从矿石中提取金属

冶金学简介

金属是通常坚硬、有光泽、可锻、可延展的元素，并且是热和电的良导体。但你知道吗，我们日常生活中使用的大多数金属是通过一种称为冶金的复杂工艺获得的？从矿石中提取金属并加以精炼以供使用的过程称为冶金学。

什么是矿石？

矿石是指可以经济地提取金属的天然岩石或矿物。并非所有岩石都含有可观数量的金属。矿石通常含有丰富的天然金属，如氧化物、硫化物、硅酸盐或天然铜。以下是一些典型的矿石例子：

• 赤铁矿：一种重要的铁矿石。
• 铝土矿：铝的主要矿石。
• 黄铜矿：主要的铜矿石。

冶金阶段

冶金通常包括三个主要阶段：

1. 矿石的浓缩（或矿石的富集）：这是冶金的初始阶段，其中矿石从地下提取并加以浓缩以增加其中金属的百分比。该过程可能涉及破碎矿石，然后使用各种方法，如重力分离、磁力分离、泡沫浮选等。
2. 将浓缩矿石转化为金属：然后将浓缩矿石转化为实际的金属，这是金属提取中的主要步骤。这可以通过焙烧、煅烧或化学还原来进行。
3. 金属的精炼：从上述过程中获得的原金属是不纯的，需要通过精炼来去除这些杂质以获得纯金属。常用的方法包括电解精炼、区熔法和蒸气相精炼。

矿石的浓缩

矿石的浓缩是一个关键步骤，以确保矿石足够纯净和浓缩，以实现有效的金属提取。它涉及将有价值的含金属矿物与废料或脉石分离。

Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

浓缩方法

让我们讨论一些常见的浓缩方法：

• 重力分离法：当矿石颗粒比基质或脉石重时适用此方法。
• 浮选法：用于硫化矿石，将矿石与水混合形成浆液，然后通过浆液中通气泡，导致所需的矿物浮起。
• 磁力分离法：当矿石或杂质是磁性的时使用该方法。

将浓缩矿石转化为金属

浓缩矿石经过各种工艺以提取金属。让我们来看看其中的一些方法：

• 焙烧：这是在氧气存在下加热矿石的过程，去除水分和挥发性杂质。

  2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2

• 煅烧：通过在缺氧或空气供应有限的条件下强烈加热矿石进行，导致碳酸盐矿石的分解。

  CaCO 3 → CaO + CO 2

• 还原：涉及使用还原剂如碳、氢或其他活跃金属将金属氧化物化学转化为金属。

  Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

金属的精炼

最后，从矿石中提取出来的金属经过精炼以获得高纯度金属。精炼过程取决于金属的性质及其在社会中的用途。

常见的净化方法

• 电解精炼：将不纯金属制成阳极，纯净金属制成阴极。通电后，纯净金属沉积在阴极上。

  Cu 2+ + 2e - → Cu

• 区熔法：用于净化含有低熔点杂质的金属；加热器沿着不纯金属棒移动，融化并携带杂质。
• 蒸气相精炼：一种方法，将不纯金属转化为其挥发性化合物，然后分解以获得纯金属。

  TiCl 4 + 2Mg → 2MgCl 2 + Ti

结论

从矿石中提取金属是一个精彩的化学和工程之旅，将岩石转化为珍贵资源。了解冶金的基本过程不仅解释了金属如何被制备用于制造，还揭示了历史上人类进步和技术发展的重要阶段。

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