📌  相关文章
📜  中等和低活性金属的提取

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:10.301000             🧑  作者: Mango

中等和低活性金属的提取

金属可以与其他元素结合的形式在矿石中找到。因此，一旦矿石从地下开采出来，就必须将其转化为纯金属。金属提取是从矿石中提取金属的过程。取决于矿石的类型、存在的杂质的性质以及要提取的金属的反应性，使用许多步骤将矿石转化为游离金属。下面进一步讨论中等活性金属和低活性金属的提取。

中等活性金属的提取

反应性系列的中间是中等反应性金属，例如锌、铁、锡和铅等。因此，提取中等反应性金属涉及提取反应性系列中间的金属。通过用碳、铝、钠或钙还原它们的氧化物来提取反应性系列金属的中间部分。

一些中等活性金属在自然界中以氧化物的形式存在，而另一些则以碳酸盐或硫化物矿石的形式存在。与从碳酸盐和硫化物相比，金属现在更容易通过还原从它们的氧化物中获得。因此，矿石必须首先转化为金属氧化物，然后才能被还原。煅烧或焙烧可用于将浓缩矿石转化为金属氧化物。要使用的工艺由矿石的性质决定。煅烧将碳酸盐矿石转化为氧化物，而焙烧将硫化物矿石转化为氧化物。

  • 煅烧-煅烧是通过在没有空气的情况下快速加热将碳酸盐矿石转化为金属氧化物的过程。例如，锌在炉甘石矿石中以碳酸锌 (ZnCO 3 ) 的形式存在。为了从碳酸锌中提取金属锌，必须首先将后者转化为氧化锌。煅烧用于实现这一点。在没有空气的情况下强烈加热时，炉甘石矿石或碳酸锌分解成氧化锌和二氧化碳。作为煅烧的结果，碳酸锌转化为氧化锌。

ZnCO 3 → ZnO + CO 2
(碳酸锌) (氧化锌) (二氧化碳)

  • 焙烧-焙烧是通过在空气存在下快速加热硫化矿石转化为金属氧化物的过程。例如，混合锌矿石含有硫化锌 ZnS。因此，在从硫化锌中提取金属锌之前，必须先将硫化锌转化为氧化锌。烘烤用于完成此操作。当混合锌矿石或硫化锌在空气中剧烈加热或烘烤时，会形成氧化锌和二氧化硫。结果，焙烧将硫化锌变成氧化锌。

2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2
(硫化锌) (氧气) (氧化锌) (二氧化硫)

金属氧化物的还原

使用碳、铝、钠或钙等还原剂，将矿石煅烧和焙烧形成的金属氧化物转化为游离金属。待萃取金属的化学反应性决定了使用的还原剂。

  • 用碳还原金属氧化物——碳通常用于还原反应性较低的金属的氧化物，例如锌、铁、镍、锡、铅和铜。金属氧化物以焦炭的形式与碳结合，并在碳还原过程中在炉中加热。金属氧化物被碳还原为游离金属。

例如，通过用碳或焦炭还原锌从其氧化物中回收。当氧化锌与碳一起加热时，会生成锌金属。

ZnO + C → Zn + CO
(氧化锌) (碳) (锌) (一氧化碳)

铁金属还通过碳还原以焦炭的形式从其氧化物矿石“赤铁矿”（Fe 2 O 3 ）中回收。用碳还原氧化物也可用于回收锡和铅金属。铜是一种活性较低的金属，通过用碳还原其氧化物来提取。

  • 用铝还原金属氧化物——在从金属氧化物中提取金属时，可以使用像铝这样的活性更高的金属作为还原剂。例如，当金属氧化物是比锌更活泼的金属并且不能被碳有效还原时，铝被用作还原剂。这是因为活性较高的金属（例如铝）可以从其金属氧化物中置换活性较低的金属，从而产生游离金属。因此，可以采用置换反应将一些金属氧化物转化为游离金属。铝粉在金属氧化物还原成金属后氧化成氧化铝。

例如，通过用铝粉作为还原剂将锰从氧化物中还原出来。二氧化锰与铝粉加热时生成金属锰。

3MnO 2 + 4Al → 3Mn + 2Al 2 O 3 + 热
(二氧化锰) (铝粉) (金属锰) (氧化铝)

MnO 2和Al之间的这种氧化和还原反应是置换反应。

提取活性较低的金属

汞、铜和其他反应性较低的金属位于反应性系列的底部附近。因此，低反应性金属的萃取涉及低反应性金属的萃取。接近反应性标度底部的反应性较低的金属仅通过加热还原它们的氧化物来去除。例如，汞和铜是反应性较低的金属，接近反应性系列的底部。因此，我们将研究如何仅通过加热还原它们的氧化物来提取汞和铜。

汞的提取 -汞是一种反应性相对较低的金属，具有低反应性水平。只需在空气中加热，就可以从硫化矿石中提取汞。这以下列方式发生。硫化矿物朱砂 HgS，实际上是硫化汞 (II)，用于制造金属汞。以下是从朱砂中提取汞的两个步骤。

  • 当形成氧化汞（II）时，将浓缩的硫化汞（II）矿石（朱砂矿石）在空气中焙烧。

2HgS + 3O 2 → 2HgO + 2SO 2
(汞 (II) 硫化物) (氧气) (汞 (II) 氧化物) (二氧化硫)

  • 当氧化汞 (II) 加热到 300 0 C 左右时，它会分解或还原生成金属汞。

2HgO → 2Hg + O 2
(氧化汞 (II)) (金属汞) (氧气)

结果，汞金属是通过单独加热还原氧化汞（II）来生产的。

铜的提取 -铜是一种反应性较低的金属，在反应性标度的底部附近排名。只需在空气中加热，就可以从硫化矿石中提取铜。这以下列方式发生。乍一看，CuS 实际上是硫化铜 (I)，是生产铜金属的矿石之一。以下两个步骤涉及从铜眼矿石中提取铜。

  • 当一部分硫化铜（I）被氧化成氧化铜（I）时，浓缩的硫化铜（I）矿石，也称为铜瞥，在空气中焙烧。

2Cu 2 S + 3O 2 → 2Cu 2 O + 2SO 2
(铜 (I) 硫化物) (氧气) (铜 (I) 氧化物) (二氧化硫)

  • 一旦大量的硫化铜 (I) 转化为氧化铜 (I)，就会关闭用于焙烧的空气供应。上面生成的氧化铜 (I) 与残留的硫化铜 (I) 相互作用，在没有空气的情况下形成铜金属和二氧化硫。

2Cu 2 O + Cu 2 S → 6Cu + SO 2
(氧化铜 (I)) (硫化铜 (I)) (金属铜) (二氧化硫)

示例问题

问题 1：说出金属萃取中使用的两种还原剂。

回答：

问题 2：什么是铝热反应，它是如何工作的？

回答：

问题3：什么时候叫矿石？

回答：

问题 4：命名一种可以通过碳还原从矿石中提取的金属氧化物？

回答：

问题 5：如何从赤铁矿中提取铁？

回答：

问题 6：如何从硫化矿石中提取汞？

回答：