。铝土矿储量最大的三个国家是巴西、澳大利亚和非洲的几内亚,中国的现代化建设需要跟这些国家的良好关系。

  长石,地壳中最常见的矿物,在地下15公里深度的范围内,长石所占的地壳总重量竟达到60%。

  它是一类矿物的总称,成分中包含硅酸铝钾、硅酸铝钠和硅酸铝钙三种组份,根据钾、钠、钙这三种元素的成分,可以把长石分为:钾长石、钠长石和钙长石。还有更多的元素也会混杂其中,因而长石还会体现出不同的颜色,比如黄、褐、浅红、深灰等。

  每年有数千万吨的长石被开采出来,主要用来生产玻璃和陶瓷,长石的产量前三名:意大利,土耳其,中国。

  高岭土,因江西省景德镇高岭村而得名,也叫白云土。它的外观洁白细腻,呈松软土状,由高岭石、地开石、珍珠石、埃洛石等高岭石簇矿物组成,其中最主要的矿物成分是高岭石。

  高岭土和“瓷都”景德镇放在一起,可能很多人已经想到了,陶瓷的主要原材料就是:高岭土、瓷石、长石和石英。高岭土在陶瓷中引入了Al2O3,能大大的提升其化学稳定性和烧结强度。

  纯度高的高岭土是洁白的,因此还被用于塑料、涂料、化妆品、纸张中的填充料,加强它们的白度。

  高岭土还有一个大家熟知的别称:观音土。传说王屋山下的居民们得了一种怪病,观音下凡化为老太太,采来山土,加入面团中烹制,解救苍生。因此大家都将这种土称为“观音土”,现在我们大家都知道观音土就是高岭土。这东西被观音拿来烹调,可能添加量较少,也可能恰逢王屋山上的高岭土富含钾元素,居民们吃了起到了香蕉的效果,因而精神从萎靡转为亢奋。我们懂了化学,就知道观音土是不可能直接被吃的,它就是硅酸铝,不消化。

  我们的民族在历史上多灾多难,在20世纪70年代之前,饥荒的阴影一直笼罩着中华大地。灾荒期间,一些穷苦灾民们被迫靠吃观音土活命。现在我们大家都知道观音土里没有一点人体所需的营养成分,虽然少量吃不致命,但也不能解决人体所需养分的问题。最难受的是吃了以后腹胀,难以排便。饥荒年代因吃观音土腹胀如鼓,无法排便,活活憋死之人不计其数。

  膨润土,也叫也叫斑脱岩,皂土或膨土岩,它的主要矿物成分是一种叫做蒙脱石的东西,这种蒙脱石也是一种硅酸铝,只不过结构比较特殊,由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成2:1型晶体结构。这种晶胞形成层状结构,其中还会混入一些钠、钾、铜、镁等离子,这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定,易被其它阳离子交换,具备比较好的离子交换性,因此被用在所有工业的吸附过滤,很多工厂和实验室里用的“白土”就是这玩意。

  因为它应用到的工业特别多,被加工成的产品品种类型也很多,所以也被称为“万能土”。

  云母,化学成分也是铝硅酸盐,人类最早使用的矿物之一,可以追溯到几万年前的旧石器时代。这些疯狂原始人们用它来做壁画,也有用它来制造陶器,到后来更有用来作为建筑材料的,比如古阿兹特克人的太阳金字塔中,就使用了大量的云母。

  到了工业时代,人们发现云母特别容易形成层状结构,它的电、热绝缘性能特别好,因此它经常被加工成云母片,用于电气工业中做绝缘材料。

  明矾,成分是硫酸铝钾的十二结晶水合物,外观呈无色透明的结晶,也称白矾、钾矾、钾铝矾。它的英文名叫alum,铝元素词源的来历。

  明矾有抗菌效果,因此能用做中药,还被用来做收殓剂。它最为人熟知的是它的净水效果,古人没有自来水厂和管道,取来的江水、湖水、井水往往会因含有一些杂质而显得浑浊,加入一些明矾,搅拌少许之后,水就澄清了。

  原来,混入泥沙的水之所以长时间浑浊,是因为泥沙粒子带负电,这些带负电的粒子互相排斥,就一直在水里跳舞不沉降下来,这也是大多数分散剂的机理。明矾溶于水后,电离出铝离子,铝离子水解生成了氢氧化铝,氢氧化铝容易形成带正电的胶体粒子,跟泥沙电荷中和之后,失去电荷的粒子再也没有分散在水里的动力,只好沉降下来。

  除了红蓝宝石以外,铝元素还存在于一些不太有名的宝石中。比如尖晶石,因其经常表现为带尖角的结晶体而得名。它的主要化学成分是氧化镁铝,会混入一些铁、锌、锰、铬,因而显蓝色或红色,你可以把它视为混入镁元素的红蓝宝石。

  石榴石,其通式为A3B2(SiO4)3,其中A代表二价元素(钙、镁、铁、锰等),B为三价元素(铝、铁、铬以及钛、钒、锆等)。根据A、B的不同,可以分成六个系列:镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石、钙铬榴石、钙铝榴石、钙铁榴石,名字里带“铝”的都是含有铝元素的。

  【美国自然历史博物馆里的钙石榴石,右边的绿色石榴石产自坦桑尼亚,也叫沙弗莱石。】

  文末,推荐一下我的公众号:理性边界。《元素家族》系列文章已经写到铂系元素,历经200多篇,在公众号里全系列连载。但知乎上均为审阅版本,公众号里为原始版本,希望我们大家多多指点。

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