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＋CSN＋CO₂↑

2PbO＋C2Pb＋CO₂↑

2CuO＋C2Cu＋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＋3H₂W＋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＋Cr₂O₃2Cr＋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)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＋3H₂W＋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：

2HgO2Hg＋O₂↑

2Ag₂O4Ag＋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：

2Al₂O₃4Al＋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。