金属资源略论

叶建兴

在我们丰富多彩的生活中存在许多材料，其中金属材料的使用最为广泛。作为一名初中的化学老师，在讲到第八单元金属和金属材料的时候，我会和学生详细分析金属的物理和化学性质，还有金属资源的利用与保护，涉及到金属的各个方面。

一、金属的历史

人类从石器时代进入青铜时代，接着进入铁器时代，就是以金属材料的使用作为标志的。金属材料包括纯金属与合金，镁，铜，汞等金属单质属于纯金属;不锈钢，青铜，铝合金等属于合金。人类最早使用的金属是铜，再到铁，铝。但是铝在世界上的年产量已经超过铜，仅位于铁之后。中国东汉晚期的青铜奔马（马踏飞燕）与河北的沧州狮子已成为我国的重要标志，现已列为世界历史文物。

二、金属的物理性质

根据我们的生活经验，知道铁锅，铝锅和铜锅可以用来炒菜，做饭和涮肉，电热水壶可以煮水，这是因为金属具有导热性。铜丝，铝丝可以用来做电线，是因为金属具有导电性。金银等金属看起来光彩夺目，是因为具有金属光泽。铁常常被加工成铁片或者铁丝，是因为金属具有延展性……金属延展性的内部原因是当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍保持着这种相互作用，在外力作用下，金属虽然发生了变形，但不会导致断裂。

三、金属的化学性质

金属的用途不仅与它的物理性质有密切的聯系，而且与它的化学性质息息相关。例如，铝能在短短一百年内产量大幅度的提高，并被广泛使用，除了因为改进了铝的冶炼方法之外，还由于铝的抗腐蚀性能好。抗腐蚀性是一种化学性质，某些活泼金属在常温下就能与氧气反应，例如铝在空气中被氧化的化学方程式为：  4Al + 3O2== 2Al2O3

Al2O3中文名称叫氧化铝，是一种致密的氧化膜，覆盖在金属铝的表面阻止铝进一步被氧化，所以铝制品抗腐蚀性性能很好。性质决定用途，正是因为铝的抗腐蚀性好，所以生活上我们都会用铝制品作炊具。

四、金属资源的获取

人类大量使用金属材料，金属材料主要来源于矿物资源。我国是世界上矿物种类比较齐全的少数国家之一，矿物储量非常丰富，其中钨，钼，钛，锡，锑等储量居世界前列，铜，铝，锰等储量在世界上也占有重要地位。大自然向人类提供了丰富的金属矿物资源，人类每年要提取数以亿吨的金属，用于工农业生产和其他领域。

一般来说，金属的提炼分为三个过程——矿石的富集，冶炼与精炼。金属矿石在提炼之前，往往先选矿，如炼铁需要选赤铁矿，再把采出的矿石中大量地脉石（石英，石灰石和长石等）除去，以提高矿石的品味（有效成分的含量）。根据矿石的性质可有多种富集矿石的方法，如根据矿石的颜色，光泽和形状等特征进行手选;根据矿石中有用成分与矿石的密度，磁性，粘度和熔点等性质的不同又可分别采用水选，磁选和浮选。由于大部分金属在矿石中均以氧化型形式存在，因此必须采用适当的还原方法使呈正氧化态的金属元素得到电子变为金属原子。高温热还原法即火法冶炼是最常用的方法;对于某些非常活泼的金属如钠，镁，铝等往往采用熔盐电解法;金，铂等常以单质形式存在于自然界，这时需在适宜条件下将它们氧化，再用还原剂还原，这属于湿法冶炼的范畴。火法或湿法炼出的粗金属根据纯度要求，可再进行精炼，这就是金属的精炼。精炼分为电解精炼与气相精炼，精炼铜的时候就用到电解精炼，其原理是：电解时，用纯铜板作阴极，粗铜板作阳极，用CuSO4溶液作电解液。当通以直流电时，作为阳极的铜逐渐溶解，纯铜在阴极上析出，粗铜中的多数杂质沉积在电解槽底部。这样就可以得到纯度达99.95%--99.98%的铜。

五、金属资源的保护

据统计，现世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20%--40%。防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域中的重大问题。年产量最多的金属是铁，铁的生锈原理是：

4Fe + 3O2+ XH2O=== 2Fe2O3·H20

铁锈疏松多孔，不能阻止里层的铁继续与氧气，水等反应，因此铁制品可以全部锈蚀。铜也会生锈变成铜绿，化学方程式为：

2Cu + H2O+ CO2+O2===Cu2（OH）2CO3

矿物资源有限且不能再生，专家估算一些矿物可供开采的年限分别为：铝257年，铁195年，铜42年，锌27年，铅26年，金26年，锡17年，银16年。除此之外，稀土金属（钪，钇，镧及镧系）有“工业维生素”之称，广泛应用于新能源，新材料，航空航天，电子信息等尖端科技领域，是不可再生的重要战略资源，储存量很少。据估算，1970年，我国已探明的稀土储量约占世界总储量的75%，到2005年，这一比例下降到55%左右，近几年来，这一比例继续下降。有资料显示，目前我国稀土生产量约占世界总产量的80%以上，居世界第一位，按这个生产量计算，我国的稀土储备仅能维持15-20年。我国的稀土年消费量居世界第一位。其中，应用在新材料领域的消费量已占总消费量的50%以上，有60%以上的稀土产品出口到国外。我国生产的主要是低端的稀土产品，在高端产品方面远落后于发达国家，而且在稀土开采与生产过程中存在着资源浪费、生态破坏和乱采滥挖等问题。直到2011年，我国国务院发布《国务院关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》，对稀土资源进行适当的保护，其中包括：

1.建立国家稀土生产、销售、出口和进口的专门管理机构，统一制定相关政策法规，实行严格的管理;

2.整顿稀土行业，对私挖乱采，私自出口行为要坚决打击;

3.对一些外资企业利用参投等形式对稀土进行开采的行为要加大监管力度，有效保护稀土资源的开发和利用;

4.尽快建立稀土资源国家储备机制，提高资源利用率和可持续发展的能力;组建稀土资源开发与应用的技术研发中心，培养专业人才。