工業(yè)上能用來提煉金屬的、含有金屬和金屬化合物的礦物稱為礦石。絕大多數(shù)礦石都多少含有雜質。主要是石英、石灰石和長石等,這些物質也稱為脈石,所以從礦石中提煉金屬一般經(jīng)過三大步驟:(1)礦石的富集,(2)冶煉,(3)精煉。
礦石的富集就是預先處理礦石,把其中所含大量脈石移去,以提高礦石中有用成分的含量。富集選礦的方法很多,根據(jù)礦石的顏色、光澤、形狀等不同的特征可進行簡單的手選,利用礦石中有用成分與脈石的密度、磁性、粘度、熔點等性質的不同,可以采用不同的方法選礦,常用的選礦法有水選法、磁選法和浮選法等。
從礦石提煉金屬的方法很多。工業(yè)上的還原過程即稱為冶煉,就是用還原的方法,使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。由于金屬的化學活潑性不同,金屬離子得到電子還原成金屬原子的能力也不同,這樣就可以采取不同的治煉方法,工業(yè)上提煉金屬一般有幾種方法,本文先介紹熱分解法與電解法。
有一些金屬僅用加熱的方法就可以得到。大多數(shù)氧化物直到1273K也是穩(wěn)定的,但在金屬活動順序中,在氫后面的金屬其氧化物受熱就容易分解,如HgO和Ag2O加熱發(fā)生下列分解反應:
2HgO=2Hg+O2↑
2Ag2O=4Ag+O2↑
將辰砂(硫化汞)加熱也可以得到汞:
HgS+O2=Hg+SO2↑
在金屬活動順序表中,在鋁前面的幾種輕金屬是很活潑的金屬,它們都很容易失去電子,所以不能用一般還原劑,使它們從化合物中還原出來。這些金屬用電解法制取最適宜,電解是最強的氧化還原手段。任何離子化合物都可以進行電解反應。電解法有水溶液電解和熔鹽電解法兩種?;顫姷慕饘偃玟X、鎂、鈣、鈉等用熔融化合物電解法制備。在金屬活動順序中,鋁以后的金屬可以用電解其鹽的水溶液來制取。電解時還原反應在陰極上產(chǎn)生,這種方法可以得到很純的產(chǎn)品,但要消費大量的電能,成本較高。
一種金屬采用什么提煉方法與它們的化學性質、礦石的類型和經(jīng)濟效果等有關,下面小結一下金屬的提煉方法與它們的性質和存在的關系(見圖16-1):
① 活潑的金屬主要用熔鹽電解法提煉。
② 以含氧陰離子或二氧化物存在的、對氧有較強親和力、正電荷高的活潑金屬用電解法或化學還原法來制備,特別是用活潑金屬置換法來制備。
③ 以疏化礦存在的元素通常要先焙燒,使之變成氧化物,然后用熱還原法或熱分解法處理。氧化物的還原如能用最廉價的做還原劑,是最經(jīng)濟的方法。
④ 元素有容易分解的化合物存在時,可以用熱分解方法處理。圖16-1列出金屬在周期表的位置與提煉方法的大致關系。