课题3金属资源的利用和保护

课题三

金属资源利用与保护

地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中。除金、银等少数极不活泼的金属以单质形式存在外，其余均以化合物形式存在。

从含有金属元素并具有采矿价值的矿石中提取金属的工业。我国是世界上为数不多的已知矿产种类比较齐全的国家之一，矿产储量也十分丰富。其中，鹧鸪、钼、钛、锡、锐器储量居世界前列，铜、铝、磨料等储量也占据世界最大份额。重要地位。

大自然为人类提供了丰富的金属矿产资源，人类每年提取金属上亿吨，用于工农业生产等领域。其中以铁提取最多。

1.炼铁

早在春秋战国时期，我国就开始生产和使用铁器。从公元一世纪开始，铁就成为最重要的金属材料。

炼铁的原理是利用一氧化碳和氧化铁的反应。在实验室中，可以使用图 8-20 所示的设置进行实验。从实验中可以看出，玻璃管中的粉末逐渐由红褐色变为黑色，这种黑色粉末就是还原铁；试管中澄清的石灰水变浑浊，证明产生了二氧化碳。反应的化学方程式如下：Fe2O3+3CO to 2Fe+3CO2

将铁矿石熔炼成铁是一个复杂的过程。将铁矿石、焦炭和石灰石①一起放入高炉，在高温下，利用炉内反应产生的一氧化碳将铁矿石中的铁还原。

2、金属资源保护

一方面，人类每年都要向大自然索取大量的金属矿产资源，以提炼出数亿吨金属。另一方面，据有关报道，全球每年因腐蚀报废的金属设备和材料相当于年产量的20%至40%。多么惊人的数字！防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域的重大课题。

1、金属腐蚀与防护

铁制品生锈的过程实际上是铁与空气中的氧气和水蒸气发生化学反应的过程。铁制品的腐蚀是需要条件的，比如要有能反应的物质，反应物要能相互接触，产物不会阻碍反应等等。铝与氧反应形成致密的氧化铝膜，可以覆盖在铝的表面，从而保护内层的铝不与氧发生反应；而铁与氧气和水反应生成的铁锈（主要成分为Fe2O3-XH2O）非常疏松，不能阻止内层铁继续与氧气、水等反应，所以所有的铁制品都可以生锈了。

了解了铁制品的腐蚀情况，我们就可以根据这些情况找到防止铁制品生锈的方法。

2、金属资源保护

矿产储量有限，无法再生。根据一些矿产的探明储量和目前这些金属的消耗速度，有人估计有些矿产是可以开采的

如何保护金属资源？

除了上面讨论的防止金属腐蚀外，保护金属资源的另一个有效方法是金属回收利用。据估计，回收一个铝制饮料罐比制作一个新的便宜20%，而且还节省了金属资源和95%的能源。目前，世界上50%以上的铁和90%以上的黄金都得到了回收利用。

回收废旧金属还可以减少环境污染。例如，废旧电池中含有铅、铁、镉、汞等，废旧电池如果随意丢弃，这些金属的泄漏会造成地下水和土壤污染，威胁人类健康。对这些金属进行回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以减少环境污染，可谓一举两得。例如，在目前的铅生产中，来自汽车废旧铅酸蓄电池的二次铅就占据了很大的比重。

保护金属资源的有效途径之三是有计划、合理开采，严禁不顾国家利益随意开采。还有其他方法可以找到金属替代品。随着科学技术的发展，新材料层出不穷。例如，塑料已被广泛用于替代管道、齿轮和汽车零件中的钢和其他合金。

学完这个课题，你应该知道

1、将铁矿石冶炼成铁是一个复杂的过程。主要反应原理是在高温下，一氧化碳俘获铁矿石中的氧，还原铁：

Fe2O3+3CO 到 2Fe+3CO2

2、在实际生产中，所使用的原料或产品一般都含有杂质。在计算材料和产量时，应注意杂质问题。

3、铁生锈的主要条件是与空气和水（或水蒸气）直接接触。如果隔绝空气和水，可以在一定程度上防止钢铁生锈。在钢材表面涂油、喷漆、镀耐磨、耐腐蚀的铭文，制作不锈钢等耐腐蚀合金，可以防止钢材生锈。

4、保护金属资源的有效途径是防止金属腐蚀，回收废旧金属，合理有效地开采矿物，寻找金属替代品。