金屬礦物與冶煉

1、金屬礦物與冶煉一、金屬在自然界的存在一、金屬在自然界的存在游離態(tài)（單質）：游離態(tài)（單質）：化合態(tài)（化合物）：化合態(tài)（化合物）：Ag, Pt, AuAg, Pt, AuFe, Cu, NaFe, Cu, Na等絕大多數金屬等絕大多數金屬金屬礦物與冶煉二、金屬礦物二、金屬礦物黃鐵礦黃鐵礦( (FeSFeS2 2 ) )磁鐵礦磁鐵礦( (FeFe3 3O O4 4) )菱鐵礦菱鐵礦( (FeCOFeCO3 3 ) )赤鐵礦赤鐵礦( (FeFe2 2O O3 3) )金屬礦物與冶煉孔雀石孔雀石鋁土礦鋁土礦黃銅礦黃銅礦金屬礦物與冶煉自然界以單質形式存在的銀自然界以單質形式存在的銀自然界以單質形式存在的金

2、自然界以單質形式存在的金金屬礦物與冶煉三、煉鐵的基本原理三、煉鐵的基本原理金屬礦物與冶煉現象：紅棕色的現象：紅棕色的Fe2O3變黑，同時產生使石灰變黑，同時產生使石灰 水變渾濁的氣體。水變渾濁的氣體。Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高溫高溫基本原理：基本原理：氧化反應：得到氧的反應氧化反應：得到氧的反應還原反應：失去氧的反應還原反應：失去氧的反應金屬礦物與冶煉 3C+2Fe2O3 = 4Fe+3CO2高溫高溫H2 C練習：請寫出練習：請寫出H2和和C還原還原Fe2O3的化學方程式的化學方程式高溫高溫3H2+Fe2O3 = 2Fe+3H2O具有還原性的物質具有還原性的物質: CO金屬礦物與冶

3、煉 性性 質質物質物質可燃性可燃性 還原性還原性 C C + O2 CO22C + O2 2COC + 2CuO 2Cu+CO2 CO2CO + O2 2CO2CO + CuO Cu + CO2 H22H2 + O2 2H2OH2 + CuO Cu + H2OH2、C、CO化學性質的比較化學性質的比較點燃點燃點燃點燃點燃點燃點燃點燃 高溫高溫金屬礦物與冶煉金屬礦物與冶煉原料：原料：鐵礦石鐵礦石( (赤鐵礦赤鐵礦) )、焦炭、石灰石、焦炭、石灰石、空氣空氣四、鐵的四、鐵的冶煉冶煉1.1.煉煉鐵鐵設備：設備： 高爐高爐過量空氣過量空氣焦炭焦炭焦炭焦炭高溫高溫高溫高溫赤鐵礦赤鐵礦高溫高溫CO2COF

4、e反應過程：反應過程：金屬礦物與冶煉涉及反應化學方程式：涉及反應化學方程式：3CO+Fe2O3 = 2Fe+3CO2高溫高溫C + CO2 = 2CO高溫高溫C + O2 = CO2點燃點燃產品：產品：生鐵（含碳量生鐵（含碳量2-4.3%）合金合金2.2.煉煉鋼：鋼：氧氣氧氣高溫高溫鋼鋼生鐵生鐵鋼（含碳量鋼（含碳量0.03-2%）金屬礦物與冶煉類別類別含碳量含碳量%含雜質含雜質機械性能機械性能機械加工機械加工生鐵生鐵24.3多多硬而脆硬而脆可鑄不可可鑄不可鍛鍛鋼鋼0.032少少硬而韌、硬而韌、有彈性有彈性可鑄可鍛可鑄可鍛生鐵和鋼的區(qū)別金屬礦物與冶煉中國古代冶煉圖中國古代冶煉圖金屬礦物與冶煉轉轉

5、 爐爐 煉煉 鋼鋼為紀念為紀念1996年中國鋼產量突破年中國鋼產量突破1億噸億噸而發(fā)行的郵票而發(fā)行的郵票金屬礦物與冶煉越活潑越活潑的金屬的金屬,越容易越容易與其他物質形成化與其他物質形成化合物合物,也就也就越難越難從化合物中還原出金屬單從化合物中還原出金屬單質質.越不活潑越不活潑的金屬的金屬, 越不容易越不容易與其他物質形與其他物質形成化合物成化合物,也就也就越容易越容易從化合物中還原出從化合物中還原出金屬單質金屬單質.金屬活動性順序：金屬活動性順序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag Pt Au 金金 屬屬 活活 動動 性性 由由 強強 漸漸 弱弱金

6、屬礦物與冶煉1.活潑金屬活潑金屬(如如K Ca Na Mg AI) 電解法電解法: 2Al2O3 = 4Al+3O22.一般金屬一般金屬(如如Zn Fe Sn Pb Cu) 熱還原法熱還原法: Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO3.較穩(wěn)定金屬較穩(wěn)定金屬(如如Hg Ag) 直接加熱法直接加熱法: 2HgO = 2Hg+O24.穩(wěn)定金屬穩(wěn)定金屬(如如Pt Au) : 直接以單質形式存在直接以單質形式存在通電通電高溫高溫加熱加熱五、冶煉金屬的常用方法五、冶煉金屬的常用方法金屬礦物與冶煉金屬活動性順序：金屬活動性順序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)CuHg AgPt

7、Au電解法電解法熱還原法熱還原法直接加熱法直接加熱法金屬礦物與冶煉例例1 用用1000 t含氧化鐵含氧化鐵80%的赤鐵礦石，的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵理論上可以煉出含鐵96%的生鐵多少噸？的生鐵多少噸？注意：注意： 帶入化學方程式計算的數據應是帶入化學方程式計算的數據應是 純凈物的質量純凈物的質量1000 t80% 70% 96%=583.3 t赤鐵礦石赤鐵礦石氧化鐵氧化鐵鐵鐵生鐵生鐵金屬礦物與冶煉金屬礦物與冶煉金屬礦物與冶煉。金屬礦物與冶煉。金屬礦物與冶煉 生活中許多設施生活中許多設施都是用都是用鐵制鐵制成，成，如如：金屬礦物與冶煉金屬礦物與冶煉二、鐵生銹條件的探究二、鐵生銹條件的探究藥

8、品：現有潔凈無銹的鐵釘、試管、經煮沸迅藥品：現有潔凈無銹的鐵釘、試管、經煮沸迅速冷卻的蒸餾水、植物油、稀鹽酸、棉花和干速冷卻的蒸餾水、植物油、稀鹽酸、棉花和干燥劑氯化鈣。燥劑氯化鈣。試設計實驗以試設計實驗以證明鐵制品銹蝕的條件證明鐵制品銹蝕的條件。金屬礦物與冶煉沒沒有生有生銹銹 產產生生銹蝕銹蝕經經煮沸的煮沸的蒸餾蒸餾水水鐵鐵釘釘棉棉花花無無水水氯氯化化鈣鈣（干燥劑）（干燥劑）蒸餾蒸餾水水 稀鹽酸稀鹽酸油油層層1 2 3 4沒有水沒有水沒有空氣沒有空氣水和空氣同時存在水和空氣同時存在鐵生銹鐵生銹的必要的必要條件探究條件探究金屬礦物與冶煉沒沒有生有生銹銹 產產生生銹蝕銹蝕沒有水沒有水水和空氣同時

9、存在水和空氣同時存在沒有空氣沒有空氣鐵鐵生生銹銹的必要的必要條件探究結論：條件探究結論：金屬礦物與冶煉 鐵鐵的腐的腐蝕稱為蝕稱為，生銹后的產物稱為生銹后的產物稱為其化其化學學反反應過應過程程是相是相當復雜當復雜，但，但結結果果非常非常簡單。簡單。+水水 鐵銹結構鐵銹結構疏松多孔，疏松多孔，吸收水分，加速鐵制吸收水分，加速鐵制品的生銹品的生銹因此，鐵與空氣接觸，又有水分時，最易生銹！因此，鐵與空氣接觸，又有水分時，最易生銹！金屬礦物與冶煉氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質比較氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質比較 鐵銹鐵銹 (e e2 23 3)氧化鋁氧化鋁 (Al2O3)結構特點結構特點若不除去結果若

10、不除去結果疏松多孔疏松多孔完全銹蝕完全銹蝕致密結實致密結實使鋁使鋁“自我保自我保護護”金屬礦物與冶煉三、三、 怎怎樣樣防止防止鐵鐵生生銹銹金屬礦物與冶煉鐵油漆氧氣和水不能與鐵接觸，所以鐵不會生銹油漆剝落后油漆氧氣和水與鐵接觸，導致鐵生銹金屬礦物與冶煉罐頭罐頭是由是由鍍錫鐵制成鍍錫鐵制成。鍍鉻鍍鉻的浴室的浴室水籠頭水籠頭。金屬礦物與冶煉用不用不銹鋼制銹鋼制造的器具造的器具 金屬礦物與冶煉由由鍍鋅鐵制鍍鋅鐵制造的造的水桶水桶 把把鐵與鐵與一一較較活活潑潑的的金屬相金屬相連接連接，犧牲活波金屬犧牲活波金屬，從從而防而防銹銹。金屬礦物與冶煉 破損部位鋅表層氧與鋅反應， 鐵不會腐蝕鐵鋅塊金屬礦物與冶煉金屬防腐蝕的方法：金屬防腐蝕的方法：形成保護層形成保護層 刷油漆、涂油、燒制搪瓷（物理方法）刷油漆、涂油、燒制搪瓷（物理方法） 電鍍上一層耐腐蝕的金屬（鍍鉻、鋅、錫）、電鍍上一層耐腐蝕的金屬（鍍鉻、鋅、錫）、通過化學反應使表面形成致密的氧化物薄膜等通過化學反應使表面形成致密的氧化物薄膜等改變金屬的內部結構改變金屬的內部結構 制成合金，如不銹鋼制成合金，如不銹鋼改善腐蝕環(huán)境等等改善腐蝕環(huán)境等等 保持鐵制品表面干燥和潔凈保持鐵制品表面干燥和潔凈（1)