鋁熱反應(yīng)法簡稱鋁熱法,是一種利用鋁的還原性獲得高熔點金屬單質(zhì)的方法。鋁熱反應(yīng)是鋁與某些金屬氧化物(如三氧化二鐵、三氧化二鉻、二氧化錳等)在高熱條件下發(fā)生的反應(yīng),常用于冶煉高熔點的金屬,并且它是一個放熱反應(yīng)其中鎂條為引燃劑,氯酸鉀為助燃劑。
鋁熱劑是把鋁粉和氧化鐵粉末按一定比例配成的混合物,當(dāng)用引燃劑點燃,反應(yīng)猛烈進行,得到氧化鋁和單質(zhì)鐵并放出大量的熱,溫度可到3000℃,能使生成的鐵熔化。這個反應(yīng)叫做鋁熱反應(yīng),反應(yīng)生成Al2O3和Fe。
鋁熱反應(yīng)原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上,例如焊接鋼軌等。也有國家將鋁熱反應(yīng)應(yīng)用于軍事上,用于制作鋁熱彈。
用某些金屬氧化物(如V2O5、Cr2O3、MnO2等)代替氧化鐵,也可以做鋁熱劑。當(dāng)鋁粉跟這些金屬氧化物反應(yīng)時,產(chǎn)生足夠的熱量,使被還原的金屬在較高溫度下呈熔融狀態(tài),跟形成的熔渣分離開來,從而獲得較純的金屬。在工業(yè)上常用這種方法冶煉難熔的金屬,如釩、鉻、錳等。
鋁熱反應(yīng)的原理,是鋁單質(zhì)在高溫的條件下進行的一種氧化還原反應(yīng),體現(xiàn)出了鋁的強還原性。由于氧化鋁的生成焓(-1645kJ/mol)極低,故反應(yīng)會放出巨大的熱,甚至可以使生成的金屬以熔融態(tài)出現(xiàn)。另一方面,反應(yīng)放出大量熱使鋁熔化,反應(yīng)在液相中進行使反應(yīng)速率極快,短時間放出極大量的熱。鋁熱反應(yīng)的劇烈程度,由金屬離子氧化性所決定。據(jù)估計,500克鋁熱劑(成分是氧化鐵和鋁)會在30秒內(nèi)燃燒殆盡。
表達式:2yAl+3MxOy=高溫=yAl?O?+3xM(M為金屬元素)
實驗反應(yīng)化學(xué)方程式:
氧化鐵:2Al+Fe2O3==高溫==2Fe+Al?O?
四氧化三鐵:8Al+3Fe3O4==高溫==9Fe+4Al?O?
二氧化錳:4Al+3MnO2==高溫==3Mn+2Al?O?
五氧化二釩:10Al+3V2O5==高溫==6V+5Al?O?
氧化鉻:2Al+Cr2O3==高溫==2Cr+Al?O?
(鋁熱反應(yīng)配平技巧:取反應(yīng)物和生成物中氧化物中兩邊氧的最小公倍數(shù),即可快速配平,如鋁熱法中,可取Fe?O?和Al?O?中氧的最小公倍數(shù)12,則Fe?O?前應(yīng)為3,Al?O?前應(yīng)為4,底下便可得到Al為8,F(xiàn)e為9)
鋁熱焊接也稱熱劑焊,是利用鋁熱反應(yīng)所產(chǎn)生的過熱熔融金屬來加熱金屬而實現(xiàn)結(jié)合的方法。,此工藝多用于陰極保護中管道與管道之間的連接;鋁熱焊接工藝通常是鋁熱焊劑和鋁熱焊模兩者的組成品。鋁熱焊接創(chuàng)始于19世紀(jì)末,當(dāng)時H.戈德施密特發(fā)現(xiàn)鋁粉與金屬氧化物可由外部熱源使之開始放熱反應(yīng),且一旦反應(yīng)便可自行持續(xù),這一反應(yīng)的通式為:
金屬氧化物 + 鋁(粉)→ 氧化鋁 + 金屬 + 熱能
放熱熔焊主要可焊接純銅、黃銅、青銅、紫銅、銅包鋼、純鐵、不銹鋼、鍛鐵、鍍鋅鋼鐵、鑄鐵等。鋁熱焊接相對其它焊接來的簡單、方便、實用性強。鋁熱焊接是使得兩道導(dǎo)體焊接起來;用法簡單、方便;反應(yīng)如化學(xué)反應(yīng)一般。
鋁熱焊接工藝不同于電焊接來的繁瑣、麻煩和牢固性;此焊接工藝需要一個鋁熱焊模具和一包鋁熱焊劑,鋁熱焊模具可以用到100次以上,而鋁熱焊劑是一個焊接點對應(yīng)一包鋁熱焊劑;用鋁熱焊接工藝的焊接點來的牢固、耐腐蝕、導(dǎo)電率好等優(yōu)點。
軍事上可以制作鋁熱彈等強殺傷性的武器。將鋁粉和三氧化二鐵粉末按一定比例混合,點燃后劇烈燃燒溫度可達3000度。當(dāng)代鋁熱劑炸彈并非只是簡單地鋁粉與三氧化二鐵粉簡單混合后的產(chǎn)物,而是鋁粉與其他氧化物混合后的產(chǎn)物。鋁熱彈的使用與前面兩種燃燒彈不同,鋁熱彈的攻擊目標(biāo)多為大型設(shè)備。例如反裝甲、摧毀敵方設(shè)備等。
步兵裝備的鋁熱劑手雷常備用來作為反裝甲武器是使用,一般的反坦克武器在面對厚重裝甲的時候很難被擊穿。而鋁熱彈完全無視裝甲厚度,只要反應(yīng)劑還在就能一直燒下去。另外鋁熱劑在戰(zhàn)斗中還被作用來作為破壞敵方裝備的武器使用。比如說奇襲敵方炮兵陣地,敵人正準(zhǔn)備反撲奪回火炮,那這時候可以用鋁熱手雷塞進炮膛里將火炮炮膛燒成鐵渣。