不同金属的冶炼方法共27页
- 格式:ppt
- 大小:2.79 MB
- 文档页数:27
金属的冶炼方法金属冶炼是指将矿石中的金属元素提取出来,经过一系列的物理和化学过程,得到纯净金属的工艺过程。
金属冶炼方法的选择对于金属的提纯程度、能源消耗以及环境影响都有着重要的影响。
下面将介绍几种常见的金属冶炼方法。
一、火法冶炼。
火法冶炼是一种通过高温将金属矿石中的金属元素提取出来的方法。
常见的火法冶炼方法包括熔炼法、焙烧法和还原法。
熔炼法是将金属矿石与熔剂一起加热至高温,使金属熔化并与熔剂分离的方法。
焙烧法是通过加热将金属矿石中的非金属部分氧化或挥发,使金属得以提取的方法。
还原法则是通过加入还原剂,使金属矿石中的氧化物还原成金属的方法。
二、湿法冶炼。
湿法冶炼是一种利用溶剂将金属元素从矿石中提取出来的方法。
常见的湿法冶炼方法包括浸出法、电解法和水热法。
浸出法是通过将金属矿石浸泡在溶剂中,使金属溶解并从中提取出来的方法。
电解法是将金属矿石溶解在电解质溶液中,利用电流使金属离子还原成金属的方法。
水热法则是利用高温高压的水溶液来溶解金属矿石中的金属元素,并通过调节温度和压力来实现金属的提取。
三、气相冶炼。
气相冶炼是一种利用气体将金属元素从矿石中提取出来的方法。
常见的气相冶炼方法包括气相还原法和气相沉积法。
气相还原法是通过将金属矿石加热至高温,使金属与还原气体发生化学反应,从而提取金属的方法。
气相沉积法则是将金属矿石加热至高温,使金属蒸发并在冷凝器中凝结成为纯净金属的方法。
四、电熔冶炼。
电熔冶炼是一种利用电能将金属矿石加热至高温,使金属熔化并从中提取出来的方法。
这种方法通常用于提炼高纯度金属,如硅、铝等。
电熔冶炼具有能耗低、环境友好等优点,因此在一些高纯度金属的生产中得到了广泛应用。
在金属冶炼过程中,不同的金属和矿石性质会影响冶炼方法的选择。
同时,冶炼过程中需要考虑能源消耗、环境影响以及金属提纯程度等因素。
因此,选择合适的冶炼方法对于金属生产具有重要意义。
随着科学技术的不断发展,金属冶炼方法也在不断创新和改进,以满足人们对于高效、低能耗、环保的需求。
金属常见冶炼方法、电解法金属活动顺序表中Id*金属的冶炼如: 级口(熔融)豐2恥+初电解_2/心q (熔融)阳叫占逬AAi+ sq T[生成的Q与阳极炭棒反应生成CO CQ所以应不断补充阳极炭棒,冰晶石(恥工占%)为助熔剂。
]二、热还原法金属活动顺序表中' 丫金属的冶炼。
(1)用',作还原剂阻G + 4居A 4虽0+讥—亠(制很纯的还原性铁粉,这种铁粉具有很高的反应活性,在空中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称“引火球”。
)(2)用C (焦炭、木炭)、CO乍还原剂。
如:2^0+ 0 高iSN + C7OT—(我国是世界上冶炼锌最早的国家,明朝宋应星在《天工开物》一书中有记载)(3)「作还原剂(铝热剂)冶炼难熔的金属月旳Q + 2如点.燃2届+如2 Q 卡耳Q +10曲嬰石卩+5如山了(4)用阴、忧等活泼金属为还原剂冶炼Ti等现代的有色金属。
高温AC心I(熔融)高温4恥+群耳(熔融)赣石+ 4恥口钛是银白色金属,质轻和机械性能良好,耐腐蚀性强,广泛应用于化学工业、石油工业、近代航空、宇航、以及水艇制造中,被称为“空中金属”、“海洋金属”“陆地金属”。
医学上利用它的亲生物性和人骨的密度相近,用钛板、钛螺丝钉制作人工关节、人工骨,很容易和人体肌肉长在一起。
所以又被称为“亲生物金属”。
钛的合金(如钛镍合金)具有“记忆”能力,可记住某个特定温度下的形状,只要复回这个温度,就会恢复到这个温度下的形状,又被称为“记忆金属” 此外,钛还可制取超导材料,美国生产的超导材料中的90艰用钛铌合金制造的由于钛在未来科技发展中的前景广阔,又有“未来金属”之称。
三、加热法聪/旨等不活泼金属的冶炼,可用加热其氧化物或锻烧其硫化物的方法。
如:2/fgO A① T呢sr+q A 也+gT2Ag2O A 4也啟+ q,T唐代李白的秋浦歌:炉火照天地,红星乱紫烟。
郝郎明月夜,歌曲动川寒。
秋浦:在今安徽省池洲市西,当时产银、铜。
一、常见的冶炼方法①电解法适用于非常活泼的金属。
例如:K、Ca、Na、Mg、Al(1)电解法制金属钠:2NaCl=(通电)=2Na+Cl2↑(2)电解法制金属铝:2Al2O3=(通电、冰晶石)=4Al+3O2↑②热还原法用氢气、一氧化碳、碳在高温下去还原金属氧化物。
例如:Zn、Fe、Cu等。
(1)一氧化碳还原氧化铁:Fe2O3+2CO=(高温)=2Fe+3CO2(2)氢气还原氧化铜:CuO+H2=(高温)=Cu+H2O③热分解法Hg和Ag的氧化物受热分解直接生成单质。
(1)氧化汞受热分解:2HgO=(加热)=2Hg+O2↑(2)氧化银受热分解:2Ag2O=(加热)=4Ag+O2↑④钠还原法(1)工业用金属钠制取金属钾:Na+3KCl=(加热)=K↑+NaCl(2)金属钠还原四氯化钛:4Na+TiCl4=(加热)=4NaCl+Ti⑤铝热法(利用铝的熔点高)(1)金属铝与MnO2反应:4Al+3MnO2=(高温)=3Mn+2Al2O3(2)金属铝与V2O5反应:10Al+3V2O5=(高温)=6V+5Al2O3二、炼钢炼铁①炼铁(高炉炼铁)(1)原料:赤铁矿Fe2O3、焦炭C、空气O2、石灰石CaCO3。
(2)基本反应:C+O2=(高温)=CO2;C+CO2=(高温)=2CO;Fe2O3+3CO=(高温)=2Fe+3CO2;CaCO3=(高温)=CaO+CO2↑;CaO+SiO2=(高温)=CaSiO3(炉渣)。
(3)焦炉气成分:CO、CO2、N2、灰尘。
②炼钢(1)原料:生铁、纯氧、CaO、脱氧剂。
(2)主要目的:降低含碳量;除去硫和磷;调节硅、锰、铝等。
③钢铁的腐蚀(1)吸氧腐蚀负极(Fe):Fe-2e==Fe2+正极(O2):O2+4e+2H2O==4OH-总反应:2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3↓(2)析氢腐蚀负极(Fe):Fe-2e==Fe2+正极(H+):2H++2e==H2↑总反应:Fe+2H2O==Fe(OH)2↓+H2↑、4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3↓(3)金属的防腐:阴极保护法;牺牲阳极(负极)法;外涂保护层;改变内部结构。
工业上冶炼金属的一般方法工业上的还原过程即称为冶炼,把金属从化合物中的还原成单质。
由于金属的化学活泼性不同,需采取不同的冶炼方法,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在周期表中的位置相关。
工业上提炼金属一般有下列几种方法:一、热分解法在金属活动顺序中,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-将辰砂(硫化汞)加热也可以得到汞:HgS+O2→Hg+SO2-二、热还原法大量的冶金过程属于这种方法。
焦炭、一氧化碳、氢和活泼金属等都是良好的还原剂。
1.炭热还原法反应需要高温,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. 氧化物矿:SnO2+2C→Sn+2CO2-,MgO+C→Mg+CO-碳酸盐矿:一般重金属的碳酸盐受热时都能分解为氧化物,再用焦炭还原。
硫化物矿:先在空气中锻烧,使它变成氧化物,再用焦炭还原。
如从方铅矿提取铅:2PbS+3O2→2PbO+2SO2-,PbO+C→Pb+CO-2.氢热还原法工业上要制取不含炭的金属常用氢还原法。
生成热较小的氧化物,例如,氧化铜、氧化铁等,容易被氢还原成金属。
而具有很大生成热的氧化物,例如,氧化铝、氧化镁等,基本上不能被氢还原成金属。
用高纯氢和纯的金属氧化物为原料,可以制得很纯的金属。
3.金属热还原法(金属置换法)选择哪一种金属(常用Na、Mg、Ca、Al)做还原剂,除ΔrGθ来判断外还要注意下几方面情况;(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)其它产物容易和生成金属分离;(6)成本尽可能低,等等。
铝是最常用的还原剂即铝热法。
Cr2O3 +2Al=Al2O3+2Cr ΔrGθ= -622.9KJ.mol-1铝容易和许多金属生成合金。
可采用调节反应物配比来尽量使铝完全反应而不残留在生成的金属中。