铝热法

铝热法（/ˈθɜːrmaɪt/）是金属粉末和金属氧化物的烟火成分。 当被热或化学反应点燃时，铝热剂会发生放热还原氧化（氧化还原）反应。 大多数品种不具有爆炸性，但可以在小范围内产生短暂的热量和高温。 它的作用形式类似于其他燃料-氧化剂混合物，例如黑火药。

铝热法具有多种成分。 燃料包括铝、镁、钛、锌、硅和硼。 铝因其高沸点和低成本而很常见。 氧化剂包括氧化铋(III)、氧化硼(III)、氧化硅(IV)、氧化铬(III)、氧化锰(IV)、氧化铁(III)、氧化铁(II、III)、铜(II) 氧化物和铅（II，IV）氧化物。

该反应也称为 Goldschmidt 工艺，用于铝热焊，通常用于连接铁轨。 铝热法也被用于金属精炼、致残弹药和燃烧武器。 一些类似铝热剂的混合物被用作烟花中的烟火引发剂。

在下面的例子中，元素铝还原了另一种金属的氧化物，在这个常见的例子中是氧化铁，因为铝与氧形成的键比铁更强更稳定：

Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3

产物是氧化铝、单质铁和大量的热。 通常将反应物制成粉末并与粘合剂混合以保持材料固体并防止分离。

可以使用其他金属氧化物（例如氧化铬）来生成元素形式的给定金属。 例如，使用氧化铜和元素铝的铜铝热反应可用于在称为焊缝的过程中创建电接头，该过程会产生元素铜（它可能会发生剧烈反应）：

3 CuO + 2 Al → 3 Cu + Al2O3

具有纳米尺寸颗粒的铝热法由多种术语描述，例如亚稳态分子间复合材料、超级铝热剂、纳米铝热剂和纳米复合能量材料。

铝热剂（thermit）反应于 1893 年被发现，并于 1895 年由德国化学家 Hans Goldschmidt 获得专利。 因此，该反应有时被称为 Goldschmidt 反应或 Goldschmidt 过程。 Goldschmidt 最初的兴趣是通过避免在冶炼中使用碳来生产非常纯净的金属，但他很快发现了铝热剂在焊接中的价值。

铝热剂的xxx个商业应用是 1899 年在埃森焊接电车轨道。

红色氧化铁 (III)（Fe2O3，俗称铁锈）是铝热剂中最常用的氧化铁。 磁铁矿也有效。 偶尔会使用其他氧化物，例如锰铝热剂中的 MnO2、铬铝热剂中的 Cr2O3、硅铝热剂中的石英或铜铝热剂中的氧化铜 (II)，但仅用于特殊用途。 所有这些示例都使用铝作为活性金属。 含氟聚合物可用于特殊配方，含镁或铝的聚四氟乙烯是一个相对常见的例子。 镁/聚四氟乙烯/氟橡胶是这种类型的另一种热解物。

干冰（冻结的二氧化碳）与镁、铝和硼等还原剂的组合遵循与传统铝热剂混合物相同的化学反应，产生金属氧化物和碳。 尽管干冰铝热混合物的温度非常低，但这种系统能够被火焰点燃。 当成分被细碎、限制在管道中并像传统炸药一样xxx时，这种低温铝热剂是可引爆的，反应中释放的一部分碳以金刚石的形式出现。

原则上，可以使用任何活性金属代替铝。 很少这样做，因为铝的特性对于这种反应来说几乎是理想的：

• 它是迄今为止最便宜的高活性金属。 例如，2014 年 12 月，锡价为 19,829 美元/吨，锌价为 2,180 美元/吨，铝价为 1,910 美元/吨。
• 它形成一个钝化层，使其比许多其他活性金属更安全。
• 其相对较低的熔点 (660 °C) 意味着金属很容易熔化，因此反应主要发生在液相中，因此进行得相当快。
• 它的高沸点 (2519 °C) 使反应能够达到非常高的温度，因为有几个过程倾向于将最高温度限制在略低于沸点的水平。 如此高的沸点在过渡金属中很常见（例如，铁和铜分别在 2887 和 2582 °C 沸腾），但在高活性金属中尤其不常见（参见镁和钠，它们在 1090 和 883 °C 沸腾） C，分别）。
• 此外，由于反应而形成的低密度氧化铝倾向于使其漂浮在所得的纯金属上。 这对于减少焊缝中的污染尤为重要。