金属矿物的开发利用

金属冶炼原理与实质

• 原理：

  金属冶炼就是把金属从矿物中提炼出来，即将金属从化合物中还原出来，用于生产和制造各种金属材料的过程。

  除金、铂等少数金属外，绝大多数元素都是以化合物的形式存在于自然界中。

• 实质：

  通过富集、冶炼、精炼的方法，用还原剂使化合态的金属得到电子变成游离态，即

  ${M^{n+} +ne^-=M}$。

金属冶炼的常用方法

根据金属在自然界的存在状态以及金属活动性的不同，判断金属的性质，从而选择金属的冶炼方法。金属越活泼，冶炼时所需要条件要求越高。

热分解法：

一般用于金属活动性位于$\ce{Cu}$以后的不活泼金属的冶炼。例如：

• 分解$\ce{HgO}$：

  $2HgO\xlongequal{△}2Hg+O_2↑$

• 分解$\ce{Ag_2O}$：$2Ag_2O\xlongequal{△}4Ag+O_2↑$

热还原法：

一般适用于金属活动性介于$\ce{Zn}$和$\ce{Cu}$之间的大多数金属的冶炼，用$\ce{H2}$、$\ce{C}$、$\ce{CO}$、$\ce{Al}$作还原剂。

• $\ce{H_2}$还原法：

  $Fe_3O_4+4H_2\xlongequal{高温}3Fe+4H_2O$

• $\ce{C}$还原法：

  $ZnO+C\xlongequal{高温}Zn+CO↑$

• $\ce{CO}$还原法：

  $Fe_2O_3+3CO\xlongequal{高温}2Fe+3CO_2$ (高温炼铁)

  $CuO+CO\xlongequal{高温}Cu+CO_2$

• $\ce{Al}$还原法：

  $10Al+3V_2O_5\xlongequal{高温}6V+5Al_2O_3$

  $2Al+Fe_2O_3\xlongequal{高温}Fe+Al_2O_3$（铝热法反应）

电解法：

一般适用于金属活动性位于$\ce{Al}$（包括$\ce{Al}$）之前的活泼金属的冶炼。例如：

$2NaCl(熔融)\xlongequal{电解}2Na+Cl_2↑$

$MgCl_2(熔融)\xlongequal{电解}Mg+Cl_2↑$

$2Al_2O_3(熔融)\xlongequal[冰晶石]{电解}4Al+3O_2↑$

(只能用电解熔融氧化物得到$\ce{Al}$，而不能用电解氯化物得到，冰晶石$\ce{Na3AlF6}$作为熔剂来降低$\ce{Al2O3}$的融化温度。)

金属矿物资源的开发和利用措施

• 提高金属矿物的利用率。
• 建立金属矿物资源先进技术体系，开发环保高效的金属冶炼方法。
• 防止金属的腐蚀。
• 保护环境，节约矿物资源，加强废旧金属的回收和再利用。
• 使用其他材料代替金属材料，减少金属材料的使用量。