高中化学必修二人教版：4-1-金属矿物的开发利用-课件.pptx

1、中国古代冶金史及其启示金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用启东中学启东中学 徐徐龙胜龙胜蛟龙号深潜器辽宁号航空母舰 “辽宁号辽宁号”航空母舰，简称航空母舰，简称“辽宁舰辽宁舰”，是，是中国人民解放军中国人民解放军海军第一艘可以海军第一艘可以搭载固定翼飞机搭载固定翼飞机的航空母舰的航空母舰,其主其主体材料是特种钢。体材料是特种钢。“蛟龙号蛟龙号”载人深潜器是我载人深潜器是我国首台自主设计、国首台自主设计、自主集成研制的自主集成研制的作业型深海载人作业型深海载人潜水器，设计最潜水器，设计最大下潜深度为大下潜深度为7000米级，也是米级，也是目前世界上下潜目前世界上下潜能力最深的作业能力最深的作业型

2、载人潜水器。型载人潜水器。其主体材料为钛其主体材料为钛合金合金。中国古代冶金中国古代冶金史史 “金入于猛火金入于猛火 ，色不夺精光。自开辟以来，色不夺精光。自开辟以来，日月不亏明。金不失其重，日月行如常日月不亏明。金不失其重，日月行如常金金性不败朽，故为万物宝性不败朽，故为万物宝”周易参同契 魏伯阳（东汉）“广西诸洞产生金，洞丁皆能淘取，其碎粒如广西诸洞产生金，洞丁皆能淘取，其碎粒如蚯蚓泥，大者如点瓜子，世名为瓜子金，其碎蚯蚓泥，大者如点瓜子，世名为瓜子金，其碎者如麦片，则名麸皮金，色深紫者如麦片，则名麸皮金，色深紫”癸辛杂识续集周密（宋）金的冶金的冶炼炼 金的性质：金的性质：金的冶炼方法：金

3、的冶炼方法：金的冶金的冶炼炼“色深紫色深紫”、性质稳定，存、性质稳定，存在游离态在游离态物理方法物理方法淘取淘取中国古代冶金中国古代冶金史史“河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见埃尘，河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见埃尘，鬼隐龙匿，莫知所存。将欲制之鬼隐龙匿，莫知所存。将欲制之 ，黄芽为根，黄芽为根”周易参同契 魏伯阳（东汉）“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”抱朴子 葛洪（东晋）汞的冶汞的冶炼炼中国古代冶金中国古代冶金史史HgS 汞的性质：汞的性质：汞的冶炼：汞的冶炼：汞的冶汞的冶炼炼沸点较低，易与硫反应沸点较低，易与硫反应热分解法：热分解法：HgS Hg+S H

4、gO Hg+O2中国古代冶金中国古代冶金史史 铜矿二百五十萝，炭七百担，柴一千七百铜矿二百五十萝，炭七百担，柴一千七百段，雇工八百余。用柴叠烧两次，共六日六夜。段，雇工八百余。用柴叠烧两次，共六日六夜。烈火亘天夜，则山谷如昼，铜在矿中既经烈火，烈火亘天夜，则山谷如昼，铜在矿中既经烈火，皆成茱萸头，出于矿面。火愈炽，则溶液成砣，皆成茱萸头，出于矿面。火愈炽，则溶液成砣，候冷，用铁锤击碎，入大旋风炉，连烹三日三夜，候冷，用铁锤击碎，入大旋风炉，连烹三日三夜，方见成铜，名曰生烹方见成铜，名曰生烹。菽园杂记陆荣（明）铜的冶铜的冶炼炼中国古代冶金中国古代冶金史史铜的冶炼方法：铜的冶炼方法：1.1.火法炼

5、铜火法炼铜铜的冶铜的冶炼炼CuCu2 2S+OS+O2 2 2Cu+SO 2Cu+SO2 2高温高温中国古代冶金中国古代冶金史史铜的冶炼方法：铜的冶炼方法：1.1.火法炼铜火法炼铜2.2.热还原法热还原法铜的冶铜的冶炼炼CuCu2 2S+OS+O2 2 2Cu+SO 2Cu+SO2 2高温高温Cu2（OH）2CO3 2CuO+CO2CuO+CO2 2+H+H2 2O O CuOCuO+C +C Cu +COCu +CO2 2高温高温中国古代冶金中国古代冶金史史“白青得铁，即化为铜白青得铁，即化为铜”淮南万毕术刘安（西汉）“鸡屎矾鸡屎矾，投苦酒中涂铁，皆作铜色。，投苦酒中涂铁，皆作铜色。本草经集

6、注陶弘景（梁）“饶州府德兴县大茅山，饶州府德兴县大茅山，铜山在县北三十里，铜山在县北三十里，唐置铜场处唐置铜场处。山麓有胆泉，土人汲以浸铁，数日辄山麓有胆泉，土人汲以浸铁，数日辄类朽木，刮取其屑，锻炼成铜。类朽木，刮取其屑，锻炼成铜。”浸铜要略序张潜（北宋）铜的冶铜的冶炼炼CuSO4一种含一种含CuSO4的矿石的矿石地地名名中国古代冶金中国古代冶金史史醋醋铜的冶炼方法：铜的冶炼方法：1.1.火法炼铜火法炼铜2.2.热还原法热还原法3.3.湿法炼铜湿法炼铜铜的冶铜的冶炼炼CuCu2 2S+OS+O2 2 2Cu+SO 2Cu+SO2 2高温高温Cu2（OH）2CO3 2CuO+CO2CuO+CO

7、2 2+H+H2 2O O CuOCuO+C +C Cu +COCu +CO2 2高温高温CuSOCuSO4 4+Fe+Fe 2Cu+FeSO2Cu+FeSO4 4中国古代冶金中国古代冶金史史“凡炉中炽铁用炭，煤炭居十七，木炭居十三。凡炉中炽铁用炭，煤炭居十七，木炭居十三。天工开物宋应星（明）铁和锌的冶铁和锌的冶炼炼FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO =2Fe+3CO3CO2 2高温中国古代冶金中国古代冶金史史 凡凡“倭铅倭铅”古书本无之，乃近世所立名色。其质用古书本无之，乃近世所立名色。其质用炉甘石熬炼而成，繁产山西太行山一带，而荆衡次之。炉甘石熬炼而成，繁产山西太行山一带

8、，而荆衡次之。每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，封裹泥固封裹泥固，以渐砑干，以渐砑干，勿使见火拆裂。然后逐层用勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛煤炭饼垫盛，其底铺薪，发，其底铺薪，发火燃红。罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出，每十耗火燃红。罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出，每十耗其二，即倭铅也。其二，即倭铅也。此物无铜收伏，入火即成烟飞去此物无铜收伏，入火即成烟飞去。以。以其其似铅而性猛似铅而性猛，故名之曰，故名之曰“倭倭”云。云。天工开物宋应星（明）铁和锌的冶铁和锌的冶炼炼ZnCO3中国古代冶金中国古代冶金史史古代炼锌设备古代炼锌设备 铁和锌的冶炼方法：热还原法铁和锌

9、的冶炼方法：热还原法铁和锌的冶铁和锌的冶炼炼FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO =2Fe+3CO3CO2 2FeFe2 2O O3 3+2 Al=2Fe+2 Al=2Fe+AlAl2 2O O3 3高高温温高高温温中国冶金之历中国冶金之历史史 铁和锌的冶炼方法：热还原法铁和锌的冶炼方法：热还原法铁和锌的冶铁和锌的冶炼炼FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO =2Fe+3CO3CO2 2FeFe2 2O O3 3+2 Al=2Fe+2 Al=2Fe+AlAl2 2O O3 3高高温温高高温温中国冶金之历中国冶金之历史史中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示1

10、.冶金方法及其规律冶金方法及其规律2Ag2Ag2 2O=4Ag+O=4Ag+O O2 22HgO=2Hg+O2HgO=2Hg+O2 2高高温温FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO =2Fe+3CO3CO2 2FeFe2 2O O3 3+2 Al=2Fe+2 Al=2Fe+AlAl2 2O O3 3高高温温CuCu2 2S+OS+O2 2 =2Cu+SO=2Cu+SO2 2高高温温CuSOCuSO4 4+Fe+Fe =2Cu+FeSO=2Cu+FeSO4 41.冶金方法及其规律冶金方法及其规律不活泼金属：不活泼金属：中等活泼金属：中等活泼金属：特别活泼金属：特别活泼金属：物理法或

11、者热分解法物理法或者热分解法热还原法热还原法中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示2.冶金原理（本质）冶金原理（本质）AgAg2 2O AgO AgCuSOCuSO4 4 Cu CuFeFe2 2O O3 3 Fe Fe+1 +1 0 0+3 +3 0 0+2 +2 0 0 Mnne =M中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示e-e-e-e-e-e-Mg2+Cl-阴极反应：阴极反应：Mg2+2e-=Mg阳极反应：阳极反应：2Cl-2e-=Cl2总反应：总反应：MgCl2（熔融）（熔融）Mg+Cl2电解电解中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示注：注：连接连接电池电池负极负极的

12、叫的叫阴极阴极，连接连接电池电池正极正极的叫的叫阳极阳极电解法电解法电解电解熔融熔融的的MgClMgCl2 21.冶金方法及其规律冶金方法及其规律不活泼金属：不活泼金属：中等活泼金属：中等活泼金属：特别活泼金属：特别活泼金属：物理法或者热分解法物理法或者热分解法热还原法热还原法电解法（电解法（Na Mg Al）中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示2Al2Al2 2O O3 3(熔融熔融)=4Al+3O)=4Al+3O2 2电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl)=2Na+Cl2 2电解电解MgClMgCl2 2(熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2

13、电解电解3.3.知识应用知识应用铜的冶炼方法探究铜的冶炼方法探究 孔雀石是铜的表生矿物，所以呈绿色或暗绿色，古时亦孔雀石是铜的表生矿物，所以呈绿色或暗绿色，古时亦称之为称之为“石绿石绿”。据本草纲目载：。据本草纲目载：“石绿生铜坑内，乃铜之石绿生铜坑内，乃铜之祖气也，铜得紫阳之气而绿，绿久则成石，谓之石绿。祖气也，铜得紫阳之气而绿，绿久则成石，谓之石绿。”因其因其颜色和它特有的同心圆状的花纹犹如孔雀美丽的尾羽，故而得颜色和它特有的同心圆状的花纹犹如孔雀美丽的尾羽，故而得名，也因此尤为珍贵。孔雀石是古人炼铜常用的铜矿名，也因此尤为珍贵。孔雀石是古人炼铜常用的铜矿之一，其主要成分为（之一，其主要成

14、分为（Cu (OH)CO ），请你以），请你以孔雀石为原料，设计实验方案冶炼（制取）铜。孔雀石为原料，设计实验方案冶炼（制取）铜。中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示探究方案一、湿法炼铜探究方案一、湿法炼铜原材料原材料（原铜（原铜矿）矿）预处预处理理Cu(OH)CO 粉末粉末CuSO4溶液溶液 Cu酸溶酸溶还原还原中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示探究方案二、热还原法探究方案二、热还原法Cu(OH)CO 粉末粉末CuOCu加热加热还原还原中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示探究方案三、电解法探究方案三、电解法e-e-e-e-e-e-Cu2+阴极反应：阴极反应：Cu2+

15、2e-=Cu阳极反应：？阳极反应：？H2？O2？中国古代冶金方法之中国古代冶金方法之启示启示金属矿物资源开发利用之现状与金属矿物资源开发利用之现状与展望展望1.1.金属矿物资源开发利用之现状金属矿物资源开发利用之现状能耗大能耗大污染重污染重资源枯竭资源枯竭2 2.金属矿物资源开发利用之金属矿物资源开发利用之展望展望（1 1）能耗方面）能耗方面（2 2）环境方面）环境方面（3 3）回收利用）回收利用（4 4）金属矿物资源开发利用之展望金属矿物资源开发利用之展望科技前沿科技前沿 生物冶金技术生物冶金技术，又称生又称生物浸出技术，通常指矿石物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，的细菌氧化或生物

16、氧化，由自然界存在的微生物进由自然界存在的微生物进行。它们靠无机物生存，行。它们靠无机物生存，对生命无害。这些细菌对生命无害。这些细菌“靠靠吃吃矿石矿石为生为生”，化学和生物，化学和生物作用将金属矿物变成可溶作用将金属矿物变成可溶性的性的硫酸盐硫酸盐，不可溶解的，不可溶解的贵金属留在残留物中，铁贵金属留在残留物中，铁、砷和其他贱金属，如铜、砷和其他贱金属，如铜、镍和锌进入溶液。溶液、镍和锌进入溶液。溶液可与残留物分离，在溶液可与残留物分离，在溶液中和之前，采取传统的加中和之前，采取传统的加工方式，如溶剂萃取，来工方式，如溶剂萃取，来回收贱金属，如铜。残留回收贱金属，如铜。残留物中可能存在的贵金

17、属，物中可能存在的贵金属，经细菌氧化后，通过氰化经细菌氧化后，通过氰化物提取。物提取。生物冶金技术科技前沿科技前沿 海洋采矿海洋采矿，海洋海洋占整个地球面积的占整个地球面积的71%71%，约，约3.63.6亿平方公里。亿平方公里。调查结果表明，陆地调查结果表明，陆地上的许多金属和非金上的许多金属和非金属矿在海洋中都已发属矿在海洋中都已发现，而且有些矿藏的现，而且有些矿藏的储量巨大。海底矿产储量巨大。海底矿产资源主要分为海水中资源主要分为海水中溶解的矿物、海底表溶解的矿物、海底表层矿床和海底基岩矿层矿床和海底基岩矿床。床。海洋采矿科技前沿科技前沿 根据经合组织报告，根据经合组织报告，201720

18、17年钢铁产能达到年钢铁产能达到23.623.6亿吨，比实亿吨，比实际需求超过约等三分之一。丹麦际需求超过约等三分之一。丹麦物理学家，诺贝尔物理学奖获得物理学家，诺贝尔物理学奖获得者者Niels BohrNiels Bohr认为，未来的钢材认为，未来的钢材运用纳米合金技术、量子技术，运用纳米合金技术、量子技术，使钢材的强度、延展性大幅提高使钢材的强度、延展性大幅提高，钢材的质量达到近乎完美的地，钢材的质量达到近乎完美的地步。届时刚才的种类超过步。届时刚才的种类超过1000010000种种（20162016年大约年大约35003500种）种）。新技术炼钢课后思考课后思考 1.电解法可制备活泼金属

19、，为什么用电解法电解法可制备活泼金属，为什么用电解法冶炼金属铝用的原料是冶炼金属铝用的原料是Al2O3，而其它的，而其它的活泼金属（如钠、镁）却用的是氯化物？活泼金属（如钠、镁）却用的是氯化物？2.铝热反应是个放热反应，可是却需要高温铝热反应是个放热反应，可是却需要高温引发，如何在这个实验中创造高温条件？引发，如何在这个实验中创造高温条件？二、中国古代冶金设备 宋代吴俣丹房须知。图中，3为丹炉，丹砂经灼烧后，生成的汞 蒸气经过圆釜。圆釜顶上盖有“密泥”，以防止气体 逸出。汞蒸气在圆釜中经过气管(图中 5)，冷凝后变成液态汞。清人卢若腾岛居随录(卷下)“制伏”条中说:“铸铁不销，以羊头骨灰致之，

20、即消融。”那么这该是采用含磷质的骨头灰来加速炉料的熔化了，也可算是一项创举春秋时莫邪“断 发剪指，投入炉中”助夫炼铁之事，只是传说，则不可全信)。煤则各处产之，臭者烧熔而闭之成石，再凿而入炉曰礁，可五日不绝火。煎矿煮石，殊为省力。物理小识 方以智（明）请结合金属活请结合金属活泼性顺序表总泼性顺序表总结结金属冶炼方法金属冶炼方法的一般规律：的一般规律：金属的活动顺金属的活动顺序序 K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb CuHg Ag Pt Au金属原子失电金属原子失电子能力子能力金属离子得电金属离子得电子能力子能力主要冶炼方法主要冶炼方法强强弱弱强强弱弱电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法中国冶金之将来中国冶金之将来