金属资源的利用和保护（二
看懂铁生锈的化学原理，掌握金属防护与回收的核心思路
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金属资源的利用和保护（二
看懂铁生锈的化学原理，掌握金属防护与回收的核心思路
磁铁矿
磁铁矿：定义、要点与典型应用
菱铁矿
炼铁不一定都要从氧化铁开始。自然界里有一种含铁矿物，化学身份是碳酸盐而非氧化物——这就是菱铁矿 FeCO₃。
都含目标金属离子（Na⁺/Fe²⁺），但搭配的阴离子不同，提取金属的化学路径也因此不同
铝土矿
前面我们讲了磁铁矿、菱铁矿炼铁——铁的'原料'有好几种。那炼铝呢？主角只剩铝土矿一种。奇怪的是，地壳里铝含量最高（~8%），黏土、花岗岩里到处含铝，却偏偏只有它能炼。这是为什么？
总量都很大，但浓度/键合让提取成本远大于价值——必须预富集成铝土矿才划算
黄铜矿
上页讲了铝土矿是炼铝的「主粮」。今天轮到铜——炼铜工业最依赖的矿石是哪种？答案是一种金黄色的石头：黄铜矿。
1 个 Cu + 1 个 Fe + 2 个 S，比例严格不变，缺一不可
辉铜矿
上一页的黄铜矿 CuFeS₂ 含铜只有约 34.6%，大半都是杂质。自然界其实还存在一种铜品位高得多的硫化矿——辉铜矿。
黄铜矿像粗粮混着铁硫杂质，辉铜矿是去铁后的半精米，粗铜就是成品精米
铁的冶炼
前面我们认识了磁铁矿、菱铁矿等铁矿石，它们都是铁和氧（或碳）的'结合体'。那怎么把铁从化合物里'拆'出来？这就要靠炼铁了。
铁↔人质（被氧控制）；氧↔原绑匪；CO↔更强势的绑匪，把氧'抢'走，铁恢复自由
一氧化碳还原氧化铁反应
上一页我们看了高炉炼铁的全景，但要真正读懂这座炉子，最关键的就是把焦炭和铁矿石之间发生的化学反应拆开看。
焦炭本身是大块固体，进不了矿石缝隙；变成CO气体后，能钻进颗粒内部，把Fe从O手里抢出来
冶炼用原料组成
前一页我们用CO把氧化铁里的铁"夺"出来——可CO从哪来？矿石里有吗？高炉不是只丢矿石进去就行的，它其实是一个"配方"。
铁矿石=主食材，焦炭=燃气和火，空气=送风助燃，石灰石=除杂的料
杂质对产量计算的影响
上页算炼铁产量时默认矿石就是纯Fe₃O₄，可真实磁铁矿里还掺着SiO₂、Al₂O₃等脉石——它们不产生铁，却占着质量。这会让算出来的产量怎么变？
矿石≈含金沙土，金≈有效成分，沙石≈杂质；淘出多少金只看含金量，而非沙土总重
金属腐蚀
上一页我们用 CO 把铁从矿石里"请"出来——这要耗能、要还原剂。可被请出来的金属并不甘心以单质存在，一遇空气和水就琢磨着要回去。
冶炼是把球推上山（耗能），腐蚀是球自己滚下来（自发进行）
铁锈蚀（铁生锈）
上节课我们把铁从矿石里"炼"了出来，但铁其实很娇气——菜刀淋雨忘擦干，过几天就长红斑。这红斑就是今天的主角：铁锈蚀。
都是接触空气后慢慢发生的氧化反应，肉眼可见但不是瞬间完成
铁锈蚀的条件
你家自行车淋了一场雨，几天不擦链条就发红；可放在干燥车棚里的旧铁锅，放一年也只是落灰。同样是铁，差距咋这么大？
缺一样都做不成——光有面粉是干粉，光有水是稀汤，都不是蛋糕
铁锈的性质（疏松性）
上一页我们知道铁生锈需要氧气和水同时存在。那为什么铁生了锈不是被"保护"起来，反而越烂越深？秘密藏在锈的内部结构里。
雨衣破洞后雨水照样淋到身上；锈层有孔，空气和水照样穿透腐蚀内部铁
铝表面氧化膜的保护作用
前页看到铁锈疏松多孔，氧气和水还能继续侵蚀铁；铝却常用来做门窗、厨具和易拉罐，秘密就在它表面的氧化膜。
都形成隔离屏障；区别是清漆外加，氧化膜由铝表面反应生成。
本节要点
- ✓金属越活泼，冶炼方法越复杂（电解法）
- ✓工业炼铁的本质：CO 还原铁的氧化物
- ✓含杂质原料的实际产量低于理论值
- ✓铁锈蚀需要 O₂ 与水同时接触
- ✓致密氧化膜是金属的自我保护机制
课后思考
三道题没有标准答案。先自己琢磨一遍，再翻看参考答案对比思路。
参考答案铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）疏松多孔，水和氧气可穿过它继续向内腐蚀；铝的氧化膜（Al₂O₃）致密紧实，隔绝空气与水，氧化反应自动停止——本质差异在产物的致密性。
参考答案石灰石高温分解为 CaO，与 SiO₂ 等杂质反应生成炉渣（CaSiO₃）浮于铁水之上被除去；这些杂质若进入铁水会降低铁的实际产量，产量计算时必须扣减。
参考答案不能。O₂+水只是必要条件；温度、pH、盐分（如 NaCl）会显著加速腐蚀。盐雾下铁表面形成微小原电池，锈蚀速率比纯水+空气快数倍。