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[[File:TVA phosphate smelting furnace.jpg|thumb|一处冶金车间，摄于1942年一家属于[[田纳西河谷管理局]]（TVA）的[[化工厂]]]]
'''冶炼'''是指从[[矿石]]中提取出[[金属]][[单质]]的过程。自然界中的金属矿石一般是相应金属元素与[[氧]]、[[硫]]等元素形成的化合物，因此需要通过化学[[还原反应|还原]]的方法使[[金属元素]]还原成单质。现代的冶炼工艺可以分为三大步骤：矿石准备、还原，以及精制<ref name=Wei>{{cite book |author1=魏寿昆 |title=中国大百科全书 |section=火法冶金 |edition=第一版 |url=http://218.66.169.85/indexengine/entry_browse.cbs?db=book1&value=%BB%F0%B7%A8%D2%B1%BD%F0&jm=&flaghref=1 |access-date=2018-08-15 |archive-date=2020-02-25 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200225083007/http://218.66.169.85/indexengine/entry_browse.cbs?db=book1&value=%BB%F0%B7%A8%D2%B1%BD%F0&jm=&flaghref=1 |dead-url=yes }}</ref><ref name=SmeltingEB>{{cite web |title=Smelting |url=https://www.britannica.com/technology/smelting |publisher=Encyclopaedia Britannica |accessdate=2018-08-15 |archive-date=2018-08-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180815092935/https://www.britannica.com/technology/smelting |dead-url=no }}</ref>。

==历史==
[[File:Yuan Dynasty - waterwheels and smelting.png|thumb|中国[[元代]]的冶铁工艺图解]]
人类能冶炼的第一种金属是[[铜]]，铜的冶炼工艺大约在公元前5000年出现。铜的冶炼方法出现后，人类又陆续获得了冶炼[[锡]]、[[铅]]，以及[[银]]的能力<ref name=SmeltingEB/>。但煉鐵的溫度很高，故直到4000年前人類都還沒掌握鐵製品，最早能大规模冶铁的国家是[[赫梯王国]]，该国自公元前14世纪开始具有大量冶铁的能力。冶铁技术的出现推动了文明的发展，使世界进入[[铁器时代]]<ref>{{cite journal |last=Souckova-Siegolová |first=J.|title=Treatment and usage of iron in the Hittite empire in the 2nd millennium BC|journal=Mediterranean Archaeology |volume=14 |pages=189–93 |year=2001}}</ref>。18世纪，[[英国]]首创用[[焦炭]]取代木炭炼铁的近代[[高炉]]技术<ref name=SmeltingEB/><ref>Simcoe, Charles R. "The Age Of Steel: Part II." Advanced Materials & Processes 172.4 (2014): 32-33. Academic Search Premier.</ref>。

==工艺流程==
现代冶炼一般分为三大步骤：矿石准备、还原，以及精炼。矿石准备步骤中，需要对矿石进行分选，除去杂质，再进行烧结成型。一部分的[[硫化物]]矿物在此之后需要进行{{link-en|焙烧|Roasting (metallurgy)}}处理，脱去[[硫]]等元素，形成[[品位]]更高的[[氧化物]]。在还原中，使用[[一氧化碳]]等[[还原剂]]与矿石反应，使金属元素还原为金属单质。在精炼过程中，会对还原得到的金属单质进行处理，以减少其中的杂质含量<ref name=Wei/><ref name=C2011>{{cite book|author=中国期货业协会编|title=锌|url=https://books.google.com/books?id=5g5UDQAAQBAJ&pg=PT48|date=2011-11-01|publisher=中国财政经济出版社|isbn=978-7-5095-3190-7|pages=48–55|access-date=2018-08-15|archive-date=2021-05-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20210515171110/https://books.google.com/books?id=5g5UDQAAQBAJ&pg=PT48|dead-url=no}}</ref>。

===焙烧===
矿石准备中，一部分矿石需要在还原前进行{{link-en|焙烧|Roasting (metallurgy)}}。焙烧的目的是使矿石中的碳酸盐分解，或使[[氧气]]与硫化物发生反应，形成品位更高、便于还原的金属氧化物或其他化合物。例如，[[孔雀石]]的焙烧可以使其中的主要成分碱式碳酸铜（Cu<sub>2</sub>(CO<sub>3</sub>)(OH)<sub>2</sub>）发生以下反应<ref name=Ray1985>{{Cite book|title = Extraction of Nonferrous Metals|last = Ray|first = H.S.|publisher = Affiliated East-West Press Private Limited|year = 1985|isbn = 81-85095-63-9|location = |pages = 131-132|display-authors=etal}}</ref><ref name="asminternational">{{cite web|url=http://www.asminternational.org/documents/10192/1942082/coppermetal.pdf/86992a2a-61db-4628-b01d-c70c0338b756|title=Copper Metal from Malachite &#124; Earth Resources|publisher=asminternational.org|accessdate=2015-08-26|deadurl=no|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150923175352/http://www.asminternational.org/documents/10192/1942082/coppermetal.pdf/86992a2a-61db-4628-b01d-c70c0338b756|archivedate=2015-09-23}}</ref>：

:<math> \mathrm{

Cu_{2}(CO_{3})(OH)_{3}\ \xrightarrow []{\Delta}\ 2CuO\ + CO_{2}\ + H_{2}O

}
</math>

对以金属硫化物为主要成分的矿石而言，焙烧则主要发生以下反应（以[[闪锌矿]]为例）<ref name=Ray1985/>：

:<math> \mathrm{

2ZnS\ + 3O_{2}\ \xrightarrow []{\Delta}\ 2ZnO\ + 2SO_{2}

}
</math>

亦有加入氯化剂使金属矿物生成氯化物的氯化焙烧，或使硫化物成为硫酸盐，以便湿法冶金的焙烧工艺<ref name=Wei/><ref name=Ray1985/>。

===还原===
还原旨在通过金属矿物与还原剂（如[[焦炭]]、[[一氧化碳]]）的反应，使金属元素还原，形成所需的金属单质。炼铁的高炉即为对铁矿石进行还原的反应装置。在还原过程中，亦会加入[[石灰石]]、[[石英石]]等，以便造渣。还原过程会产生二氧化碳等气体，以及废弃的炉渣<ref name=Wei/><ref name=SmeltingEB/>。<ref name="Wang2016">{{cite book|author=George C. Wang|title=The Utilization of Slag in Civil Infrastructure Construction|url=https://books.google.com/books?id=6yelCgAAQBAJ&pg=PA36|date=2016-06-24|publisher=Elsevier Science|isbn=978-0-08-100397-8|pages=36–|access-date=2018-08-15|archive-date=2021-05-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20210515171119/https://books.google.com/books?id=6yelCgAAQBAJ&pg=PA36|dead-url=no}}</ref>

===精炼===
还原得到的金属一般需要精炼才能得到精品。在精炼中，不需要的杂质会被进一步排除，得到金属单质含量更高的精品。对高炉炼出的[[生铁]]来说，可使用[[平炉]]炼[[钢]]等方法精炼为成品钢。在粗铜的精炼中，会先进行再氧化，制成阳极进行电解，制得精铜。粗锌则可利用蒸馏法进行精炼<ref name=C2011/>。

==环境问题==
[[File:Higashida_First_Blast_Furnace.JPG|thumb|日本[[八幡製鐵所]]的第一座高炉，现已登录为[[世界文化遗产]]]]
冶炼属于污染较重的工业，冶炼产生的废水以及废渣会对环境造成影响，一些有毒金属也会在过程中排放到环境中。[[铜]]、[[银]]、[[钴]]、[[铁]]和[[硒]]在冶炼中可能会以气态排放到[[大气]]中。此外，冶炼过程中产生的二氧化硫若过量排放，可能造成[[酸雨]]等环境问题<ref>{{Cite journal|last=Hutchinson|first=T. C.|last2=Whitby|first2=L. M.|date=1974|title=Heavy-metal pollution in the Sudbury mining and smelting region of Canada, I. Soil and vegetation contamination by nickel, copper, and other metals|url=https://www.cambridge.org/core/journals/environmental-conservation/article/heavymetal-pollution-in-the-sudbury-mining-and-smelting-region-of-canada-i-soil-and-vegetation-contamination-by-nickel-copper-and-other-metals/F2AB075780381015B120FC8D63DCE353|journal=Environmental Conservation|language=en|volume=1|issue=2|pages=123–132|doi=10.1017/S0376892900004240|issn=1469-4387|via=Cambridge University Press|author=|access-date=2018-02-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20180208004548/https://www.cambridge.org/core/journals/environmental-conservation/article/heavymetal-pollution-in-the-sudbury-mining-and-smelting-region-of-canada-i-soil-and-vegetation-contamination-by-nickel-copper-and-other-metals/F2AB075780381015B120FC8D63DCE353|archive-date=2018-02-08|dead-url=no}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Likens|first=Gene E.|last2=Wright|first2=Richard F.|last3=Galloway|first3=James N.|last4=Butler|first4=Thomas J.|date=1979|title=Acid Rain|url=https://archive.org/details/sim_scientific-american_1979-10_241_4/page/43|jstor=24965312|journal=Scientific American|volume=241|issue=4|pages=43–51}}</ref>。

==参见==
*[[冶金学]]
*[[冶金工程]]

==参考文献==
{{reflist}}

{{鋼鐵生產}}

[[Category:冶金]]
[[Category:化学工程]]