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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,把金属从化合物还原成单质。由于金属的化学活泼性不同,要把金属还原成单质,需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

有一些金属仅用加热矿石的方法就可以得到。他们的化合物 负值小,不稳定,易分解。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.用C 或CO作还原剂 (碳热还原法)

SnO2+2C===Sn+2CO2­

Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2­

反应若需要高温,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,再用焦炭还原。

工业上冶炼金属的一般方法

如矿石是硫化物,那么先在空气中锻烧,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

碳热还原法的缺点:制得的金属中含有碳和碳化物,得不到较纯的金属。

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。如MO,W的制备

工业上冶炼金属的一般方法

3.金属热还原法(金属置换法)

用一种较活泼的金属把另一种金属从其化合物中还原出来。选择哪一种金属做还原剂,除ΔG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)不和产品金属生成工业上冶炼金属的一般方法合金;(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,La还原性强于Mg、Al,但更多选Mg,Al 等等。

通常用铝、钙、镁、钠等做还原剂。

a. 铝是价廉的金属,生成氧化铝的反应是强烈的放热反应,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。用铝从金属氧化物还原出金属的过程叫铝热法。(不足是可与多种金属形成合金,通常调节反应物配比,尽量使铝完全反应而不残留在生成的金属中。)

Cr2O3+Al=2Cr+Al2O3

b.钙、镁一般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。

c. 有些金属氧化物很稳定,金属难被还原出来,可以用活泼金属还原金属工业上冶炼金属的一般方法卤化物来制备,如:

TiCl4+4Na===Ti+4NaCl

TiCl4+2Mg===Ti+2MgCl2

RECl3+3Na=RE+3NaCl (RE=稀土)

三、电解法

排在铝前面的几种活泼金属,不能用一般还原剂使它们从化合物中还原出来。这些金属用电解法制取最适宜,电解是最强的氧化还原手段。

电解法有水溶液电解(Al以后的金属)和熔盐电解法(Al,Mg,Ca,Na等)两种。 

四、湿法冶金

如氰化性 可用控制贵金属Ag,Au等。

Au+8NaCN+2H2O+O2=4Na[Au(CN)2]+4NaOH

2[Au(CN)2]+Zn=2Au+[Zn(CN)4]2-

缺点:耗电,成本高。

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。

工业上冶炼金属的一般方法

(责任编辑:化学自习室)
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