The Extraction and Refining of Metals (Crc Press Series N Materials Science and Technology) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC

作者:Colin Bodsworth

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:1994-06-22

价格:USD 195.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849344336

丛书系列:

图书标签:

• 金属提取
• 金属精炼
• 材料科学
• 冶金工程
• 材料技术
• CRC Press
• 金属材料
• 资源利用
• 工业化学
• 矿物加工

金属的提取与精炼：探寻物质世界的深层奥秘 金属，作为人类文明发展史上的关键物质，其独特的属性和广泛的应用早已深深烙印在我们生活的方方面面。从远古时代青铜器的出现，到现代工业的飞速发展，金属的提取与精炼技术始终扮演着至关重要的角色。它们不仅是衡量一个国家工业化水平的重要标志，更是推动科技进步和经济繁荣的不竭动力。本书《金属的提取与精炼》并非仅仅是对一系列繁琐工艺流程的简单罗列，而是带领读者深入探索金属世界，从最基础的矿物原料到纯净金属的诞生，揭示这一转化过程中所蕴含的科学原理、工程挑战以及工艺创新。 本书的出发点，是那些隐藏在地壳深处的宝藏——矿石。这些天然形成的矿物集合体，是各种金属元素最初的载体。然而，金属元素在矿石中往往以化合物的形式存在，例如氧化物、硫化物、碳酸盐等，它们的化学稳定性很高，直接提取是不现实的。因此，对这些矿石进行预处理，是整个提取与精炼过程的第一步。这包括了物理方法，如选矿，通过不同的物理性质（如密度、磁性、电导率、表面特性等）差异，将有价值的矿物从围岩中分离出来，提高金属元素的富集程度。粉碎、研磨、筛分、重选、磁选、浮选等一系列操作，都是为了实现这一目标。例如，在重选过程中，利用矿物颗粒密度的差异，通过水流或离心力将密度大的金属矿物与密度小的围岩分离开来。而在浮选技术中，通过向矿浆中添加特定的药剂，使得目标矿物表面疏水，能够附着在气泡上浮出液面，从而实现高效分离。这些看似简单的物理过程，背后却蕴含着精妙的力学和表面化学原理。 进入化学处理阶段，则意味着我们将金属元素从稳定的化合物中“解放”出来。这一过程的核心，是利用化学反应来改变金属元素的价态，使其易于分离。冶金学中的两大基本过程——焙烧和还原，在这里大放异彩。焙烧，通常是在空气或其他氧化剂存在下，对矿石进行加热。对于硫化物矿石，焙烧可以将它们转化为更易于处理的氧化物，同时驱赶掉部分易挥发的杂质，如硫、砷等，这有助于减少后续处理过程中的环境污染。例如，黄铜矿（CuFeS2）在焙烧过程中会转化为氧化铜（CuO）和氧化铁（Fe2O3）。而对于碳酸盐矿石，焙烧则能将其分解为金属氧化物和二氧化碳。 紧随焙烧之后的，便是至关重要的还原过程。还原的目的是去除金属氧化物中的氧，使其转化为纯金属。还原方法多种多样，选择哪种方法取决于金属的活性。对于活性较低的金属，如铜、铅、银、金等，可以直接通过高温加热，利用碳（如焦炭）或一氧化碳作为还原剂。例如，氧化铜在高温下与碳反应生成铜和一氧化碳：2CuO + C → 2Cu + CO↑。这种方法被称为火法冶金。而对于活性较高的金属，如铁、铝、镁、钛等，则需要更强的还原剂或采用电化学方法。例如，炼铁过程中，以焦炭和石灰石为主要原料，在高温高炉中，焦炭不仅提供热量，更重要的是生成一氧化碳，作为还原剂将氧化铁还原为铁。石灰石则作为造渣剂，用于去除杂质。 更为复杂和高活性的金属，如铝，则需要采用电解法进行还原。电解铝（Hall-Héroult法）是将氧化铝（Al2O3）溶解在熔融的冰晶石（Na3AlF6）中，然后在高温下通入直流电，通过电解反应将氧化铝还原为金属铝。阳极反应生成氧气，阴极反应则生成铝。这个过程耗能巨大，对技术要求极高。 除了火法和电法，溶剂浸出法也是一种重要的提取手段，尤其适用于低品位矿石或处理复杂矿物。这种方法是利用化学试剂（浸出剂）将矿石中的目标金属溶解出来，形成溶液，然后再从溶液中回收金属。例如，从铜矿石中提取铜，可以使用稀硫酸作为浸出剂。提取金和银，则常用氰化物溶液。浸出液的后续处理，如萃取、离子交换、沉淀等，更是技术的集大成者，能够将溶液中的痕量金属高效地分离和富集。 然而，从矿石中提取出来的金属，往往并非纯净之物，它们通常含有多种杂质，这些杂质的存在会显著影响金属的物理、化学性能，甚至可能使其无法满足应用需求。因此，精炼过程就显得尤为重要，其目标是去除这些杂质，获得高纯度的金属。精炼的方法同样是多种多样，并且往往比提取过程更为精细。 火法精炼是历史最悠久，也是应用最广泛的精炼技术之一。它通常利用杂质与金属的挥发性、氧化性或与某些试剂的反应性差异来进行分离。例如，铜的火法精炼，可以在熔融状态下，通过鼓入空气，将一些活性较低的杂质氧化成氧化物，它们可以浮于熔融金属表面形成浮渣而被去除。而像铅、锌等挥发性较高的杂质，则可以在高温下挥发出去。 电解精炼，或称电积法，是获得高纯度金属的更有效手段。其基本原理是利用金属的电化学性质。将含有杂质的金属作为阳极，纯金属作为阴极，浸入含有该金属离子的电解液中。通电后，阳极金属会溶解为金属离子进入电解液，而阴极上的金属离子则会沉积析出，形成高纯度的金属。在这个过程中，杂质可能会以两种方式被分离：一是比目标金属更难被还原的杂质，它们会以阳极泥的形式沉淀在阳极底部；二是比目标金属更易被还原的杂质，它们会溶解在电解液中，但不会沉积在阴极上，从而被分离。电解精炼在铜、镍、锌、锡等金属的生产中发挥着举足轻重的作用。例如，铜的电解精炼可以获得纯度高达99.99%以上的电解铜，广泛应用于导电材料。 区域熔炼，是一种更为精细的精炼技术，主要用于获得极高纯度的金属，尤其在半导体材料领域至关重要。这种方法利用了金属中杂质的溶解度在固液相之间的差异。将金属棒的一端加热熔化，然后缓慢地移动加热区，使熔化的杂质随着熔区一同移动。经过多次反复的区域熔炼，杂质会被逐步聚集到金属棒的一端，从而在另一端获得高纯度的金属。 除了以上这些经典方法，本书还将探讨一些更具前瞻性的金属提取与精炼技术，例如生物冶金。生物冶金是利用微生物的代谢活动来浸出、富集或转化金属。某些微生物能够直接或间接溶解矿石中的金属，或者将金属离子还原、氧化。生物冶金的优势在于其环境友好性，能耗低，并且适用于处理低品位矿石。例如，在一些铜矿的提取中，利用嗜酸性细菌来浸出铜。 本书不仅仅关注金属本身的转化过程，更深刻地认识到，金属的提取与精炼，是一个复杂且充满挑战的系统工程。它涉及热力学、动力学、电化学、材料科学、环境工程、自动化控制等多个学科的交叉融合。工艺参数的精准控制，设备的设计与优化，能源的有效利用，以及污染物和废弃物的处理，都是决定一个提取与精炼过程能否成功的关键因素。 在现代工业社会，对金属的需求量日益增长，而优质矿产资源却日益枯竭。因此，提高资源的利用效率，发展更清洁、更经济的提取与精炼技术，显得尤为迫切。本书的意义，就在于为读者构建一个完整的知识框架，理解金属从天然矿石到高纯度材料的每一个环节，认识到其中蕴含的科学智慧和工程挑战。无论是冶金领域的科研人员，还是对物质世界充满好奇的学生，亦或是关注工业发展和资源可持续性的普通读者，都能从中获得宝贵的启示，深入理解我们赖以生存和发展的重要物质——金属的奥秘。本书，将是一扇通往金属世界深层奥秘的窗口，带领读者进行一次全面而深刻的探索之旅。

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