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金属冶炼的一般原理与方法

来源:未知作者:罗云峰 点击:所属专题: 金属冶炼

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矿物中的金属资源除了铁、铝、钛之外,还有锌、铜、锡、铬、锰等几十种。其中除了金、银等少数几种不活泼的金属在自然界中有游离态存在外,绝大多数金属都以正价态存在。例如,菱镁矿(MgCO 3 )中的镁,炉甘石(ZnCO 3 )、闪锌矿(ZnS)中的锌,方铅矿(PbS)中的铅等都以正价

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金属冶炼的一般原理


矿物中的金属资源除了铁、铝、钛之外,还有锌、铜、锡、铬、锰等几十种。其中除了金、银等少数几种不活泼的金属在自然界中有游离态存在外,绝大多数金属都以正价态存在。例如,菱镁矿(MgCO3)中的镁,炉甘石(ZnCO3)、闪锌矿(ZnS)中的锌,方铅矿(PbS)中的铅等都以正价态存在。

从矿物资源中冶炼金属的一般原理是什么呢?

金属矿物中的金属化合物经提纯后,通常是选择适宜的还原剂使金属还原出来。最常用的还原剂是焦炭。历史上,不少金属就是在矿石和焦炭一起灼烧时被发现的。焦炭价廉易得,热值较高。那些需要在高温下还原的金属,常用焦炭来冶炼。例如,用焦炭还原二氧化锡(SNO2)得到粗锡,用焦炭还原氧比铅得到粗铅,用焦炭还原氧化铜得到粗铜,等等。

SNO2+C金属冶炼的一般原理与方法SN+CO2

2PbO+C金属冶炼的一般原理与方法2Pb+CO2

2CuO+C金属冶炼的一般原理与方法2Cu+CO2

用焦炭冶炼得到的金属,往往含有较多杂质,只能得到粗金属,如生铁、粗铅等。这些粗金属一般要进一步精炼才有更广泛的用途。因此,一些容易被还原,而且纯度要求较高的金属,它们的矿物常用氢气来还原。例如,用氢气还原三氧化钨(WO3),得到金属钨。

WO3+3H2金属冶炼的一般原理与方法W+3H2O

不宜用焦炭、一氧化碳或氢气还原的金属,常用更活泼的金属做还原剂使它还原。例如,用铝粉冶炼金属铬。

2Al+Cr2O3金属冶炼的一般原理与方法2Cr+Al2O3

在金属活动性顺序表中排列在前面的金属,如钾、钙、钠、镁、铅等,用一般的还原剂很难使它们还原,因而常用电解的方法冶炼。除上面介绍的电冶铝外,金属钠也是用电解熔融的氯化钠来冶炼的。

2NaCl(熔融)金属冶炼的一般原理与方法2Na+Cl2

根据金属矿物中各种金属元素的活动性,选择适宜的还原剂或采用电解的方法,使正价态的金属元素还原出来,这就是冶炼金属的一般原理。


金属的冶炼具体方法

 

用还原方法从含金属的化合物或矿石中,把金属离子还原成金属单质的过程。由于金属的活动性不同,金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同,因此要采用不同的冶炼方法。一般有下列几种:

①热还原法、还原剂有碳、一氧化碳、活泼金属和氢气等。例如高温下用碳还原铜、锡、锌、铅的氧化物:

C+Cu2O=2Cu+CO↑;2C+SNO2=SN+2CO↑;C+ZnO=Zn+CO↑;C+PbO=Pb+CO↑

用氢气还原可得到纯净的金属(不含碳),例如:

WO3+3H2金属冶炼的一般原理与方法W+3H2O

高温下用活泼金属(通常甩铝、钙、镁、钠等)做还原剂的金属热还原法,对难熔金属的冶炼很重要,例如

2Al+Cr2O3=2Cr+Al2O3;2Mg+TiCl4=Ti+2MgCl2;4Na+TiCl4=Ti+4NaCl;3Na+ReCl3=Re+3NaCl(Re为稀土元素)

②热分解法,很不活泼的金属的氧化物受热易分解。例如:

2HgO金属冶炼的一般原理与方法2Hg+O2

2Ag2O金属冶炼的一般原理与方法4Ag+O2

③电解法,在金属活动顺序表中铝以前的某些金属的离子很难夺得电子,要冶炼它们需要强的还原手段,故采用电解法。例如:

2Al2O3金属冶炼的一般原理与方法4Al+3O2

一般工业上制得的金属,含有各种杂质,纯净的金属还要通过电解精炼、气相精炼法(如直接蒸馏法,气相热分解和气相还原法、羰基法等)或区域熔炼法得到。

(责任编辑:化学自习室)
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