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氧化鋁與剛玉,紅藍(lán)寶石之間的關(guān)聯(lián)

更新時間:2009-11-19點擊次數(shù):3965

氧化鋁與剛玉,紅藍(lán)寶石之間的關(guān)聯(lián)

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    氧化鋁
    純凈的氧化鋁是白色無定形粉末,俗稱礬土,密度3.9-4.0g/cm3,熔點2050℃、沸點2980℃,不溶于水,氧化鋁主要有α型和γ型兩種變體,工業(yè)上可從鋁土礦中提?。?
    鋁土礦(Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O)是鋁在自然界存在的主要礦物,將其粉碎后用高溫氫氧化鈉溶液浸漬,獲得鋁酸鈉溶液;過濾去掉殘渣,將濾液降溫并加入氫氧化鋁晶體,經(jīng)長時間攪拌,鋁酸鈉溶液會分解析出氫氧化鋁沉淀;將沉淀分離出來洗凈,再在950-1200℃的溫度下煅燒,就得到α型氧化鋁粉末,母液可循環(huán)利用.此法由奧地利科學(xué)家拜耳(K.J.Bayer)在1888年發(fā)明,時至今日仍是工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁的主要方法,人稱“拜耳法”.
    在α型氧化鋁的晶格中,氧離子為六方緊密堆積,Al3+對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心,晶格能很大,故熔點、沸點很高.α型氧化鋁不溶于水和酸,工業(yè)上也稱鋁氧,是制金屬鋁的基本原料;也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器;還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等;高純的α型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍(lán)寶石的原料;還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基.
    γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得,工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠.其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積,Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中.γ型氧化鋁不溶于水,能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液,將它加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁.γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì),每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米,活性高吸附能力強(qiáng).工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒,耐壓性好.在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體;在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑,還用于色層分析;在實驗室是中性強(qiáng)干燥劑,其干燥能力不亞于五氧化二磷,使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復(fù)使用.
    目前世界上用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁要占到總產(chǎn)量的90%以上,氧化鋁大部分用于制金屬鋁,用作其它用途的不到10%. 
    剛玉
    自然界天然存在的α型氧化鋁晶體叫做剛玉,常因含有不同的雜質(zhì)而呈現(xiàn)不同的顏色.剛玉一般呈帶藍(lán)或帶黃的灰色,有玻璃或金剛光澤,密度在3.9-4.1g/cm3,硬度8.8,僅次于金剛石和碳化硅,能耐高溫.含有鐵的氧化物的剛玉砂叫金剛砂,呈暗灰色、暗黑色,常作研磨材料,用于制各種研磨紙、砂輪、研磨石,也用于加工光學(xué)儀器和某些金屬制品.
    因天然剛玉產(chǎn)量供不應(yīng)求,工業(yè)上常將純α型氧化鋁粉末在高溫電爐中燒結(jié)制成人造剛玉,也稱電熔剛玉.它能耐1800℃以上的高溫,是制造特殊耐火材料的原料,有高溫下機(jī)械強(qiáng)度大,抗熱震性好,抗侵蝕性強(qiáng),熱膨脹系數(shù)小等特點,用于制火箭發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)襯、噴咀,雷達(dá)天線保護(hù)罩,原子能反應(yīng)堆材料,高頻絕緣陶瓷,冶煉純金屬和合金的坩堝,高溫發(fā)熱原件,熱電偶保護(hù)管,各種高溫爐的爐襯等.人造剛玉還用于制精密儀表軸承和金屬絲的拉絲模具.我國自1958年起就能產(chǎn)生人造剛玉了.
紅寶石和藍(lán)寶石
    混有少量不同氧化物雜質(zhì)的剛玉就是大名鼎鼎的紅寶石和藍(lán)寶石,是制作名貴首飾的材料,其微??芍凭軆x表和手表的軸承.
    紅寶石是天然產(chǎn)的透明紅色剛玉,顏色從淡玫瑰紅至深胭脂紅,有的還略帶紫色色調(diào),有的有星光,以呈鴿子血紅色有商業(yè)價值.紅色是晶體中含少量氧化鉻之故.紅寶石是寶石中的珍品,七月生辰石.紅寶石英語為Ruby,源出拉丁語ruber意為紅色,硬度為9,密度常為4g/cm3,有金剛光澤.天然紅寶石重量達(dá)1克拉的不多,超過5克拉已屬罕見,世界上每年開采的紅寶石其中品質(zhì)*者僅占千分之一.世界天然紅寶石迄今發(fā)現(xiàn)zui大的重3450克拉產(chǎn)自緬甸,世界的巨大星光紅寶石重138.7克拉,的鴿血紅寶石重55克拉.世界紅寶石zui有名的產(chǎn)地是緬甸曼德拉的東北部,還有泰國、斯里蘭卡、柬埔寨.1973年在非洲肯尼亞的恩干加,1978年在澳大利亞中部阿利斯波利,70年代末在巴基斯擔(dān)的罕薩先后發(fā)現(xiàn)大型紅寶石礦藏,以上發(fā)現(xiàn)被譽(yù)為70年代世界紅寶石礦三大發(fā)現(xiàn).我國紅寶石主要產(chǎn)地為云南、青海,數(shù)量不多質(zhì)量也不大理想.
    藍(lán)寶石因其在自然界存在比紅寶石數(shù)量要多,故早在公元前800年就被人類當(dāng)作寶石.它也是天然的α型氧化鋁晶體.因含有少量鐵和鈦雜質(zhì),顏色從很淡的藍(lán)色至深靛藍(lán),尤以中等程度的藍(lán)色zui為珍貴.天然剛玉晶體中若含少量鐵、鈷呈綠色,含釩呈翠綠,含鎳、鎂呈黃色,含錳、鐵呈褐色,這些有色剛玉一般也歸入藍(lán)寶石.藍(lán)寶石的硬度、密度、類似紅寶石,也有金剛光澤,少數(shù)有星光效果,它是九月生辰石.我國藍(lán)寶石主要產(chǎn)地為山東省昌樂縣和海南省文昌縣,此外江蘇、福建也有出產(chǎn),雖然數(shù)量比紅寶石要大,但質(zhì)量也不甚理想.世界藍(lán)寶石主要產(chǎn)自澳大利亞和斯里蘭卡,兩國約集中了世界藍(lán)寶石資源的80%,其中澳大利亞就占60%,此外印度、緬甸、泰國、柬埔寨、馬達(dá)加斯加、俄國、南非、美國也有出產(chǎn).美國某博物館藏有一顆重563克拉的印度星光藍(lán)寶石,色澤稍暗淡,星光幾乎無瑕疵.1984年在澳大利亞發(fā)現(xiàn)昆土蘭星光藍(lán)寶石,為歷來發(fā)現(xiàn)的zui大星光剛玉,原石重1156克拉,琢磨后重733克拉,呈橢圓形如雞蛋,后為美國洛杉磯一家私人寶石公司所收藏.1996年下半年一批泰國寶石學(xué)家在非洲馬達(dá)加斯加發(fā)現(xiàn)了迄今世界上zui大的一串綠寶石.他們化了一周時間挖掘一塊巨大的云母,在云母下面發(fā)現(xiàn)了一串綠寶石,共有127塊,重達(dá)數(shù)十千克,價值5千萬美元.泰國的曼谷是日前世界上zui大的紅、藍(lán)寶石加工中心,寶石的改色、雕琢工藝技術(shù)水平居世界*,寶石加工業(yè)是該國的支柱產(chǎn)業(yè). 
    人造紅寶石、藍(lán)寶石
    1877年法國化學(xué)家弗雷米將純氧化鋁粉末、碳酸鉀、氟化鋇和少量重鉻酸鉀作原料,在坩堝中經(jīng)高溫熔融8天,獲得小顆粒紅寶石晶體,這是人造紅寶石的開端.
    1885年在瑞士日內(nèi)瓦出現(xiàn)一些品質(zhì)優(yōu)良的人造紅寶石,據(jù)說是有天然紅寶石碎片,加上增強(qiáng)紅色的重鉻酸鉀等經(jīng)高溫熔融制成,和天然品性質(zhì)相同.然而真正實現(xiàn)人工制造寶石并能投入規(guī)?;a(chǎn)的要歸功于法國化學(xué)家維爾納葉.
    維爾納葉在1891年發(fā)明火焰熔融法,并用該法試制人造寶石,成功后又用純凈的氧化鋁試驗.在高溫馬弗爐中用倒置的氫氧吹管進(jìn)行試驗,含有少量氧化鉻的純凈氧化鋁細(xì)末慢慢落入火焰中熔化,滴在基座上冷凝結(jié)晶.經(jīng)過十年的努力,1904年維爾納葉正式制造出了人造紅寶石,以后火焰熔融法逐漸完善,生產(chǎn)出的紅寶石和天然品幾乎無差別.該法一直沿用到現(xiàn)代,至今仍是世界生產(chǎn)人造寶石的主要方法,人稱“維爾納葉法”?,F(xiàn)在只要數(shù)小時就能制造出100克拉以上的紅寶石原石,外觀呈倒梨形或胡蘿卜形的人造剛玉晶體,質(zhì)地純凈,顏色透明度甚至超過天然品,經(jīng)濟(jì)效益巨大.現(xiàn)代維爾納葉法不僅能生產(chǎn)從淺粉紅色至深紅色的紅寶石,還能生產(chǎn)各種顏色的藍(lán)寶石,甚至還能生產(chǎn)帶有星光的紅寶石和藍(lán)寶石,真是巧奪天工. 
    

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