金屬資源的開發(fā)與利用

1、第一節(jié)第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 第四章第四章 化學與自然資源的開發(fā)利用化學與自然資源的開發(fā)利用 一、金屬礦物的開發(fā)和利用一、金屬礦物的開發(fā)和利用金礦金礦 Au鉑礦鉑礦 Pt自然界中的金屬，只有少數(shù)不活潑金屬以游離自然界中的金屬，只有少數(shù)不活潑金屬以游離態(tài)存在（如金和鉑）態(tài)存在（如金和鉑）絕大多數(shù)金屬是以化合物的形式存在絕大多數(shù)金屬是以化合物的形式存在黃銅礦黃銅礦赤鐵礦赤鐵礦鋁礦鋁礦錳礦錳礦鎢礦鎢礦鋅礦鋅礦 將金屬從其化合物（金屬礦物）中還將金屬從其化合物（金屬礦物）中還原出來原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為程在

2、工業(yè)上稱為金屬的冶煉金屬的冶煉一、金屬礦物的開發(fā)利用一、金屬礦物的開發(fā)利用1、金屬的冶煉、金屬的冶煉 2、金屬冶煉的實質(zhì)是什么、金屬冶煉的實質(zhì)是什么? 實質(zhì)實質(zhì):用用還原的方法還原的方法使金屬化合物中的使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬單質(zhì)。金屬離子得到電子變成金屬單質(zhì)。 M n+ + n e- = M n+ n+M M得得電子電子, , 被還原被還原M MK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)CuK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au Hg Ag Pt Au金屬活動性逐漸減弱金屬活動性逐漸減弱K Ca Na Mg AlK

3、Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgHg Ag Pt AuPt Au其金屬陽離子的氧化性逐漸增強其金屬陽離子的氧化性逐漸增強由于不同金屬離子的得電子能力不同，所以由于不同金屬離子的得電子能力不同，所以要采用要采用不同的冶煉方法不同的冶煉方法 適用于以游離態(tài)存在的適用于以游離態(tài)存在的極不活潑的金屬極不活潑的金屬,例如例如: 鉑鉑(Pt) 、金、金(Au)等等3、冶煉金屬的一般方法、冶煉金屬的一般方法（1）物理提取法）物理提取法 -不活潑金屬的冶煉不活潑金屬的冶煉Hg、Ag（2）熱分解法）熱分解法HgO =2 2Hg + O2 Ag

4、2O =2 4Ag + O2 一般活潑的金屬一般活潑的金屬（活動性介于活動性介于ZnCu的金屬的金屬)常見還原劑：常見還原劑：焦碳焦碳、CO、H2CuO +H2 = Cu + H2O高溫高溫Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3 （鋁熱反應）（鋁熱反應） 高溫高溫Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 （高爐煉鐵）（高爐煉鐵）高溫高溫鋁熱劑鋁熱劑2CuO + C = 2Cu + CO2 高溫高溫、活潑金屬、活潑金屬Al等等（3）熱還原法）熱還原法鋁熱反應鋁熱反應 反應物：反應物： 鋁粉、氧化鐵鋁粉、氧化鐵 鎂條和氯酸鉀的作用：鎂條和氯酸鉀的作用： 產(chǎn)生高溫條件，引發(fā)反應產(chǎn)生高溫條

5、件，引發(fā)反應 現(xiàn)象：現(xiàn)象： Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高溫高溫鋁熱劑鋁熱劑劇烈反應，發(fā)出強光，紙劇烈反應，發(fā)出強光，紙漏斗下部被燒穿，有紅熱漏斗下部被燒穿，有紅熱的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細沙上沙上, ,冷卻觀察為鐵珠冷卻觀察為鐵珠. .鎂條：鎂條：引燃劑引燃劑氯酸鉀：氯酸鉀：助燃劑助燃劑鋁熱反應：鋁熱反應：鋁粉與某些金屬氧化物（如鋁粉與某些金屬氧化物（如Fe2O3、MnO2、Cr2O、V2O5等）的混合物在高溫下進等）的混合物在高溫下進行的反應。行的反應。鋁粉鋁粉+金屬氧化物金屬氧化物的混合物稱為的混合物稱為鋁熱劑鋁熱劑。3MnO2+4Al = 3Mn+

6、2Al2O3高溫高溫Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高溫高溫其他的鋁熱反應：其他的鋁熱反應：鋁熱反應的應用鋁熱反應的應用 焊接鋼軌焊接鋼軌冶煉熔點較高的金屬：冶煉熔點較高的金屬：V、Cr、Mn、W等等 -適用于活潑金屬的冶煉適用于活潑金屬的冶煉（活動性介于（活動性介于K-Al的金屬的金屬)電解電解2Al2O3(熔融熔融) = 4Al+3O2冰晶石冰晶石2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl2 MgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2 電解電解電解電解問：電解氯化鈉水溶液能得到金屬鈉嗎？問：電解氯化鈉水溶液能得到金屬鈉嗎？（4）、電解法）、電解法不能，可得到不能，可得到NaOHAl2O3

7、熔點太高熔點太高(2302),加入冰晶石加入冰晶石(Na3AlF6)后可降低其熔點。后可降低其熔點。K Ca Na Mg Al Zn FeCu Hg Ag Pt Au電解法電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法金屬活動順序與金屬冶煉金屬活動順序與金屬冶煉方法的關系：方法的關系：小結(jié)：物理提取物理提取可見，可見，越活潑的金屬越難冶煉越活潑的金屬越難冶煉金金 屬屬冶冶 煉煉 原原 理理FeFe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高爐煉鐵高爐煉鐵)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3(鋁熱法煉鐵鋁熱法煉鐵)高溫高溫高溫高溫CuCu2S+O2=2Cu+SO2(火法煉銅火法煉銅)Fe+CuSO4=FeS

8、O4+Cu(濕法煉銅濕法煉銅)高溫高溫MgMgO+C=Mg+COMgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2 高溫高溫Al2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2電解電解冰晶石冰晶石Na2NaCl (熔融熔融) =2Na+Cl2電解電解電解電解表表4-1 常見金屬的冶煉原理常見金屬的冶煉原理(1)途徑途徑提高金屬礦物的利用率提高金屬礦物的利用率減少金屬的使用量減少金屬的使用量加強金屬資源的回收和再利用加強金屬資源的回收和再利用使用其他材料代替金屬材料使用其他材料代替金屬材料4、合理利用礦物資源，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、合理利用礦物資源，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略(2)(2)意義意義節(jié)約礦物資源節(jié)約礦物資源節(jié)約能源

9、節(jié)約能源減少環(huán)境污染減少環(huán)境污染第一步：礦石的第一步：礦石的富集富集：除去雜質(zhì)，提高礦石中除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分有用成分含量。含量。第二步：第二步：冶煉冶煉：利用利用氧化還原反應氧化還原反應，在一定條件下，把金，在一定條件下，把金屬離子屬離子還原還原成單質(zhì)。成單質(zhì)。第三步：第三步：精煉精煉：采用一定方法，提煉純金屬。采用一定方法，提煉純金屬。 金屬冶煉的步驟：金屬冶煉的步驟：練習練習1在冶金工業(yè)上，均不能用通?；瘜W在冶金工業(yè)上，均不能用通?；瘜W 還原劑制得的金屬組是還原劑制得的金屬組是 （ ） ANa、Mg 、Al BNa、K 、Zn CFe、Cu、Ag DNa、Ca、CuA2、下列各種冶煉方法中，可以制得、下列各種冶煉方法中，可以制得 相應金屬的是（相應金屬的是（ ）A、加熱氧化鋁、加熱氧化鋁 B、加熱碳酸鈣、加熱碳酸鈣C、電解熔融氯化鈉、電解熔融氯化鈉 D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱、氯化鈉與鋁粉高溫共熱3、根據(jù)金屬在金屬活動順序表中的位置、根據(jù)金屬在金屬活動順序表中的位置及性質(zhì)，推測制取下列金屬最適宜的方法：及性質(zhì)，推測制取下列金屬最適宜的方法：Na Zn Hg Au C電解法電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法物理提取法物理提取法4、鋁能用來冶煉難熔金屬（如、鋁能用來冶煉難熔金屬（如Fe 、V、Mn等），這是因為鋁有等），這是因為鋁有( )A兩性兩性 B良好導