金属、矿物和矿石的出现

金属是我们生存的关键元素，即使我们没有意识到这一点。自工业时代以来，我们就严重依赖金属。从建筑到珠宝，我们将它们用于一切。但是我们从哪里获得这些金属呢？让我们看看它们的发生。在研究金属的出现之前，我们先来看看金属的反应系列，因为金属的出现与金属的反应系列有关。

Why is hydrogen placed in the reactivity series of metals?

Despite the fact that hydrogen is not a metal, it is included in the reactivity series of metals. This is because, like metals, hydrogen loses electrons and forms the positive ion H⁺ .

金属的出现

地壳是金属的主要来源。在海水中发现了金属盐，例如氯化钠和氯化镁等。金属在自然界中不存在自由状态。因此，大多数金属都存在于与其他元素的化合物中，称为结合态。在自然界中发现的这些金属的化合物是硫化物、氧化物、碳酸盐、氯化物和一些其他金属化合物。金属以正离子或阳离子的形式存在于这些化合物中。只有少数金属，如铜、银、金和铂，以金属的形式以自由状态存在。当一种金属被发现为自由状态时，它被称为处于其“天然状态”。铜、银、金和铂都以其原生状态存在于自然界中。铜和银金属在自然界中以游离态和结合态存在。

Why do some metals occur in a combined state and others in a free state?

Potassium, sodium, calcium, magnesium, and aluminium, which are at the top of the reactivity series, are so reactive that they are never found as free elements in nature. They are always found in a combined state. Metals like zinc, iron, and lead, which are in the middle of the reactivity series, are moderately reactive metals that can also be found in the combined state. 

All of the metals in the reactivity series above copper are only found in nature in form of their compounds. Copper, silver, gold, and platinum are among the least reactive or unreactive metals and are thus found in their free state as metals. Only a small amount of copper and silver are found in a free state. They are generally found as sulphides or oxides in their combined state.

什么是矿物质？

矿物与实验室制造的合成等效物的不同之处在于它必须通过自然过程开发。人工矿物，如祖母绿、蓝宝石、钻石和其他有价值的宝石，经常在工业和研究设施中生产，几乎与天然矿物相同。矿物是一种具有均匀成分的单一固体物质，根据其作为均质固体的定义，不能在物理上分成更简单的化合物。

矿物具有规则的几何形状和高度有序的内部原子结构。由于这种特性，矿物被归类为结晶固体。在适当的条件下，结晶固体可以通过发育良好的外部形式（称为晶体形式或形态）来表达其结构化的内部框架。没有显示出这种有序内部排列的固体被称为无定形。矿物形成可分为以下四组。

• 矿物从火成岩或岩浆岩的熔体中结晶出来。
• 矿物是由于沉淀而形成的，在这个过程中，原材料是来自其他岩石的颗粒，这些岩石已经风化或侵蚀了。
• 变质是指由于现有岩石类型的温度、压力或两者的变化，以牺牲旧矿物为代价形成新矿物。
• 矿物是在热液过程中从地壳内的热溶液中化学沉淀出来的。

前三个步骤会产生各种具有不同矿物颗粒的岩石，这些岩石在互锁的编织中紧密地交织在一起。热液和极低温液体倾向于跟随岩石中的断裂带，为矿物化学沉淀创造开放空间。大多数特殊的矿物标本都是从这样的开放空间中获得的，这些空间部分被溶液中沉积的矿物质填充。允许矿物在生长过程中（作为沉淀的结果）在自由空间中发展，通常会产生发育良好的晶体形状，这有助于标本的视觉吸引力。

因此，矿物是可以在地球中找到金属或其化合物的天然材料。有些矿物可能含有大量金属，而另一些矿物可能只含有一小部分。一些矿物质可能不含不需要的杂质，而另一些可能包含一些限制金属提取的不需要的杂质。因此，并不是所有的矿物都可以用来提取金属。

什么是矿石？

矿石是可以有效且有利地提取金属的矿物。以前的含义将矿石一词限制为金属矿床，尽管在某些情况下它已扩展到包括非金属。在 2,800 多种矿物中，只有大约 100 种被确认为矿石矿物。赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱铁矿是铁的主要来源；黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿是铜的主要来源；闪锌矿和方铅矿分别是锌和铅的主要来源。没有矿床是由单一矿石矿物组成的。

矿石总是与脉石混合，脉石是不受欢迎或无价值的岩石和矿物的术语。在大多数情况下，矿石和脉石是一起开采的——也就是说，通过机械或人工手段从母岩中提取大量矿石和脉石。然后通过一系列称为选矿或选矿的活动将矿石与脉石分离。冶炼、焙烧或浸出工艺用于从矿石中提取必要的金属元素。由于湿法冶金技术的进步，一些金属，例如铜、铀和金，现在可以从母岩中提取而无需钻孔或爆破。

在某些情况下，特殊细菌被用作该过程的一部分。金属一旦被回收，就可以与其他金属进行精炼或合金化，例如在铜精炼厂或钢厂。采矿、加工和精炼都是从矿床中提取金属的过程。矿石中没有不需要的杂质，并且它包含高百分比的金属。因此，所有矿石都是矿物，但并非所有矿物都是矿石。

下表列出了一些最常见的矿石：

	Metal (to be extracted)	Name of ore	Name of the compound in ore	Formula of ore
1.	Sodium	Rock salt	Sodium Chloride	NaCl
2.	Aluminium	Bauxite	Aluminium oxide	Al2O3.2H2O
3.	Iron	Haematite	Iron (III) oxide	Fe2O3
4.	Manganese	Pyrolusite	Manganese dioxide	MnO2
5.	Mercury	Cinnabar	Mercury (II) sulphide	HgS
6.	Zinc	Zinc blende Calamine	Zinc sulphide Zinc carbonate	ZnS ZnCO3
7.	Copper	Cuprite Copper glance	Copper (I) oxide Copper (I) Sulphide	Cu2O Cu2S

已解决的问题

问题 1：为什么大多数金属不会以自由状态出现？

回答：

The most reactive metals are those at the top of the reactivity series, and are so reactive that they are never found as free elements in nature.

问题 2：定义术语脉石。

回答：

The unwanted impurities or non-valuable rocks, earthy particles present in an ore are called gangue.

问题3：在金属镁和汞中，哪些以结合态出现，哪些以游离态出现？

回答：

The metals above hydrogen in the reactivity series are so reactive that they are never found as free elements in nature, whereas the metals which are at the bottom of the reactivity series below hydrogen, are least reactive so they occur in a free state. Since magnesium exists above hydrogen in the reactivity series, so it occurs in a combined state and mercury exists below hydrogen in the reactivity series, so it occurs in a free state.

问题 4：命名以自由态和结合态出现的金属？

回答：

Copper is a metal that exists both in its free and mixed states. Only a small quantity of copper exists in its free state. In its combined state, it usually exists as its sulphides or oxides.

问题 5：命名从朱砂矿石中提取的金属。

回答：

The metal that is extracted from the cinnabar ore is mercury.

问题6：什么是湿法冶金？

回答：

Hydrometallurgy is the process of extracting metal from ore by making an aqueous solution of a metal salt and recovering the metal from it.