冶金学

冶金学是指从矿石中提取或获得纯金属的过程。金属在自然界中通常不是以纯净形式存在，而是与土壤、石灰石、沙子、岩石等混合在一起，这些混合物被称为矿物。从矿石或矿物中提取金属需要在低成本和最小努力下进行。因此，冶金学处理金属的提纯和提取。

冶金过程

冶金涉及矿石的富集，我们可以说矿石的富集被执行。在这种方法中，附着在矿石上的杂质，如灰尘、沙子、岩石或粘土物质，包括死粒子和其他化学物质被去除。这种方法也称为矿石的富集。附着在矿石上的这些杂质被称为脉石或脉体。而，在熔炉中添加的用于将脉石与金属矿石分离的物质被称为熔剂。它是一种清洁剂，用于矿石的提纯。

因此，我们可以说，在矿石富集中，我们从从地表开采的矿石中去除脉石。这个过程被称为矿石富集，因为去除杂质会增加金属的百分比。它也称为矿石选矿。这个过程通过物理和化学方法完成；

下面将描述用于矿石富集的方法；

矿石富集的物理方法

i) 破碎和研磨：这个过程涉及将矿石破碎和研磨成细粉。它在破碎机或球磨机中完成。它也称为粉碎。

ii) 手工挑选：这是一种传统的金属矿石富集方法。在这种方法中，杂质通过手工挑选，不需要的岩石材料在锤子的帮助下分离。

iii) 水解法：在这种方法中，矿石倒在带有凹槽的倾斜台面上。这个台面有凹槽并保持振动。然后，一股水流冲刷表面。致密的矿石颗粒沉降在凹槽中，而杂质则随水冲走。这种方法也称为水洗法、重力分离法或淘洗法。它基于金属和矿石中存在的杂质在重力或密度上的差异。因此，它主要用于矿石颗粒大于杂质的情况，例如铅、锡、铁等的重氧化物矿石。

iv) 磁选：当矿石中的金属或杂质具有磁性时，即其中任何一种被磁铁吸引时，就使用这种方法。因此，它可用于具有非磁性杂质的磁性矿石，如铁矿石，以及含有磁性杂质的非磁性矿石。例如，非磁性锡矿（锡石 - SnO₂）通过磁选法从铁和铬等磁性杂质中分离出来。

软锰矿（MnO₂）和铬铁矿（FeO.Cr₂O₃）也是通过这种方法处理的少数磁性矿石。在这种方法中，粉碎的矿石放在输送带上，输送带围绕两个轮子旋转。其中一个轮子是磁性轮子，因此它吸引磁性颗粒，从而将磁性颗粒与非磁性颗粒分离。

v) 浮选：在这种方法或过程中，破碎或磨碎的矿石被放入一个装满油和水的大槽中。这个槽被称为浮选槽。因此，在这种方法中，破碎的矿石与水、油混合。然后，压缩空气通过管道通入或吹入槽中，产生浮渣。这种方法基于矿石和杂质（脉石颗粒）润湿特性的差异。

矿石被油润湿，含有矿石的浮渣较轻，因此它上升，杂质留在槽底。含有硫化物矿石的浮渣被分离，然后进行清洗和干燥。因此，矿石与杂质分离。

这种方法主要用于去除硫化物矿石中的杂质。这是因为硫倾向于与油结合。因此，硫矿石被油吸引，而杂质倾向于留在水中。众所周知，油和水不相溶，因此它们会彼此分离。

此外，油比水轻，因此它向上移动到槽的顶部，而含有杂质的水倾向于留在底部。油从浮渣中的矿石中被去除，最终将矿石与杂质分离。通过这种方法富集的一些硫化物矿石的例子有黄铜矿（CuFeS）、方铅矿（PbS）和闪锌矿（ZnS）。

矿石富集的化学方法

i) 浸出

它是一种用于提纯金属矿石的化学方法。它用于可溶于适当溶剂的矿石。粉碎的矿石用特定试剂处理，这些试剂可以溶解矿石但不能溶解杂质。因此，杂质被留下并通过过滤分离。下面给出了浸出的一个例子；

铝土矿通过浸出提纯。铝土矿的化学式是Al₂O_3.2H₂O，它含有三氧化二铁（Fe₂O₃）和二氧化硅（SiO₂）作为杂质。

粉碎的矿石在150至170摄氏度的温度下用氢氧化钠水溶液处理。Al₂O₃是一种两性氧化物，这意味着它具有酸和碱的性质。因此，根据情况，它可以充当酸或碱。例如，当它与NaOH等碱反应时，它将表现为酸。

矿石中存在的氧化铝Al₂O₃溶解在NaOH中形成铝酸钠，如下所示；

Al₂O₃ + NaOH → NaAlO₂ + H₂O

而另一种氧化物Fe₂O₃不与NaOH反应，因为三氧化二铁具有碱性，NaOH也是一种碱，我们知道碱不与碱反应。因此，这些氧化物不溶解，因为它们不参与任何反应，可以通过过滤分离。

然而，SiO2中的硅是一种准金属，它具有金属和非金属的性质。因此，SiO2本质上是两性的，或者具有酸性和碱性，因此它将与NaOH反应形成硅酸钠，如以下反应所示；

SiO₂ + NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

现在，我们有铝酸钠和硅酸钠，它们可以在下一步与水或二氧化碳反应。让我们看看它们与水的反应，如下所示；

铝酸钠与水反应时，形成NaOH和氢氧化铝沉淀，因此，氢氧化铝可以通过过滤法轻松分离。请看下面的反应；

NaAlO₂ + H₂O → NaOH + Al (OH)₃

现在，硅酸钠不与水反应形成氢氧化物，因为它是一种准金属。由于它不反应，它很容易分离。

Na₂SiO₃ + H₂O → 无反应

现在，我们以沉淀形式获得的氢氧化铝被加热形成氧化铝，如以下反应所示；

Al (OH)₃ → Al₂O₃ + H₂O

水再次添加到Al₂O₃中作为结晶水，这被称为重结晶，如下所示；

Al₂O₃ + 2H₂O → Al₂O₃.2H₂O

因此，在上述反应中，我们得到了不含外部杂质的浓缩铝土矿。

ii) 焙烧

在这种化学方法中，浓缩矿石在过量氧气存在下，在低于矿石中金属熔点的温度下强力加热。这个过程称为焙烧，主要用于硫化物矿石。例如；

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

iii) 煅烧

含有碳酸盐或水合氧化物的矿石在没有空气的情况下加热。这种在没有空气的情况下熔炼矿石的过程称为煅烧。