【冶金精品文档】金属通论.pptx

Chapter19 金属通论;19.1 概述;黑色金属包括铁、锰和铬以及它们的合金，主要是铁碳合金(钢铁)。 有色金属是指除去铁、铬、锰之外的所有金属。有色金属大致上按其密度、价格、在地壳中的储量和分布情况、被人们发现以及使用的早晚等分为五大类： 轻有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以下的有色金属，如：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。 重有色金属：一般指密度在4.5g/cm3以上的有色金属，其中有铜、镍、铅、锌、钴、锡、汞、锡等。;贵金属：这类金属包括金、银和铂族元素，由于它们稳定、含量少??开采和提取困难、价格贵，因而得名贵金属。 准金属：半导体，一般指硅、硒、碲、砷、硼。 稀有金属：自然界中含量很少，分布稀散、发现较晚，难以从原料中提取的或在工业上制备和应用较晚的金属。如：锂、铷、铯、钨、锗、稀土元素和人造超铀元素等。;金属的提炼-从自然界索取金属单质的过程。;19.2.1 金属还原过程的热力学;稳定性差的氧化物?rG?负值小，?rG?-T直线位于图上方,例如HgO。 稳定性高的氧化物?rG?负值大,?rG?-T直线位于图下方如MgO。 在自由能图中,一种氧化物能被位于其下面的那些金属所还原，因为这个反应的?rG? 0。例如，铝热法，在1073K时Cr2O3能被Al还原。;图中 反应C+O2=CO2的?rS?≈0, 反应2C+O2= 2CO的 ?rS?0, 反应2CO+O2=2CO2 ?rS?0。 三条直线交于983K。 高于此温度,2C+O2=2CO的反应倾向大， 低于此温度,2CO+O2=2CO2的反应倾向更大。 生成CO的直线向下倾斜,这使得几乎所有金 属的?rG?-T直线在高温下都能与C-CO直线 相交。能够被碳还原，碳为一种广泛应用的 优良的还原剂。;19.2.2 工业上冶炼金属的一般方法;　　二、热还原法 大量的冶金过程属于这种方法。焦炭、一氧化碳、 氢和活泼金属等都是良好的还原剂。 　　1．炭热还原法;2．氢热还原法 工业上要制取不含炭的金属常用氢还原法。 生成热较小的氧化物,例如，氧化铜、氧化铁等，容易被氢还原成金属。 而具有很大生成热的氧化物，例如，氧化铝、氧化镁 等，基本上不能被氢还原成金属。 用高纯氢和纯的金属氧化物为原料，可以制得很纯的金属。 3．金属热还原法（金属置换法） 　　选择哪一种金属(常用Na、Mg、Ca、Al)做还原剂，除?rG?来判断外还要注意下几方面情况； 　　(1)还原力强；(2)容易处理；(3)不和产品金属生成合金；(4)可以得到高纯度的金属；(5)其它产物容易和生成金属分离；(6)成本尽可能低，等等。; 铝是最常用的还原剂即铝热法。 Cr2O3 + 2Al=Al2O3+2Cr ΔrGθ= -622.9KJ.mol-1 铝容易和许多金属生成合金。可采用调节反应物配比来尽量使铝完全反应而不残留在生成的金属中。 　　钙、镁一般不和各种金属生成合金，因此可用作钛、锆、铪、钒、铌、钽等氧化物的还原剂。 　 如用活泼金属还原金属卤化物来制备： TiCl4+4Na===Ti+4NaCl TiCl4+2Mg===Ti+ZMgCl2;三、电解法 　　 排在铝前面的几种活泼金属，不能用一般还原剂使它们从化合物中还原出来。这些金属用电解法制取最适宜，电解是最强的氧化还原手段。 　　 电解法有水溶液电解和熔盐电解法两种。活泼的金属如铝、镁、钙、钠等用熔融化合物电解法制备。 　　 一种金属采用什么提炼方法与它们的化学性质、矿石的类型和经济效果等有关。金属的提炼方法与它们在周期表中的位置大致关系见表。;19.2.3 金属的精炼;气相法 碘化物热分解法可用于提纯少量锆、铪、铍、硼、硅、钛和钨等。;　　三、区域熔炼 　将要提纯的物质放进一个装有移动式加热线圈的套管内，强热熔化一个小区域的物质，形成熔融带。将线圈沿管路缓慢地移动，熔融带便随着它前进。;19.3.1 全属的物理性质;　　自由电子的存在和紧密堆积的结构使金属具有许多共同的性质。 　　1、金属光泽：当光线投射到金属表面上时，自由电子吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光(全反射),绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。 　　此外，金显黄色，铜显赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸收某一些频率的光之故。 　　金属光泽只有在其为晶体时才能表现出来，粉末状金属一般都呈暗灰色或黑色(漫散射)。 　　许多金属在光的照射下能放出电子(光电效应)。另一些在加热到高温时能放出电子(热电现象)。;　　2、金属的导电性和导热性：大多数金属有良好的导电性和导热性。常见金属的导电和导热能力由大到小的顺序排列如下： Ag，Cu，Au，Al，Zn，Pt，Sn，Fe，Pb，Hg 　　3、超导电性：金属材料的电阻通常随温度的