金属资源的开发与利用

1、第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用 一、金属矿物的开发和利用一、金属矿物的开发和利用金矿金矿 Au铂矿铂矿 Pt自然界中的金属，只有少数不活泼金属以游离自然界中的金属，只有少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂）态存在（如金和铂）绝大多数金属是以化合物的形式存在绝大多数金属是以化合物的形式存在黄铜矿黄铜矿赤铁矿赤铁矿铝矿铝矿锰矿锰矿钨矿钨矿锌矿锌矿 将金属从其化合物（金属矿物）中还将金属从其化合物（金属矿物）中还原出来原出来用于生产和制造各种金属材料的过用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为程在

2、工业上称为金属的冶炼金属的冶炼一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用1、金属的冶炼、金属的冶炼 2、金属冶炼的实质是什么、金属冶炼的实质是什么? 实质实质:用用还原的方法还原的方法使金属化合物中的使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属单质。金属离子得到电子变成金属单质。 M n+ + n e- = M n+ n+M M得得电子电子, , 被还原被还原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金属活动性逐渐减弱金属活动性逐渐减弱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其金属阳离子的氧化性逐渐增强其金属阳离子的氧化性逐渐增强由于不同金属离子的得电子能力不同，所以由于不同金属离子的得电子能力不同，所以要采用要采用不同的冶炼方法不同的冶炼方法 适用于以游离态存在的适用于以游离态存在的极不活泼的金属极不活泼的金属,例如例如: 铂铂(Pt) 、金、金(Au)等等3、冶炼金属的一般方法、冶炼金属的一般方法（1）物理提取法）物理提取法 -不活泼金属的冶炼不活泼金属的冶炼Hg、Ag（2）热分解法）热分解法HgO =2 2Hg + O2 Ag

4、2O =2 4Ag + O2 一般活泼的金属一般活泼的金属（活动性介于活动性介于ZnCu的金属的金属)常见还原剂：常见还原剂：焦碳焦碳、CO、H2CuO +H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3 （铝热反应）（铝热反应） 高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 （高炉炼铁）（高炉炼铁）高温高温铝热剂铝热剂2CuO + C = 2Cu + CO2 高温高温、活泼金属、活泼金属Al等等（3）热还原法）热还原法铝热反应铝热反应 反应物：反应物： 铝粉、氧化铁铝粉、氧化铁 镁条和氯酸钾的作用：镁条和氯酸钾的作用： 产生高温条件，引发反应产生高温条

5、件，引发反应 现象：现象： Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温铝热剂铝热剂剧烈反应，发出强光，纸剧烈反应，发出强光，纸漏斗下部被烧穿，有红热漏斗下部被烧穿，有红热的液珠落入蒸发皿内的细的液珠落入蒸发皿内的细沙上沙上, ,冷却观察为铁珠冷却观察为铁珠. .镁条：镁条：引燃剂引燃剂氯酸钾：氯酸钾：助燃剂助燃剂铝热反应：铝热反应：铝粉与某些金属氧化物（如铝粉与某些金属氧化物（如Fe2O3、MnO2、Cr2O、V2O5等）的混合物在高温下进等）的混合物在高温下进行的反应。行的反应。铝粉铝粉+金属氧化物金属氧化物的混合物称为的混合物称为铝热剂铝热剂。3MnO2+4Al = 3Mn+

6、2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温其他的铝热反应：其他的铝热反应：铝热反应的应用铝热反应的应用 焊接钢轨焊接钢轨冶炼熔点较高的金属：冶炼熔点较高的金属：V、Cr、Mn、W等等 -适用于活泼金属的冶炼适用于活泼金属的冶炼（活动性介于（活动性介于K-Al的金属的金属)电解电解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 电解电解电解电解问：电解氯化钠水溶液能得到金属钠吗？问：电解氯化钠水溶液能得到金属钠吗？（4）、电解法）、电解法不能，可得到不能，可得到NaOHAl2O3

7、熔点太高熔点太高(2302),加入冰晶石加入冰晶石(Na3AlF6)后可降低其熔点。后可降低其熔点。K Ca Na Mg Al Zn FeCu Hg Ag Pt Au电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法金属活动顺序与金属冶炼金属活动顺序与金属冶炼方法的关系：方法的关系：小结：物理提取物理提取可见，可见，越活泼的金属越难冶炼越活泼的金属越难冶炼金金 属属冶冶 炼炼 原原 理理FeFe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高炉炼铁高炉炼铁)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3(铝热法炼铁铝热法炼铁)高温高温高温高温CuCu2S+O2=2Cu+SO2(火法炼铜火法炼铜)Fe+CuSO4=FeS

8、O4+Cu(湿法炼铜湿法炼铜)高温高温MgMgO+C=Mg+COMgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2 高温高温Al2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2电解电解冰晶石冰晶石Na2NaCl (熔融熔融) =2Na+Cl2电解电解电解电解表表4-1 常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理(1)途径途径提高金属矿物的利用率提高金属矿物的利用率减少金属的使用量减少金属的使用量加强金属资源的回收和再利用加强金属资源的回收和再利用使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料4、合理利用矿物资源，坚持可持续发展战略、合理利用矿物资源，坚持可持续发展战略(2)(2)意义意义节约矿物资源节约矿物资源节约能源

9、节约能源减少环境污染减少环境污染第一步：矿石的第一步：矿石的富集富集：除去杂质，提高矿石中除去杂质，提高矿石中有用成分有用成分含量。含量。第二步：第二步：冶炼冶炼：利用利用氧化还原反应氧化还原反应，在一定条件下，把金，在一定条件下，把金属离子属离子还原还原成单质。成单质。第三步：第三步：精炼精炼：采用一定方法，提炼纯金属。采用一定方法，提炼纯金属。 金属冶炼的步骤：金属冶炼的步骤：练习练习1在冶金工业上，均不能用通常化学在冶金工业上，均不能用通常化学 还原剂制得的金属组是还原剂制得的金属组是 （ ） ANa、Mg 、Al BNa、K 、Zn CFe、Cu、Ag DNa、Ca、CuA2、下列各种冶炼方法中，可以制得、下列各种冶炼方法中，可以制得 相应金属的是（相应金属的是（ ）A、加热氧化铝、加热氧化铝 B、加热碳酸钙、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠、电解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热、氯化钠与铝粉高温共热3、根据金属在金属活动顺序表中的位置、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理提取法物理提取法4、铝能用来冶炼难熔金属（如、铝能用来冶炼难熔金属（如Fe 、V、Mn等），这是因为铝有等），这是因为铝有( )A两性两性 B良好导