《让金属从矿石中_飞_出来》由会员分享，可在线阅读，更多相关《让金属从矿石中_飞_出来（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、在 气体状态下冶金从古以来,炼铁一般都靠火,铜、铅、锡等金属多半也是 在各 种冶炼炉中,用熊熊的烈火炼得的。这种冶金方法畔火 法冶金。实质上,它是使矿石中的金属氧 化物与碳起化学作用,碳和其 中的氧化合而使金属氧化物还原为 金属。所以,它也哄碳还原法。有些金属矿物,特别是低品位 的有色金属和稀有金 属矿,用碳还原法处理不翘济,或者无能为力,象这类金属矿石,如用酸或碱来把矿石中金属化合物溶解,然后从溶液中用化学方法来提取 金属。这种 冶金方法就吗做湿法冶金。近一、二十年来,科学技术的仍速发展,对金属材料,特别是各种稀有金属材料的需要量 越 来 越大。但是,艳大多数稀有金属和氧桔合得非常牢固,还容
2、易和碳作用,所以不能用传抗的 碳还原法冶炼,用一般的湿法冶金也只能使它佣呈化合物的形状分开。这就迫使冶金工作者不得不另找出路。近 些年来,人们成功地创造了金属热还原法,用最活求了。可是,火法冶金需要昂贵的高温熔炉?湿法冶金虽然不用高温,但需要大量的化学原料和 靡杂的毅备,加之 在提炼稀有金属时,握常需要把火法冶金同湿法冶金桔合起来进行,在某些锡合下,这就使稀有金属的生产变得既不袒济,又很繁玻。那么,在冶炼稀有金属方面是否还有更握济更理想的办法呢?冶金工作者发现金属和它的化合物的某些特性还并未充分利用。譬如,有些金属熔点很高,可是它们的某些化合物却很容易挥发为气休。如果用化学方法,使矿石中的高熔
3、点、难挥发的金属,变成低沸点、易于掸发的 金 属化合物,那么就可以使它变为蒸气,从矿石中飞出来。由于这种提炼金属的过程是在气体状态下进行的,所么,就哄做气相冶金。应当挽,利用这种方法制取金属并不是最近才提出来的,早 在! 年,有人曾翘用粗镍#不钝的金属镍在% &。和一个大 气压下,与叛基#一氧化碳起 反应,然后使反应产物 气态四拨基 镍#()# + %在 !,高温下受热而分解,从而制得钝镍。. &年,又有人用不钝的金属鹅在%+, /下,与氯气反应生成低沸点极易挥发的六氯化嫣,然后 在 %+, /以上的高温下使之热分解,制得了钝金属镌,此后又继糟出现了一些其它金属的气相冶金法。但是,气相冶金法只
4、是到了最近时期,由于它在制备高质量的稀有金属和半导体材料方面有独到之处,才得到了迅速的发展和在工业上应用。金属的翅膀氯我佣知道,氯是一种很活泼的化学元素,它能与爵多金属起反应,生成金属氯化物。由于静多金属 氯化物,具有熔点低、挥发性高,并且容易制备,所以在气 相冶金中,氯充当着一 个重要角色。氯化法特另01适用于一些性质很活泼的稀有金属#如担、捉、鼓、结 等的提取。其方法是用氯气处理金属矿物,使其中的各种金属成分变成高挥发性的氯化物挥发出来,并根据各种金图金属矿物的氯化处理段备 拨的硷金属#如钠、钾和硷土金属#如钙、拱等作还原剂,在高温下还原稀有金属 的氧化物和卤化物,从而扩大并丰 富了火法冶
5、金的 内容。而离子交换剂和有机溶剂在湿法冶金上的应用,使它可以制取高钝度稀有金属。挫过不断的革新,今天的火法冶金和湿法冶金,基本上可以满足冶炼稀有金属材料的要团 矿氯气碳层氯化 跃氯化硅加热甩极第一冷凝器第二冷凝器第三冷凝器%#总2!属氯化物的沸点不同的特点,用一种特殊的冷凝收集器,使它们逐一冷凝和沉积下来。比如 用氯化法处理含跃、担、妮等稀土金 属的矿石,可以先把矿石制成团矿#把矿石粉碎,在高温下烧桔成海棉伏的团块,置于氯化炉中加热到3, ,! , /,并使之与氯气进行反应。反应生成的氯化物蒸气的气体混合物#包括三氯化铁、四氯化担、四氯化硅、五氯化歇、五氯化妮,通过分极冷凝系抗时,其中的氯化
6、铁首先冷凝下来,并沉积于第一 个冷凝器中?第二批被冷凝出来的是氯化担和氯化妮?最后一批是氯 化跃和氯化硅#图1。用氯化法不仅能把极活泼的稀有金属 从矿石 中提炼出来和把它们分开,而且还能使某些在矿石中含量很少的有用金属搜集起来,如象含有铜、钻等有色金属的铁矿,就可用此 法使其中的 铜、粘挥发,从而达到 粽合利用查 源的 目的。在得到氯化物 之后,如果在高温条件下,用氢或硷金属还原各 种金属氯化物蒸汽,那就可得到各种稀有金属。应孩指出,如果用这种氯 化法直接从含量低微的矿石中提炼金属时,多数情况下所消耗的氯气量是互大的。但在处理精矿时,这种方图4用碘化物热解法制取械菇的段备碘容器编电极接空真系抗
7、粗菇带孔姻 管法的优越性可在极翘济的条件下得到发挥。化学“搬运工 人”一一碘有爵 多金属在较低的温度下能与碘化合,生成易挥发的碘化物,而金属中的一些金属杂质剧 与碘生成不挥发或不易挥发的化合物。对金属机械性能影响特别大的气体杂质,如氧、氮、氢与碘不 发生作用。因此,可以用碘的这一化学性质把矿石中的金属搬出来。图4是一种在实毅室内用碘化物热解法制取钝菇的没备。反应容器内有一5形金属蒜#用结或结蒜作的和一个带孔的胡管,在扣管和容器 内壁之简堆 置不钝的粗姑。碘别置于另一个容器内并先用冷却剂冷却。然后把容器抽成真空,除去冷却碘用 的冷却剂,于是碘就蒸发,以后接通电源,把金属蒜加热到4, %,/,形成
8、高温区,而粗结6 1 7 处于紧靠器壁的低温区。此时,蒸入反应容器内的碘就与菇化合生成四碘化菇蒸气通过小孔飞出来,而 能使站性能变脆变硬的杂质都以高熔 点不挥发的化合物形态存留在残渣内。四碘化 结蒸汽,碰到娥热的金属林起热分解,在金属蒜上沉积出钝的金属菇,释放出碘蒸汽,碘蒸汽再返回到低温区,与粗金属钻化合生 成四碘化结这样碘就成了一群“搬运工人”,返复从低温区把菇运载到蛾热的金属林上,直到 把所有的菇搬完为止。在碘的帮助 下,踏在嗽热的金属蒜上不断的沉积,逐渐长大成一根结的桔晶棒原子能工业的优良桔构材料。用这种方法可以提钝跃、铜、铁、路、娥、钙、趾、钒、妮、担、铀、锌、皱以及绷系金属。能使金属
9、变成易挥发的金属化合物的,还有氟等化学元素,这里不一一袖淡了。夏 好的效果在制取稀有金属方面,气相 冶金有不少优点。除了没备臀单、操作方便外,由于它 的冶炼过程是在低 于金属熔点 的温度下进行的,这就排除了 用高温炉冶炼金属,产 品易受容器器壁的掉发物污 染的缺点,这对制备半导体材料来淤,意义十分重大,因为半导体材料对杂质含量要 求极严,有时甚至不允并超过千万分之几,否1 1 1 7,它的性能就会受影 响。还有,用气相冶金法制出的金属材料,可以是粉状或棒状的,也可以是管状和 薄膜的,这就可以更好的满足某些工艺部 阴的需要。就拿用气相冶金所产生的金属粉末来貌,其粒度可达, 8, 微 米。用这种超
10、微粉末来压制各 种零件,担烧粘后#这里所规的也就是用粉 末冶金法生产金属零件,其强 度比用粒度大的金属粉末制成的高 得多。若用硅的单晶作成衬底,在密封容器中,于高温下通入四氯化硅和氢气,使还原出来的硅沉积在衬底上形成薄膜,然后把它刹离下来制作硅半导体器件,就能 提高 硅半导体的质量,而用一般方法制造硅器件,在把硅晶棒切成薄片时,由于受到各种条件的限制,不仅成品率低,材料消耗 多,而且切片厚度大,因而用它 们制成的元件的串联电阻就高,电性能就差。用气相冶金法还可以抬各种金属材料和非金属材料蒸镀各 种金属镀层。气相冶金发展历史尚短,对它的研究工作进行得还很不够,因此尚存在不少简题。气相冶金目前还只是冶金工艺中的一个步骤,而且生产规模 也还不大,产品价格还比较昂贵,相应的殷备、器材简题也没有圆满解决。因此,一般金属如铁、铜、锡等已有比较握济适用 的冶炼方法,就不利用气相冶金,而只有在其它冶金方法不能办到的情况下才利用它。在今天,气相冶金主要在尖端技术部阴中发挥着作用。#总2 .&
