《开发利用金属矿物和海水资源》课件1

1、 一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用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人类最早发现和应用的金属分别是：人类最早发现和应用的金属分别是：Cu2（OH）2CO3 = 2CuO + H2O + CO2 C + 2CuO = CO2 + 2Cu高温高温铜是人类第一种大量使用的金属，结束了铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的漫长的“石器时代石器时代”. 在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，年左右，人类开始迈进了象征古代文明开人类开始迈进了象征古代文明开端的端的“铜器时代铜器时代”。铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币这是英法联军这是英法联军

2、洗劫焚毁世界洗劫焚毁世界建筑史上最杰建筑史上最杰出的园林出的园林圆明园后，被圆明园后，被劫掠到国外的劫掠到国外的珍贵文物珍贵文物铜虎头铜虎头，2000年在香港被拍年在香港被拍卖。由中国派卖。由中国派员出高价将其员出高价将其赎回。赎回。记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到南宋末

3、年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。古代中国劳动人民用木炭炼铁古代中国劳动人民用木炭炼铁 冶炼金属的实质是用还原的方法冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。电子变成金属原子。 将金属从其化合物中还原出来用于生产将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。金属的冶炼。金属活动性顺序金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) C

4、u Hg Ag Pt Au金属活动性逐渐减弱金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强金属离子的得电子能力逐渐增强冶炼金属的方法冶炼金属的方法 1、热分解法、热分解法（适合一些不活泼金属）（适合一些不活泼金属）2HgO = 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热2、物理提取法：适用于极不活泼的、物理提取法：适用于极不活泼的金属金属Pt、Au3、热还原法（适用于大部分金属）、热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 高温高温铝热反应铝热反应实验实验41 注意观察现象注意观察现象反应现象：镁

5、条剧烈燃烧，放出大量的镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温铝热剂铝热剂 铝是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物铝是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。金属也可作还原剂。3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al = 9C

6、o + 4Al2O3高温高温其它铝热反应其它铝热反应 铝热反应的应用铝热反应的应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等 由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。 然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，

7、制铝工然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改进，艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成主要成 分是分是Al2O3，当然还是有很多，当然还是有很多其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。降千丈，走入千家万户。4、电解法（适合一、电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属） MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl2 电解电解2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融)

8、 = 2Na + Cl2 电解电解K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgPt Au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 今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部业，如我国第一颗人造卫星东方红

9、一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗用铝合金制成，美国的阿波罗1111号，宇宙飞船所号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金用的金属材料中，铝及合金75%75%左右，可以说人类左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体，每注意：正常人的人体，每7070公斤体重约含公斤体重约含6161毫克铝。毫克铝。 但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信

10、息导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。受阻，引起老年痴呆。镁在地壳中含量只有铝镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价矿物质中获取镁，代价比铝更高。比铝更高。海洋中含有大量的氯化海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦镁，海水又咸又苦。咸是因为含有氯化钠，咸是因为含有氯化钠，苦是因为含有氯化镁苦是因为含有氯化镁，同样道理，粗盐易潮同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化多的氯化镁，而氯化镁易吸水。镁易吸水。据估算，假如每年从海水中提取据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁再过亿吨镁再过

11、一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到降低到0.12%，即只减少了万分之一。，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。可谓取之不尽，用之不竭。1 1、不同的金属，冶炼方法不同、不同的金属，冶炼方法不同+nM得电子得电子M（被还原）（被还原）因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。2、金属活动、金属活动 性顺序金属的冶炼性顺序金属的冶炼K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag、Pt、Au强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法合理

12、开发和利用矿物资源，主要途径有：合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3、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4、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料 1、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2、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

13、方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法 从太空观察地球，看到地球上有七片陆从太空观察地球，看到地球上有七片陆地地“漂浮漂浮”在一大片蓝色的海洋之中在一大片蓝色的海洋之中是“历史留给人类人类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的， 也是富饶的也是富饶的 1.海水水资源的利用：海水的淡化海水水资源的利用：海水的淡化 （1）使海水淡化的途径）使海水淡化的途径 通过海水中提取淡水或从海水中把盐分离通过海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。出去，都可以达到淡化海水的目的。 （

14、2）海水淡化的方法及其特点）海水淡化的方法及其特点 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、蒸馏法、电渗析法、离子交换法离子交换法等。等。 其中其中蒸馏法蒸馏法的历史最久，的历史最久，技术和工艺也比较完善，技术和工艺也比较完善，但成本较高。但成本较高。海水蒸馏原理示意图： 太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图： 含含80多种元素，以氢、氧、多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为较多。被称为“元素的故乡元素的故乡”。海水中铀多达海水中铀多达45亿吨亿吨是已知陆地铀矿储量是已知陆地铀矿储量的的4500倍。氘有倍。氘有50亿亿吨足够人

15、类用上千万吨足够人类用上千万年年海水中的化学资源海水中的化学资源海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源2.海水化学资源的开发利用海水化学资源的开发利用 海水综合利用的重要方向是：海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的。如从海水中制得的氯化钠氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取水中制取镁、钾、溴镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工及其化工产品，是在传统制盐工业

16、上的发展。业上的发展。 从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。 例如，例如，铀和重水铀和重水目前是核能开发中的重要原料，目前是核能开发中的重要原料，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。化学在开发化学在开发海洋药物海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型等也是越来越受到重视和开发的新型能源。能源。煮海为盐从海水中提取从海水中提取NaClNaCl海水提溴：主要方法是空气吹出法海水提溴：主要方法是空气吹出法主要流程主要流程海水海水浓缩浓缩酸化酸化浓缩浓缩海水海水BrBr- -通入通入氯气氯气海海水水ClCl- -BrBr2 2通入空气通入空气水蒸