·冰晶石 |
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冰晶石又称六氟铝酸钠,是一种无色化合物,由铝 3+ 阳离子与六个氟化物 F- 阴离子结合,形成类似 AlF 6 3-的八面体组成的立方体状晶体,具有较小的钠 + 离子以平衡电荷。
也许你猜对了,冰晶石的重要性与铝有关,而二战与飞机制造有关。但如果您认为冰晶石是铝的重要来源,请再想一想。冰晶石的铝含量仅为 13%,而铝土矿中的铝含量约为 50%,而铝土矿是自 19 世纪后期开始工业生产以来铝的主要来源。除了低铝含量外,冰晶石极为稀有,可能是地球上唯一被开采灭绝的矿物。
另一方面,铝土矿相对常见,但要在工业规模上将金属从矿物中引出来却很棘手。需要向 Al 3+离子添加三个电子以使其呈中性和金属性,尽管很早就认识到这样做的方法是让电流通过离子溶液 - 我们称之为电解 -花了大约 50 年的试验才实现这一目标。
问题是你不能在水中电解铝,因为电子会与 H +离子结合,产生氢气。如果我们通过直接熔化氧化铝来规避这个问题,那么极高的熔点(2072°C)会变得非常昂贵。这就是冰晶石的用武之地。1886年,美国俄亥俄州的查尔斯·霍尔和法国诺曼底的保罗·埃鲁特都发现,熔融的冰晶石,熔化温度适中,只有1012ºC,很容易溶解氧化铝。因此,Hall-Héroult 工艺诞生了,至今仍在使用。
冰晶石这个名字源于希腊语中的冷“cryo”和石头“lithos”,这让我们想到了极地英雄亨利·拉森在这个故事中的角色。铝在 1930 年代开始成为飞机制造的主要材料,而 1940 年德国对丹麦的占领让英国及其盟国感到紧张,因为冰晶石仅在地球上的一个地方——格陵兰岛南部的伊维图 (Ivittuu) 矿中发现。在西北航道的掩护下,唯一能够在冰冷的格陵兰水域航行的加拿大政府船只,由加拿大皇家骑警亨利拉森指挥的圣罗克号,从温哥华出发调查情况,因为有害怕德国入侵。
随着美国参战,格陵兰暂时成为美国的保护国解决了冰晶石问题,伊维图矿的产量大幅增加。是否有真正的德国计划来夺取冰晶石矿,正如彼得·赫格的小说中暗示的那样,我不知道,但纳粹对格陵兰岛的唯一记录尝试是建立一个气象站,并进行了一次卑微的入侵丹麦猎犬雪橇巡逻队很快发现了 17 人的部队。
相反,德国人在挪威南部 Her?ya 的铝厂旁边建立了一家生产合成冰晶石的工厂。这个过程在当时是相当新的,但 Nordische Aluminium 从未看到全面生产,因为它是成功轰炸任务的目标。不仅工厂被毁:在 1943 年 7 月 24 日上午派出的 180 架 B17 中,只有一架丢失。然而,受损飞机乔治亚叛军的熟练导航和驾驶使第一飞行员琼斯和他的机组人员安全降落在中立地面。这是二战期间美国空军在瑞典进行的 200 多次此类紧急降落中的第一次。
Ivittuu 矿于 1987 年枯竭,如今只有合成冰晶石用于生产铝。最常见的这种人造冰晶石是通过多步工艺从氟化钙(也称为矿物萤石、碳酸钠和氢氧化铝)中获得的。
一个奇迹,如果这个矿和稀有矿物没有被发现,化学家会足够聪明地准备它并设计霍尔-埃鲁特工艺,或者在法国国宴上仍然有铝盘和餐具,就像在那个时代一样拿破仑三世的时候,铝的价值超过了黄金的重量。