金屬資源略論

葉建興

在我們豐富多彩的生活中存在許多材料，其中金屬材料的使用最為廣泛。作為一名初中的化學老師，在講到第八單元金屬和金屬材料的時候，我會和學生詳細分析金屬的物理和化學性質，還有金屬資源的利用與保護，涉及到金屬的各個方面。

一、金屬的歷史

人類從石器時代進入青銅時代，接著進入鐵器時代，就是以金屬材料的使用作為標志的。金屬材料包括純金屬與合金，鎂，銅，汞等金屬單質屬于純金屬;不銹鋼，青銅，鋁合金等屬于合金。人類最早使用的金屬是銅，再到鐵，鋁。但是鋁在世界上的年產量已經超過銅，僅位于鐵之后。中國東漢晚期的青銅奔馬（馬踏飛燕）與河北的滄州獅子已成為我國的重要標志，現已列為世界歷史文物。

二、金屬的物理性質

根據我們的生活經驗，知道鐵鍋，鋁鍋和銅鍋可以用來炒菜，做飯和涮肉，電熱水壺可以煮水，這是因為金屬具有導熱性。銅絲，鋁絲可以用來做電線，是因為金屬具有導電性。金銀等金屬看起來光彩奪目，是因為具有金屬光澤。鐵常常被加工成鐵片或者鐵絲，是因為金屬具有延展性……金屬延展性的內部原因是當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子層就會發生相對滑動，由于金屬離子與自由電子之間的相互作用沒有方向性，滑動以后，各層之間仍保持著這種相互作用，在外力作用下，金屬雖然發生了變形，但不會導致斷裂。

三、金屬的化學性質

金屬的用途不僅與它的物理性質有密切的聯系，而且與它的化學性質息息相關。例如，鋁能在短短一百年內產量大幅度的提高，并被廣泛使用，除了因為改進了鋁的冶煉方法之外，還由于鋁的抗腐蝕性能好?？垢g性是一種化學性質，某些活潑金屬在常溫下就能與氧氣反應，例如鋁在空氣中被氧化的化學方程式為：? 4Al + 3O2== 2Al2O3

Al2O3中文名稱叫氧化鋁，是一種致密的氧化膜，覆蓋在金屬鋁的表面阻止鋁進一步被氧化，所以鋁制品抗腐蝕性性能很好。性質決定用途，正是因為鋁的抗腐蝕性好，所以生活上我們都會用鋁制品作炊具。

四、金屬資源的獲取

人類大量使用金屬材料，金屬材料主要來源于礦物資源。我國是世界上礦物種類比較齊全的少數國家之一，礦物儲量非常豐富，其中鎢，鉬，鈦，錫，銻等儲量居世界前列，銅，鋁，錳等儲量在世界上也占有重要地位。大自然向人類提供了豐富的金屬礦物資源，人類每年要提取數以億噸的金屬，用于工農業生產和其他領域。

一般來說，金屬的提煉分為三個過程——礦石的富集，冶煉與精煉。金屬礦石在提煉之前，往往先選礦，如煉鐵需要選赤鐵礦，再把采出的礦石中大量地脈石（石英，石灰石和長石等）除去，以提高礦石的品味（有效成分的含量）。根據礦石的性質可有多種富集礦石的方法，如根據礦石的顏色，光澤和形狀等特征進行手選;根據礦石中有用成分與礦石的密度，磁性，粘度和熔點等性質的不同又可分別采用水選，磁選和浮選。由于大部分金屬在礦石中均以氧化型形式存在，因此必須采用適當的還原方法使呈正氧化態的金屬元素得到電子變為金屬原子。高溫熱還原法即火法冶煉是最常用的方法;對于某些非常活潑的金屬如鈉，鎂，鋁等往往采用熔鹽電解法;金，鉑等常以單質形式存在于自然界，這時需在適宜條件下將它們氧化，再用還原劑還原，這屬于濕法冶煉的范疇?；鸱ɑ驖穹挸龅拇纸饘俑鶕兌纫?，可再進行精煉，這就是金屬的精煉。精煉分為電解精煉與氣相精煉，精煉銅的時候就用到電解精煉，其原理是：電解時，用純銅板作陰極，粗銅板作陽極，用CuSO4溶液作電解液。當通以直流電時，作為陽極的銅逐漸溶解，純銅在陰極上析出，粗銅中的多數雜質沉積在電解槽底部。這樣就可以得到純度達99.95%--99.98%的銅。

五、金屬資源的保護

據統計，現世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設備和材料相當于年產量的20%--40%。防止金屬腐蝕已成為科學研究和技術領域中的重大問題。年產量最多的金屬是鐵，鐵的生銹原理是：

4Fe + 3O2+ XH2O=== 2Fe2O3·H20

鐵銹疏松多孔，不能阻止里層的鐵繼續與氧氣，水等反應，因此鐵制品可以全部銹蝕。銅也會生銹變成銅綠，化學方程式為：

2Cu + H2O+ CO2+O2===Cu2（OH）2CO3

礦物資源有限且不能再生，專家估算一些礦物可供開采的年限分別為：鋁257年，鐵195年，銅42年，鋅27年，鉛26年，金26年，錫17年，銀16年。除此之外，稀土金屬（鈧，釔，鑭及鑭系）有“工業維生素”之稱，廣泛應用于新能源，新材料，航空航天，電子信息等尖端科技領域，是不可再生的重要戰略資源，儲存量很少。據估算，1970年，我國已探明的稀土儲量約占世界總儲量的75%，到2005年，這一比例下降到55%左右，近幾年來，這一比例繼續下降。有資料顯示，目前我國稀土生產量約占世界總產量的80%以上，居世界第一位，按這個生產量計算，我國的稀土儲備僅能維持15-20年。我國的稀土年消費量居世界第一位。其中，應用在新材料領域的消費量已占總消費量的50%以上，有60%以上的稀土產品出口到國外。我國生產的主要是低端的稀土產品，在高端產品方面遠落后于發達國家，而且在稀土開采與生產過程中存在著資源浪費、生態破壞和亂采濫挖等問題。直到2011年，我國國務院發布《國務院關于促進稀土行業持續健康發展的若干意見》，對稀土資源進行適當的保護，其中包括：

1.建立國家稀土生產、銷售、出口和進口的專門管理機構，統一制定相關政策法規，實行嚴格的管理;

2.整頓稀土行業，對私挖亂采，私自出口行為要堅決打擊;

3.對一些外資企業利用參投等形式對稀土進行開采的行為要加大監管力度，有效保護稀土資源的開發和利用;

4.盡快建立稀土資源國家儲備機制，提高資源利用率和可持續發展的能力;組建稀土資源開發與應用的技術研發中心，培養專業人才。