冶炼

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冶炼是对矿石加热以提取贱金属的过程。它是提取冶金的一种形式。它用于从矿石中提取多种金属,包括银、铁、铜和其他贱金属。冶炼使用热量和化学还原剂分解矿石,将其他元素以气体或炉渣的形式排出,并留下金属基体。还原剂通常是碳的化石燃料来源,例如焦炭,或者更早的时候是木炭。由于二氧化碳(CO2)中键的势能较低,矿石中的氧在高温下与碳结合。冶炼最突出的是在高炉中生产生铁,然后将生铁转化为钢。 碳源充当化学反应物...
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  1. 1 冶炼
  2. 2 过程
  1. 烘烤
  2. 减少
  1. 通量
  2. 3 历史

    冶炼

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    冶炼是对矿石加热以提取贱金属的过程。 它是提取冶金的一种形式。 它用于从矿石中提取多种金属,包括银、铁、铜和其他贱金属。 冶炼使用热量和化学还原剂分解矿石,将其他元素以气体炉渣的形式排出,并留下金属基体。 还原剂通常是碳的化石燃料来源,例如焦炭,或者更早的时候是木炭。 由于二氧化碳 (CO2) 中键的势能较低,矿石中的氧在高温下与碳结合。 冶炼最突出的是在高炉中生产生铁,然后将生铁转化为

    碳源充当化学反应物以从矿石中去除氧,从而产生纯化的金属元素作为产品。 碳源在两个阶段被氧化。 首先,碳 (C) 与空气中的氧气 (O2) 燃烧生成一氧化碳 (CO)。 其次,一氧化碳与矿石(例如 Fe2O3)发生反应,去除其中一个氧原子,释放出二氧化碳 (CO2)。 在与一氧化碳连续相互作用后,矿石中的所有氧都将被去除,留下原始金属元素(例如 Fe)。 由于大多数矿石不纯,通常需要使用助熔剂,如石灰石(或白云石),以去除作为矿渣的伴生岩脉石。 这种煅烧反应也经常释放二氧化碳。

    电解还原铝的工厂通常也称为铝冶炼厂。

    过程

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    冶炼不仅仅涉及将金属从矿石中熔化出来。 大多数矿石是金属和其他元素的化合物,例如氧(作为氧化物)、(作为硫化物)或碳和氧一起(作为碳酸盐)。 为了提取金属,工人们必须使这些化合物发生化学反应。 因此,冶炼包括使用合适的还原物质与那些氧化元素结合以释放金属。

    烘烤

    对于硫化物和碳酸盐,称为焙烧的过程会去除不需要的碳或硫,留下可以直接还原的氧化物。 焙烧通常在氧化环境中进行。 几个实际例子:

    • 孔雀石是一种常见的铜矿石,主要是碳酸铜氢氧化物 Cu2(CO3)(OH)2。 这种矿物在 250 °C 和 350 °C 之间的几个阶段经历热分解为 2CuO、CO2 和 H2O。 二氧化碳和水被排放到大气中,留下氧化铜 (II),它可以直接还原为铜,如以下标题为还原的部分所述。
    • 方铅矿是最常见的铅矿物,主要是硫化铅 (PbS)。 硫化物被氧化成亚硫酸盐 (PbSO3),后者热分解成氧化铅和二氧化硫气体。 (PbO 和 SO2)二氧化硫被排出(就像前面例子中的二氧化碳),氧化铅被还原如下。

    减少

    还原是熔炼中最后的高温步骤,在该步骤中氧化物变成元素金属。 还原环境(通常由一氧化碳提供,由缺气炉中的不完全燃烧产生)从原料金属中提取最终的氧原子。 所需温度的变化范围非常大,无论是xxx值还是基础金属的熔点。 例子:

    • 氧化铁在大约 1250°C(2282°F 或 1523.15K)时变成金属铁,比铁的熔点 1538°C(2800.4°F 或 1811.15K)低近 300 度。
    • 氧化汞在接近 550°C(1022°F 或 823.15K)时变成气态汞,比汞的熔点 -38°C(-36.4°F 或 235.15K)高出近 600 度。

    还原步骤完成后,熔剂和炉渣可以提供二次服务:它们在纯化的金属上提供熔融覆盖,防止与氧气接触,同时仍然足够热以容易氧化。 这可以防止杂质在金属中形成。

    冶炼

    通量

    金属工人在冶炼中出于多种目的使用助熔剂,其中主要目的是催化所需的反应并化学结合不需要的杂质或反应产物。 石灰形式的氧化钙通常用于此目的,因为它可以与焙烧和冶炼过程中产生的二氧化碳和二氧化硫发生反应,使它们远离工作环境。

    历史

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    在古代已知的七种金属中,只有黄金经常以天然形式存在于自然环境中。 其他元素——铜、铅、银、锡、铁和汞——主要以矿物形式出现,尽管铜偶尔会以其天然状态被发现,数量具有商业意义。 这些矿物主要是金属的碳酸盐、硫化物或氧化物,与二氧化硅氧化铝等其他成分混合。

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    4. 减少
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