金屬資源的利用和保護(hù)216

1、一一.金屬元素在自然界中的存在金屬元素在自然界中的存在 金屬元素在自然界中分布很廣，極少數(shù)不活潑的金屬元素在自然界中分布很廣，極少數(shù)不活潑的金屬（如金、銀等）有金屬（如金、銀等）有單質(zhì)形式單質(zhì)形式存在；存在；圖圖52 地殼中金屬的百分含量地殼中金屬的百分含量 含有礦物的巖石稱為含有礦物的巖石稱為礦礦石。石。鐵礦石等都是常見鐵礦石等都是常見的礦石的礦石 其余大多數(shù)以其余大多數(shù)以化合物化合物的形式存在。金屬化合物的形式存在。金屬化合物在自然界中以在自然界中以礦物礦物的形的形式存在。式存在。元素名元素名稱稱質(zhì)量分質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)/元素名元素名稱稱質(zhì)量分質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)/鋁鋁7.73鎂鎂2.00鐵鐵4.75鋅鋅0

2、.008鈣鈣3.45銅銅0.007鈉鈉2.74銀銀0.00001鉀鉀2.47金金0.0000005赤鐵礦赤鐵礦菱鐵礦菱鐵礦鋁鋁士士礦礦黃銅礦黃銅礦輝銅礦輝銅礦Fe2O3常見幾種金屬礦物的成分常見幾種金屬礦物的成分罕見的銅礦石毛赤銅礦(Cu2O ) 我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數(shù)我國是世界上已知礦物種類比較齊全的少數(shù)國家這一，礦物儲(chǔ)量也很豐富，其中國家這一，礦物儲(chǔ)量也很豐富，其中鎢、鉬、鎢、鉬、鈦、錫、銻鈦、錫、銻等儲(chǔ)量居世界前列，等儲(chǔ)量居世界前列，銅、鋁、錳銅、鋁、錳等等儲(chǔ)量在世界觀上也占有重要志地位。儲(chǔ)量在世界觀上也占有重要志地位。 大自然向人類提供了豐富的大自然向人類提供了豐富的金

3、屬礦物資源金屬礦物資源，人類每年要提煉數(shù)以人類每年要提煉數(shù)以億噸計(jì)的金屬億噸計(jì)的金屬用于工農(nóng)業(yè)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域。其中，提取量最大的是生產(chǎn)和其它領(lǐng)域。其中，提取量最大的是鐵鐵。二二.鐵的冶煉鐵的冶煉為紀(jì)念為紀(jì)念1996年中國鋼產(chǎn)產(chǎn)量突破年中國鋼產(chǎn)產(chǎn)量突破1億噸而發(fā)行的郵票億噸而發(fā)行的郵票上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐上海寶山鋼鐵公司煉鐵高爐現(xiàn)象：現(xiàn)象：紅色紅色粉末粉末變成變成黑色黑色，澄清，澄清的石灰水變渾濁。的石灰水變渾濁。點(diǎn)燃尾氣有點(diǎn)燃尾氣有藍(lán)色藍(lán)色火焰火焰一氧化碳還原氧化鐵一氧化碳還原氧化鐵Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O2C

4、O + O2 2CO2用酒精燈點(diǎn)燃尾氣用酒精燈點(diǎn)燃尾氣的作用是的作用是防止一氧化碳污染空氣防止一氧化碳污染空氣實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1、檢查裝置氣密性、檢查裝置氣密性2、將適量的氧化鐵裝入試管并固定裝置、將適量的氧化鐵裝入試管并固定裝置3、點(diǎn)燃右邊點(diǎn)燃右邊酒精燈酒精燈4、通入一氧化碳通入一氧化碳?xì)怏w氣體5、點(diǎn)燃酒精噴燈給氧化鐵加熱、點(diǎn)燃酒精噴燈給氧化鐵加熱6、待硬質(zhì)玻璃管內(nèi)紅色物質(zhì)完全變?yōu)楹谏珪r(shí)停止加熱、待硬質(zhì)玻璃管內(nèi)紅色物質(zhì)完全變?yōu)楹谏珪r(shí)停止加熱7、待玻璃管內(nèi)固體冷卻后、待玻璃管內(nèi)固體冷卻后停止通入一氧化碳停止通入一氧化碳，然后，然后熄滅右邊熄滅右邊酒精燈酒精燈實(shí)驗(yàn)前要先通實(shí)驗(yàn)前要先通CO將玻

5、璃管中的空氣排盡再加熱，防止加熱時(shí)將玻璃管中的空氣排盡再加熱，防止加熱時(shí)CO與空氣混合發(fā)生爆炸；實(shí)驗(yàn)完畢后，停止加熱時(shí)要繼續(xù)與空氣混合發(fā)生爆炸；實(shí)驗(yàn)完畢后，停止加熱時(shí)要繼續(xù)通通CO至玻璃管內(nèi)固體冷卻，防止高溫下的生成物鐵與空氣至玻璃管內(nèi)固體冷卻，防止高溫下的生成物鐵與空氣接觸而被氧化，同時(shí)還可防止石灰水倒吸。接觸而被氧化，同時(shí)還可防止石灰水倒吸。赤鐵礦赤鐵礦 Fe2O3菱鐵礦菱鐵礦 FeCO3磁鐵礦磁鐵礦 Fe3O4在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來從鐵礦石中還原出來Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高溫高溫石灰石、

6、石灰石、鐵礦石鐵礦石焦炭、空氣焦炭、空氣化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：高爐是個(gè)豎直的高爐是個(gè)豎直的圓筒形圓筒形爐子，爐子，爐殼用爐殼用鋼板鋼板制成，內(nèi)部用制成，內(nèi)部用耐耐火磚火磚作襯里。煉鐵的主要原作襯里。煉鐵的主要原料是料是鐵礦石、焦炭、石灰石鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣和空氣。 高溫下，用還原劑（主高溫下，用還原劑（主要是一要是一氧化碳氧化碳）從鐵礦）從鐵礦石里把鐵還原出來石里把鐵還原出來 變式： 1000t含氧化鐵含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可煉出的赤鐵礦石，理論上可煉出含鐵含鐵 96%的生鐵的生鐵的質(zhì)量是多少？的質(zhì)量是多少？解：氧化鐵的質(zhì)量解：氧化鐵的質(zhì)量： 1000t 80% =800t

7、設(shè)：理論上可煉出鐵的質(zhì)量為設(shè)：理論上可煉出鐵的質(zhì)量為X.Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 160 2X56800t X 高溫折合為含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為560t96%=583t答：1000t可煉出生鐵為583t。 256 x=560t800t x=練習(xí)：練習(xí)： 要煉出含雜質(zhì)要煉出含雜質(zhì)3%的生鐵的生鐵2000噸，需要含噸，需要含四氧化四氧化三鐵三鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的磁鐵礦石多少？的磁鐵礦石多少？解解：鐵的質(zhì)量鐵的質(zhì)量： 2000t(1-3%) =1940t設(shè)：可煉出四氧化三鐵的質(zhì)量為可煉出四氧化三鐵的質(zhì)量為XFe3O4+4CO = 3Fe+4CO2 232 168 X 19

8、40t高溫232 x x=2679t168 1940t=折合為磁鐵礦石的質(zhì)量為折合為磁鐵礦石的質(zhì)量為2679t90%=2977t答：磁鐵礦石的質(zhì)量為2977t。 據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)在全世界每年被腐據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)在全世界每年被腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料相當(dāng)于年產(chǎn)量的20%40%鋼鐵的最大的弱點(diǎn)就是容易生繡鋼鐵的最大的弱點(diǎn)就是容易生繡三三.金屬資源保護(hù)金屬資源保護(hù)1.金屬的腐蝕和防護(hù)金屬的腐蝕和防護(hù)全浸在水中全浸在水中干燥空氣中干燥空氣中一半在水中一半在水中 一周后一周后鐵釘浸沒一半在水中：鐵釘浸沒一半在水中： 鐵在空氣、水的界鐵在空氣、水的界面處生銹面處

9、生銹鐵釘完全浸沒在水中（上面還加植物油）：鐵釘完全浸沒在水中（上面還加植物油）： 鐵未生銹鐵未生銹鐵釘放在干燥的空氣中（加干燥劑等）：鐵釘放在干燥的空氣中（加干燥劑等）： 鐵未生銹鐵未生銹全浸在水中全浸在水中一半在水中一半在水中干燥空氣中干燥空氣中1 1鐵生銹是鐵與氧氣、水等物鐵生銹是鐵與氧氣、水等物質(zhì)相互作用。（緩慢氧化質(zhì)相互作用。（緩慢氧化, ,放熱）放熱）2 2鐵銹（混合物）的主要成分鐵銹（混合物）的主要成分是氧化鐵是氧化鐵Fe2O3, ,紅棕色紅棕色. . 結(jié)論結(jié)論:在空氣中銹蝕，實(shí)際上是在空氣中銹蝕，實(shí)際上是鐵鐵跟跟氧氣氧氣、水水等等物質(zhì)相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜的物質(zhì)相互作用，發(fā)生一

10、系列復(fù)雜的化學(xué)變化學(xué)變化化，使鐵轉(zhuǎn)化為，使鐵轉(zhuǎn)化為鐵的化合物鐵的化合物的過程。的過程。因此，鐵與空氣接觸，又有水分時(shí)，最易因此，鐵與空氣接觸，又有水分時(shí)，最易生銹！生銹！鐵銹成分復(fù)雜，主要是鐵銹成分復(fù)雜，主要是FeFe2 2O O3 3XHXH2 2O O它它是一種疏松多孔的物質(zhì)是一種疏松多孔的物質(zhì) 鐵銹鐵銹這種多孔性的物質(zhì)，能讓水分和空氣穿過它這種多孔性的物質(zhì)，能讓水分和空氣穿過它的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被的空隙，不斷向里層滲透，繼續(xù)跟鐵反應(yīng)，直至鐵被完全銹蝕。完全銹蝕。 3.鐵生銹的實(shí)質(zhì)氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較氧化鐵與鋁壺表面的氧化鋁膜性質(zhì)比較 鐵銹鐵銹 (e

11、23)氧化鋁氧化鋁 (Al2O3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)若不除去結(jié)果若不除去結(jié)果疏松多孔疏松多孔完全銹蝕完全銹蝕致密結(jié)實(shí)致密結(jié)實(shí)使鋁使鋁“自我保自我保護(hù)護(hù)”與空氣（氧氣）與空氣（氧氣）接觸接觸與水與水接觸接觸4.4. 怎怎樣樣防止防止鐵鐵生生銹銹怎么防止鋼鐵生銹呢？怎么防止鋼鐵生銹呢？在在車車船船的的表表面面噴噴油油漆漆在機(jī)械表面涂防銹油在機(jī)械表面涂防銹油此外，還可以在鋼此外，還可以在鋼鐵表面鍍上一層能鐵表面鍍上一層能起保護(hù)作用的其他起保護(hù)作用的其他金屬。金屬。如：在鋼鐵表面鍍?nèi)纾涸阡撹F表面鍍鋅、和鍍鉻鋅、和鍍鉻鍍銅鍍銅制成合金制成合金保持鋼鐵表面的清潔干燥。保持鋼鐵表面的清潔干燥。鍍金屬保護(hù)層：如鍍錫、鍍鋅、鍍鉻等；白鐵皮鍍鋅，馬鍍金屬保護(hù)層：如鍍錫、鍍鋅、鍍鉻等；白鐵皮鍍鋅，馬口鐵鍍錫，鋼圈鍍鉻、鎳?？阼F鍍錫，鋼圈鍍鉻、鎳。涂非金屬保護(hù)層：如噴涂油漆、涂防銹油、在臉盆、杯子涂非金屬保護(hù)層：如噴涂油漆、涂防銹油、在臉盆、杯子表面燒涂搪瓷、用橡膠或塑料包在鋼鐵表面。表面燒涂搪瓷、用橡膠或塑料包在鋼鐵表面。形成氧化膜保護(hù)層：槍套上形成四氧化三鐵、形成氧化膜保護(hù)層：槍套上形成四氧化三鐵、 鋸條上的鋸條上的烤藍(lán)。烤藍(lán)。在鋼鐵里加入金屬或非金屬形成耐腐蝕合金：如不銹鋼在鋼鐵里加入金屬或非金屬形成耐腐蝕合金：如不銹鋼（加（加