解放军文职招聘考试金属的提炼

 一、金属的提炼
工业上能用来提炼金属的矿物称为矿石。绝大多数矿石都多少含有杂质。主要是石英、石灰石和长石等，这些物质也称为脉石。所以从矿石小报炼金属一般经过三大步骤： (1) 矿石的富集， (2) 冶炼， (3) 精炼。
矿石的富集就是预先处理矿石，把其中所含大量脉石移去，以提高矿石中有用成分的含量。选矿的方法很多，根据矿石的颜色、光泽、形状等不同的特征可进行简单的手选，利用矿石中有用成分与脉石的密度、磁性、粘度、熔点等性质的不同，可以采用不同的方法选矿，常用的选矿法有水选法、磁选法和浮选法等。
从矿石提炼金属的方法很多。但提炼的原理完全相同，就是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。由于金属的化学活泼性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也不同，这样就可以采取不同的冶炼方法，工业上提炼金属一般有下列几种方法：
一、热分解法：
有一些金属可以用简单加热的方法得到。大多数氧化物直到 1273K 也是稳定的，但在金属活动顺序中，在氢后面的金属其氧化物受热就容易分解如 HgO 和 Ag₂O 加热发生下列分解反应：
                                     2HgO ＝ 2Hg+O₂
                                   2Ag₂O ＝ 4Ag+O₂
将辰砂 ( 硫化汞 ) 加热也可以提出汞：
                                 HgS+O₂ ＝ Hg+SO₂
二、热还原法：
大量冶金过程属于这种方法。焦碳、一氧化碳、氢和活泼金属等都是良好的还原剂。
1 ．用碳作还原剂
因碳资源丰富，又价廉。取锡、锌、铅和铁常用此法来制取。
                                 SnO₂ +2C ＝ Sn+2CO
                                 Cu₂O+C ＝ 2Cu+CO
反应需要高温，常在高炉和电炉中进行。所以这种冶炼金属的方法又称为火法冶金，例如
                                  MgO+C=Mg+CO
如果矿石主要成分是碳酸盐，也可以用这种方法冶炼。因为一般重金属的碳酸盐受热时都能分解为氧化物、再用碳还原：
                              ZnCO₃ ＝ ZnO+CO₂
                                ZnO+C=Zn+CO
如矿石是硫化物，那末先在空气中煅烧，使它变成氧化物，再用焦碳还原，如从方铅矿提取铅：
                           2PbS+3O₂ ＝ 2PbO+2SO₂
                                  PbO+C ＝ Pb+CO
2 ．用氢气做还原剂：
用碳作还原剂得到的金属往往混有碳和金属碳化物，得不到纯金属。工业上要制取不含碳的金属和某些希有金属，也常用氢还原法，生成热较小的氧化物，例如氧化铜、氧化铁，氧化钴等，容易被氢还原成金属。具有很大生成热的氧化物，例如氧化铝，氧化镁，氧化锆和氧化钛，基本上不能被氢还原成金属。如用纯度很高的氢和纯的金属氧化物为原料，可以制得很纯的金属。如用氢还原三氧化钨：
                             WO₃ +3H₂ =W+3H₂O
反应是在特殊的密封管状装置中进行。
3 ．用比较活泼的金属作还原剂
如何选择金属还原剂？首先，金属还原某种化合物的可能性要用该反应 的大小来判断。当碰到可以用两种以上的金属作还原剂时，究竞选择哪一种金属？这就要考虑还原剂以下几方面情况： (1) 还原力强； (2) 容易处理； (3) 不和产品金属生成合金； (4) 可以得到高纯度的金属； (5) 还原产物容易和生成金属分离； (6) 成本尽可能低，等等。
通常铝、钙、镁、钠等那是强还原剂，铝是最常用的还原剂，由于它是一种挥发性低与价廉的金属，生成氧化铝的反应是强烈的放热反应。我们就可以用铝和许多金属氧化物反应，而不必额外给反应混合物加热 ( 注意：为了使反应发生，需用镁条等将引燃剂点着，以达到反应开始所需的温度 ) 。用铝从金属氧化物还原出金属的过程叫铝热法。例如将铝粉和三氧化二铬作用该反应的 ＝ -622.9kJ/mol ，铬被还原出来，同时放出大量的热 ( 温度可达 3273K) 在这样的高温下，还原出的金属呈液态析出。
                        Cr₂O₃ +2Al ＝ 2Cr+A1₂O ₃
它的缺点是容易和许多金属生成合金。一般采用调节反应物配比的方法，以尽量使铝不残留在生成的金属中。钙、铁不和各种金属生成合金，因此可用作钛、锆、铪、钒、铌、钽等氧化物的还原剂。
在某些情况下，金属氧化物很稳定，金属难被还原出来，可以用活泼金属还原金属卤化物来制备，如：
                           TiCl₄ +4Na ＝ Ti+4NaCl
                           RECl₃ +3Na ＝ RE+3NaCl
                          T1C1₄ +2Mg ＝ Ti+2MgCl₂
三、电解法：
在金属活动顺序表中，在铝前面的几种轻金属是很活泼的金属，它们都很容易失去电子，所以不能用一般还原剂，使它们从化合物中还原出来。这些金属 ( 如铝、镁、钙、钠等 ) 用电解法制取最适宜，电解是最强的氧化还原手段。任何离子化合物都可以进行电解反应。还原反应在阴极上产生，这个方法可以得到很纯的产品，但要消耗大量的电能成本较高。
下面以电解熔融氧化铝制铝为例来说明：
铝的化学性质比较活泼，铝的冶炼常用最强的还原手段——电解法，或用最强的还原剂——钾、钠和钱等进行还原。直到上世纪 80 年代末都是用第二种方法冶炼铝，由于作为还原剂的钾、钠和镁本身制造困难，所以用这种方挟制取铝的代价很高，以致当时仅用它来制造珠宝首饰。
1886 年发现了用电解方法来制备铝，完成了工业上大规模制备铝的方法。电解质是氧化铝和冰晶石 (NaAlF ₆ ) 的混合物，因为氧化铝的熔点特别高 (2323K) 为了降低熔化温度，加入冰晶石是必要的。
一种金属采用什么提炼方法与它们的化学性质、矿石的类型和经济效果等有关。金属的提炼方法与它们的性质和存在的关系 P662( 见图 16 — 2) ：
① 活泼的金属主要熔盐电解法提炼。
② 以氧化物或含氧酸盐形式存在的用电解法或化学还原法来制备特别是用活泼金属置换法来制备。
③ 以硫化物形式存在的通常要先焙烧，使之变成氧化物，然后用热还原法或热分解法处理。氧化物的还原如能用炭做还原剂，是最经济的方法。
④元素在容易分解的化合物中存在时，可以用热分解方法处理。