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金属的精炼
金属精炼是冶金的重要部分，专注于从原矿石或不纯溶液中获得纯金属。这个过程通过去除杂质来提高金属质量，这在提高诸如导电性、强度或形成合金的能力等性质方面是有用的。讨论的方法包括电解精炼、区域精炼和气相精炼。
电解精炼
电解精炼是一种利用电解池精炼金属的方法。此过程利用电解原理来精炼不纯金属。
过程描述
在电解精炼中，杂质金属被制成阳极。纯金属薄片被用作阴极。电解质是金属盐的溶液。电流通过溶液使金属离子从阳极转移到阴极。金属离子在阴极被还原，沉积为纯金属，而杂质则沉降为阳极泥或污泥。
例如，铜的电解精炼包括以下反应：
阳极: Cu (不纯) → Cu 2+ + 2e -
阴极: Cu 2+ + 2e - → Cu (纯)
视觉示例
在此过程中，铁、锌和镍等杂质溶解在电解质中，而金、银等贵金属则沉积为阳极泥。此精炼技术通常用于铜、锌、铅和锡等金属。
区域精炼
区域精炼是一种用于将金属精炼至非常高纯度的方法。这项技术基于分馏结晶原理，特别适用于当极端纯度要求的半导体和其他材料的精炼。
过程描述
在区域精炼中，金属棒的一个窄区域通过热源被熔化。融化区沿着金属棒的长度移动。当它向前移动时，它累积的杂质在熔融物质中的溶解度比在固体中高。因此，杂质浓缩在金属棒的一段区域，而在区域后方的区域则变得更纯。
想象精炼硅：
实体 Si (纯) ← 熔融区 (杂质) → 实体 Si (不纯)
视觉示例
区域精炼过程可以重复多次以达到所需的纯度水平。它被广泛用于半导体工业中，用于纯化诸如硅和锗的元素。
气相精炼
气相精炼是一种通过将金属转化为气态形式然后分解以获得纯金属的技术。
过程描述
这种方法包括两个主要步骤：（1）将金属转化为挥发性化合物；（2）分解化合物以获得纯金属。这种技术对那些易于气化的金属非常有效。
蒙德法用于镍的精炼完美地说明了气相精炼方法。镍与一氧化碳反应形成挥发性化合物镍四羰基：
Ni + 4CO → Ni(CO) 4 (蒸气)
镍羰基然后通过加热分解，得到纯镍和一氧化碳气体：
Ni(CO) 4 → Ni (纯) + 4CO
视觉示例
其他气相精炼的例子包括用于锆和钛的范·阿克尔法，它利用金属碘化物的形成和分解来生产超纯金属。
范·阿克尔法的例子
在范·阿克尔法中，钛与碘反应形成四碘化钛：
Ti + 2I 2 → Ti 4
四碘化钛随后沉积在加热的灯丝上，沉积出纯钛：
TiI 4 → Ti (纯) + 2I 2
总结
精炼过程对于从原矿石中获得纯金属至关重要。每种方法——电解精炼、区域精炼和气相精炼——都适用于特定类型的金属和所需的纯度水平。这些技术不仅在提高金属在各种应用中的实用性方面很重要，而且构成了当今工业中广泛使用的先进工艺的基础。
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