铝热反应

铝热反应（英语：Aluminothermic reaction）是使用铝作为还原剂在高温下进行的放热化学反应。这一过程在工业上用于生产铁的合金。^[1]氧化铁与铝最主要放热反应制铁方式如下：

Fe₂O₃ + 2 Al → 2 Fe + Al₂O₃

使用氧化三价铁进行的铝热反应，向外飞起的火花是拖拽烟尘的融溶的铁珠。

这一特定反应本身与最重要的铝热反应的应用方式——铁合金的铸造并无关联。对于铁的生产，则使用更便宜的焦炭进行碳热反应。

历史

铝热反应起源于俄罗斯科学家尼古拉·别基托夫（英语：Nikolay Beketov）在乌克兰哈尔科夫大学的实验，他证明了铝在高温下可以从氧化物中还原金属。该反应首先被用于非碳还原金属氧化物。该反应产生大量的热，但从原子之间的边界必须首先被破坏开始活化能就很高。氧在炉中的坩埚里与铝一起加热。该反应使得制造小块金属成为可能。汉斯·高德斯密特（英语：Hans Goldschmidt）于1893年至1898年间通过一个起始反应点燃金属氧化物和铝粉混合物而非从外部加热的方式改善了铝热反应的过程，这个过程在1898年申请了专利，并在后来被广泛用于铁路轨道焊接。

应用

铝热反应用于多种铁合金（英语：ferroalloys）的制造，例如从五氧化二铌制取铌铁合金（英语：ferroniobium），以及从铁、氧化钒和铝制取钒铁合金（英语：ferrovanadium）。^[1][2]这一进程是从用铝还原氧化物开始的：

3 V₂O₅ + 10 Al → 5 Al₂O₃ + 6 V

其他金属也可以通过相同方式从其氧化物中取得。^[3][4][5]

用铝热法焊接的铁轨

铝热反应被用于就地焊接铁路轨道，有助于针对无法对持续性焊接的铁轨进行的复杂的安装或就地修复。另一个常见的用途是在地表以下直接埋入电缆时焊接铜丝。这依然是电机电子工程师学会所认可的适用于作为持续性未切断电缆的电机连接的唯一类型（IEEE标准80–2001）。

参见

• 放热反应
• 碳热反应
• 矽热反应（英语：Silicothermic reaction）

参考资料

1. Rudolf Fichte, Ferroalloys, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Weinheim: Wiley-VCH, 2005, doi:10.1002/14356007.a10_305
2. Claude Dufresne and Ghislain Goyette. The Production of Ferroniobium at the Niobec Mine MINE 1981-2001 (PDF). [2008-09-02]. （原始内容 (PDF)存档于2008-12-17）.
3. Davis, Joseph R. Aluminum and Aluminum Alloys. ASM International. 1993. ISBN 978-0-87170-496-2.
4. Gupta, Chiranjib Kumar. Chemical Metallurgy: Principles and Practice. Wiley-VCH. 2006. ISBN 978-3-527-60525-5.
5. Wang, L. L.; Munir Z. A.; Maximov,Y. M. Thermite reactions: their utilization in the synthesis and processing of materials. Journal of Materials Science. 1993, 28 (14): 3693–3708. Bibcode:1993JMatS..28.3693W. S2CID 96981164. doi:10.1007/BF00353167.