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金屬鋁的冶煉方法范文第1篇

關(guān)鍵詞：實驗探究；變化守恒；宏微結(jié)合；分類表征；綠色運用

文章編號：1008-0546（2016）11-0052-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.017

2016年5月19日，南通市高中化學(xué)（使用人教版教材）優(yōu)秀課評比在江蘇省海門中學(xué)舉行，我有幸參加課堂展示，在高一（7）班借班上了一堂新授課“開發(fā)利用金屬礦物和海水資源（第1課時）”。本次活動以“培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)”為主題，下面就這堂課的教學(xué)設(shè)計作一介紹。

一、設(shè)計理念

鑒于人教版《化學(xué)2》[1]中本節(jié)課的“承前啟后”：既是對《化學(xué)1》中鈉、鋁、鐵等金屬及其重要化合物知識和氧化還原反應(yīng)的進一步歸納、梳理和運用，同時又為《選修2》第三單元“化學(xué)與材料的發(fā)展”課題2“金屬材料”中深入學(xué)習鐵、鋁的冶煉做好準備。在綜合比較了人教版和蘇教版中有關(guān)金屬的教學(xué)內(nèi)容后，設(shè)計了兩條主線，一明一暗。明線：即以人類發(fā)展史中重要金屬材料的發(fā)現(xiàn)和使用為主線，著重討論青銅時期銅的冶煉（因為人教版《化學(xué)1》對銅的教學(xué)相對不如鈉、鋁、鐵系統(tǒng)，而蘇教版《化學(xué)1》[2]編有“銅的獲取和運用”）和鐵器時期的煉鐵、煉鋼（考慮到鋼鐵仍是目前使用量最大的金屬材料），進而結(jié)合金屬活動性，通過歸納、分類和整理各種金屬的工業(yè)冶煉方法，加深對氧化還原反應(yīng)的理解。暗線：寓學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)于學(xué)生思維品質(zhì)的優(yōu)化中，通過精心設(shè)計的問題，結(jié)合適當?shù)膶W(xué)法指導(dǎo)，從“實驗探究”“變化守恒”“宏微結(jié)合”“分類表征”“綠色運用”等多個方面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。整節(jié)課的教學(xué)思維導(dǎo)圖可表示為圖1：

二、教學(xué)目標

1.了解銅、鐵等金屬的冶煉史，認識冶煉金屬的一般原理，初步學(xué)會分析、比較和歸納不同金屬的冶煉方法。

2.深化氧化還原反應(yīng)的理解和運用，感悟其在金屬材料發(fā)展中的關(guān)鍵作用。

3.銘記歷史，進一步增強民族自豪感、責任感和使命感。

三、教學(xué)流程

四、教學(xué)過程

1. 情境導(dǎo)入

[師]先來做個游戲――連連看！游戲規(guī)則是對人類歷史發(fā)展代表性時期和對應(yīng)的標志性技術(shù)或人物進行連線，如圖2。

[師]今天我們一起來走進人類歷史發(fā)展中的重要金屬材料。石器時代“火”的發(fā)現(xiàn)和利用為銅、鐵的冶煉奠定了基礎(chǔ)，包括工業(yè)革命時期大量使用有色金屬材料。所以說人類文明史就是世界材料發(fā)展史。

設(shè)計意圖：第一，寓教于樂；第二，明確本堂課的明線――不同歷史時期典型金屬冶煉及金屬材料的運用，初步體驗分類表征；第三，利用交互式電子白板的“幕布”功能，使得游戲與評價變得簡便可行。

2. 活動一：了解銅的冶煉歷史

[圖片展示]介紹兩件珍貴文物：司母戊鼎和銅虎頭。

設(shè)計意圖：兼有培養(yǎng)學(xué)生民族自豪感和銘記歷史教訓(xùn)的用意。從某種意義上來講，銅虎頭已經(jīng)超越了一件普通文物的意義，喚醒我們同學(xué)：中國至今還有上百萬件珍貴文物流失海外。

（1）從銅的化合物中還原出銅

問題：人類很早就發(fā)現(xiàn)，孔雀石[主要成分是Cu2（OH）2CO3]在熊熊燃燒的樹木中灼燒，樹木余燼里會有一種紅色光亮的金屬凝固出來，試用化學(xué)方程式表示所發(fā)生的反應(yīng)：（1） ；（2） 。

早期濕法煉銅有“曾青得鐵則化為銅”的記載，其原理為 。

[生] 討論概括出上述兩種方法制銅的本質(zhì)――從化合態(tài)還原為游離態(tài)。

視野開拓：介紹湖北博物館的鎮(zhèn)館之寶“編鐘”（圖片）的高超鑄造技術(shù)：運用合金比例（圖片）控制音色！（錫偏低，鐘聲單調(diào)而尖銳，過高鐘體韌性下降易被擊破，而適當?shù)暮U量則有利于聲音的衰減，改善音色）。它的神奇還不僅于此……（有興趣的課后可上網(wǎng)了解）

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生的興趣，也為后面介紹煉鋼中通過調(diào)節(jié)硅、錳等合金元素來得到用途不同的鋼材埋下伏筆。由組成的不同而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的差異，從而初步感受“性構(gòu)相依”。而對于“神奇的音樂性能”現(xiàn)場不講，僅留提示，必定會激發(fā)學(xué)生學(xué)習的熱情，兼有激發(fā)學(xué)生熱愛藝術(shù)的設(shè)想。

（2）分組實驗――“電解氯化銅溶液”

【實驗說明】

[師]J形管[3]高端碳棒與電源負極相連（陰極），J形管低端碳棒與電源正極相連（陽極），注射器內(nèi)裝有濕潤的淀粉碘化鉀試紙，通電（24V）3分鐘，注意觀察陰、陽兩極現(xiàn)象，結(jié)束實驗后向上少許提拉注射器活塞（注意不要吸進溶液），觀察試紙顏色，并完成化學(xué)方程式。

設(shè)計效果：從實驗的角度豐富了制備銅的方法，也為《選修4》中電解精煉銅開一扇窗。可通過加液后在J形管兩端自然形成的液面高度差判斷裝置的氣密性，另外裝置在密閉體系中檢驗Cl2，減少了其對環(huán)境的污染，本身就體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想。

[師]視野開拓：簡單介紹現(xiàn)代煉銅技術(shù)――火法煉銅和生物煉銅。

3. 活動二：認識煉鐵（鋼）的原理

（1）實驗探究――“鋁熱反應(yīng)”

裝置改進如圖4：用水泥和沙子在鐵皮罐內(nèi)側(cè)澆鑄成坩堝狀，底部開孔，將紙漏斗放入，填上鋁熱劑，表面鋪一層氯酸鉀，三腳架下面預(yù)先放好盛有細沙的蒸發(fā)皿。用坩堝鉗將燃燒的鎂條插入反應(yīng)物引發(fā)反應(yīng)，……夾出紅熱物，用磁鐵靠近。

設(shè)計效果：當給鋁熱反應(yīng)重新按了這個家后，用5g Fe2O3和2g Al粉演示，現(xiàn)象十分明顯，火焰集中在小范圍內(nèi)垂直向上噴射，底部高溫熔融物相對集中落下，并能在細沙中保持相對較長時間（約10秒）的“紅熱”狀態(tài)，給學(xué)生對反應(yīng)放熱留下深刻印象，稍冷，能被磁鐵輕松吸引。十分適合當場演示，在藥品預(yù)先加好的前提下，整個實驗用時在4分鐘以內(nèi)。

[師]請完成該反應(yīng)的方程式（并點評）。鑒于鐵、鋁都是用途極為廣泛的金屬，這個反應(yīng)不具有大規(guī)模煉鐵意義，但是這個反應(yīng)由于放出大量的熱，因此可以用來焊接鐵軌（稱之為鋁熱焊）、冶煉高熔點金屬（如錳、鉻和鎢等）、甚至用于定向爆破。

[師]根據(jù)反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，從微觀角度加以分析。

問題1：根據(jù)反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，從微觀角度繪出鋁熱反應(yīng)過程中的能量變化，見圖5。

[生]利用白板的拖拉功能將反應(yīng)物、生成物拖到相應(yīng)位置，并連接成曲線①。

問題2：反應(yīng)物能像乘“滑滑梯”一樣自然而流暢地轉(zhuǎn)化為生成物嗎[4]？

[生]小組討論，修正曲線①為曲線②。

問題3：能不能降低反應(yīng)的“坎兒”（如曲線③）？

[生]使用催化劑。

[師]尋找合適的催化劑！而金屬及其化合物是這個領(lǐng)域研究的熱點，可謂方興未艾（2007年度諾貝爾化學(xué)獎授予德國科學(xué)家格哈德?埃特爾在表面化學(xué)研究領(lǐng)域上的突破）。有興趣的同學(xué)兩年后可以考慮填報“催化工業(yè)”專業(yè)，今天你們站在海門市基礎(chǔ)教育的制高點，相信假以時日，你們也一定能登上世界“催化工業(yè)”的巔峰。

設(shè)計意圖：利用電子交互白板能輕松展示上述層層遞進的三個問題解決的過程！較好地落實了“宏微結(jié)合”，進而完成從“物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量變化”雙重角度認識物質(zhì)世界！并且進一步激發(fā)學(xué)生對化學(xué)的興趣，再次點燃學(xué)生學(xué)習激情（學(xué)生不由自主的熱烈掌聲也給予我極大的鼓勵）。

（2）看圖比較古代煉鐵和現(xiàn)代高爐煉鐵

結(jié)合屏幕上的古代煉鐵圖片和高爐煉鐵示意圖，進行比較并完成下表：

設(shè)計意圖：比較是一種高效、深刻的學(xué)習方法。

[圖片展示]泰坦尼克號沉沒的圖片以及最近出現(xiàn)在南海的美國現(xiàn)役主戰(zhàn)航母――“斯坦尼斯號”圖片。

設(shè)計意圖：第一，說明作為輪船或航母甲板對鋼材質(zhì)量的要求之高；第二，聯(lián)系時下區(qū)域政治熱點，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，并自發(fā)轉(zhuǎn)化為一種民族的使命感、責任感。

[視頻播放]結(jié)合“氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼”的模型觀看相應(yīng)視頻，理解煉鋼的目的及反應(yīng)原理。

4. 活動三：整理金屬冶煉的本質(zhì)、方法、過程和金屬資源的有效使用途徑

（1）簡單表示金屬冶煉的本質(zhì)：

（2）結(jié)合金屬活動性順序表，討論不同金屬冶煉方法的選擇。

（3）金屬冶煉的一般過程包括 、 、 。

（4）列舉合理開發(fā)利用金屬礦產(chǎn)資源的幾種途徑。

設(shè)計意圖：學(xué)生自主建構(gòu)，同時形成本堂課的主板書設(shè)計，見圖6。

[師]金屬材料發(fā)展的歷史演變是材料發(fā)展的歷史演變中的重要組成部分，見圖7。從人類歷史發(fā)展的幾個重大時期看，材料歷經(jīng)了天然材料陶瓷青銅鐵鋼有色金屬高分子材料新型材料，這正驗證了美國科學(xué)家西博格的一句話“化學(xué)，人類進步的關(guān)鍵”。

課后拓展：上網(wǎng)查閱、走訪、調(diào)查了解海水金屬資源的利用現(xiàn)狀和展望。

五、教學(xué)反思

1. 對立與統(tǒng)一

整合和發(fā)揮素材在教學(xué)中的辯證性：如兩種青銅器圖片的使用，既激活學(xué)生的民族自豪感，又讓學(xué)生回憶了中華民族這段屈辱的歷史；又如，為說明材料科技的進步是為造福人類社會，卻又選擇了“泰坦尼克號”海難圖片，以及以“斯坦尼斯號”為代表的美國航母在南海制造緊張局勢……也很好地印證了課的最后所引用的恩格斯的充滿哲理的一句話：“化學(xué)既是關(guān)于自然的科學(xué)，又是關(guān)于人的科學(xué)。在當代科學(xué)的發(fā)展趨勢中，它們正在走向統(tǒng)一。因此，現(xiàn)代化學(xué)不僅是認識生命過程與進化的手段，也是人類生存和獲得解放的手段。”

2. 實驗探究與創(chuàng)新

J形管的運用有效地保證了兩液面高度差的形成與觀察，同時采用注射器保證了實驗中電解氯氣的綠色檢驗，很好地發(fā)揮了實驗的不可替代功效。實驗結(jié)束后將針筒中的氯氣推入燒堿溶液吸收即可，而CuCl2溶液可供多個平行班級重復(fù)使用。鋁熱反應(yīng)的反應(yīng)器以及引燃方式都做了改進，改進后的裝置能承受反應(yīng)高溫，外壁不會發(fā)燙，可用于反復(fù)演示實驗而不損壞。引燃鎂條時，先用坩堝鉗夾住鎂條中部，點燃一端迅速將另一端插入鋁熱劑，這個動態(tài)的過程相比教材中靜態(tài)的過程而言，改善了空氣和鎂條的接觸，反應(yīng)加劇，有效解決了原來演示過程中燃著的鎂條自上向下燃燒到根部會熄滅，從而導(dǎo)致不能引發(fā)鋁熱反應(yīng)這個問題。

3. 擺事實講道理

通過編鐘中合金成分的分析，錫、鉛含量對鐘聲音色的影響，以及將生鐵煉鋼過程中各元素含量的變化與調(diào)整和鋼材所呈現(xiàn)的特性等的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生“性構(gòu)相依”的學(xué)科思想。通過由表及里、層層推進的三個問題：根據(jù)鋁熱反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，如何從微觀角度繪出反應(yīng)過程的能量圖？反應(yīng)物會像乘“滑滑梯”一樣自然而流暢地轉(zhuǎn)化為生成物嗎？能不能降低上述這些反應(yīng)的能量障礙那道“坎兒”？進而完成從“物質(zhì)轉(zhuǎn)化與能量變化”雙重角度認識物質(zhì)世界！

比較遺憾的是，學(xué)生活動三這個環(huán)節(jié)略顯倉促，本來預(yù)設(shè)了這樣一個活動，讓學(xué)生扮演我國西部銅城――白銀市市長這一角色，談?wù)劚臼械V產(chǎn)資源合理開發(fā)的舉措……由于我看錯時間（結(jié)果下來發(fā)現(xiàn)提前了3分鐘下課），以為課上來不及了，忍痛割愛，失去了培養(yǎng)學(xué)生社會責任感、參與意識和決策能力[5]的極佳機會，行文至此仍不吐不快。

致謝：感謝江蘇省如東高級中學(xué)的同仁們在準備過程中給予的大力幫助。

參考文獻

[1] 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書?化學(xué)2[M].北京：人民教育出版社，2008

[2] 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書?化學(xué)2[M].南京：江蘇教育出版社，2007

[3] 蔣海燕.J形管在中學(xué)化學(xué)實驗中的應(yīng)用探討[J].化學(xué)教學(xué)，2012（11）：47

金屬鋁的冶煉方法范文第2篇

【關(guān)鍵詞】重熔用鋁錠；熔鑄燒損；質(zhì)量；溫度；鋁灰分離

目前，大部分鋁冶煉企業(yè)熔鑄燒損都在10‰左右，這勢必造成大量的鋁被氧化而損失。如一個年產(chǎn)能為30萬噸的鋁冶煉企業(yè)，10‰的燒損相當于年損失3000噸的產(chǎn)量，按噸鋁液11000元的制造成本計算，全年損失則高達3300萬元，這個數(shù)字令人觸目驚心。當然，熔鑄過程中因鋁液高溫氧化，加之電解冶煉過程中不可避免的含有各種金屬雜質(zhì)與非金屬雜質(zhì)，完全沒有熔鑄損失是不可能的。那么，在實際生產(chǎn)過程中，造成熔鑄燒損的因素有哪些？如何有效的降低燒損，將熔鑄燒損控制在最合理、最小范圍呢？

一、造成燒損的原因

（一）廢品率高

通過對相關(guān)企業(yè)連續(xù)幾個月的廢品統(tǒng)計和燒損統(tǒng)計可知，廢品率與熔鑄燒損成正比關(guān)系。即廢品率越高，二次回爐造成熔鑄損失越大。而產(chǎn)生廢品的具體原因如下：

1.內(nèi)部質(zhì)量因素。造成鋁錠內(nèi)部質(zhì)量不符合標準的原因比較復(fù)雜，由于配料人員工作責任心不強，出現(xiàn)配料誤差，導(dǎo)致產(chǎn)生不合格；因鋁液質(zhì)量波動，個別電解槽鋁液鐵、硅含量突然上升，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降；因液質(zhì)量發(fā)生變化而分析人員工作不嚴謹，槽號與分析報告不匹配，誤導(dǎo)配包人員而致鋁錠質(zhì)量不合標準。

2.鋁錠外觀質(zhì)量。由于鋁錠外觀質(zhì)量而導(dǎo)致不合標準的廢品數(shù)量比較龐大。一方面，因設(shè)備故障，產(chǎn)生了諸多廢品，包括鑄造機不到位或者有卡別現(xiàn)象，造成鋁錠表面波紋；鋁錠鑄模底部燒損嚴重，導(dǎo)致鋁錠表面出現(xiàn)坑洞；鑄造機打印裝置磨損嚴重，造成打碼不清晰；鑄造機液壓油缸漏油，鋁錠表面有油污；打包機異常，造成松包、歪包、斜包；鑄造機鑄模鏈板變形，導(dǎo)致鋁錠斜塊。另一方面，因操作技能因素或工作責任心不強產(chǎn)生的廢品，包括工人操作技能較低，打渣速度過慢，造成鋁錠夾渣；操作人員工作責任心不強，造成鋁錠夾渣，或飛邊毛刺，或產(chǎn)生大小塊。

（二）具體操作失誤而導(dǎo)致燒損較高

首先，爐內(nèi)澆鑄溫度沒有達到控制要求，導(dǎo)致燒損高。澆鑄溫度過高，造成鋁液表面氧化，部分鋁液揮發(fā)。澆鑄溫度過低，鋁渣分離不徹底，渣中含鋁量高，造成熔鑄損失增加。

其次，操作次數(shù)過于頻繁。在入料、添加除渣劑、攪拌扒渣作業(yè)過程中，操作次數(shù)過于頻繁，會造成鋁液表面大部分氧化膜頻繁遭到破壞，而導(dǎo)致熔鑄損失。

最后，扒渣溫度過低。扒渣時混合爐溫度保持沒有達到標準要求，造成鋁渣和鋁液分離效果不好，鋁渣中含鋁量過高。

二、具體解決對策

因上述內(nèi)部質(zhì)量、外部質(zhì)量和具體操作等所導(dǎo)致的鋁錠熔鑄燒損程度較高的情況，可采取以下具體措施加以解決：

首先，采取實際且有針對性的對策與措施以減少因內(nèi)部質(zhì)量問題所產(chǎn)生的大量燒損，諸如加強崗位操作技能培訓(xùn)，開展導(dǎo)師帶徒工作；細化崗位工作職責和工作標準，建立有效的績效考核機制；嚴格配包標準，細化配包精度；滿爐起鑄，澆鑄之前取料進行爐前分析，分析合格后才可以打眼生產(chǎn)；對于鐵、硅含量過高的鋁液，配料過程中進行二次爐內(nèi)鋁液成分分析。

其次，針對由于外部質(zhì)量原因所造成的燒損情況，可采取如下措施：生產(chǎn)過程中按標準動作打渣，輕推慢拉，及時清理護板上的鋁渣；生產(chǎn)前檢查軌道上、水箱上是否有凝固的鋁塊，并且按要求調(diào)整好內(nèi)外接扶錠；根據(jù)鏈條情況規(guī)范加油；及時檢查更換不合格的鑄模；定期清理鑄模內(nèi)腔，保證內(nèi)腔光滑，對于老化的鑄模進行定期摸查更換；做好設(shè)備點檢定修工作，有安排有組織的確定重點維護對象。

最后，因具體操作而導(dǎo)致的燒損，要嚴格控制澆鑄溫度。金屬氧化熱力學(xué)研究表明，金屬氧化的趨勢以及各種金屬元素氧化的順序和氧化程度，都是由金屬與氧的親和力決定的，并與金屬的成分份、溫度等條件有關(guān)。

規(guī)范添加除渣劑，攪拌扒渣作業(yè)過程的操作標準，杜絕操作次數(shù)過于頻繁，較長時間的打開爐門導(dǎo)致鋁液二次氧化造成的鑄造損失，并制定相應(yīng)的考核辦法。

扒渣溫度的控制。扒渣時混合爐溫度要控制在合理的范圍之內(nèi)，盡量使鋁渣和鋁液溫度達到最佳的分離狀態(tài)，減少鋁灰中的含鋁量。

充分發(fā)揮鋁灰分離機的作用。雖然經(jīng)過添加除渣劑及扒渣程序后鋁渣中的含鋁量降低，但仍有部分鋁存在于渣中，鋁渣中約含有15%～20%的鋁，鋁渣回收利用的方法有很多種，但目前效果比較好的是鋁灰分離機，鋁灰分離機可以將鋁灰中75%的鋁有效回收。有條件的企業(yè)可以安裝鋁灰分離機，對扒渣灰進行有效的分離，最大限度的回收鋁灰中的鋁。

金屬鋁的冶煉方法范文第3篇

關(guān)鍵詞：有效元素；有色金屬；回收

目前，世界上已探明的金屬有86種之多，其中鐵、鉻、錳稱之為黑色金屬，其他金屬都可統(tǒng)稱為有色金屬。冶煉工業(yè)中最常見的有色金屬包括銅、鎳、鉛、鋅、錫、鋁、鎢、欽等。這些有色金屬在冶煉過程中由于冶煉工藝等原因除希望冶煉的元素外還會產(chǎn)生大量的其他元素，當前大多數(shù)有色冶金企業(yè)把這些有效元素當作了冶煉伴生的廢渣進行了丟棄。丟棄的結(jié)果可想而之，既是對有效元素的浪費，又加重了當?shù)氐沫h(huán)境污染。因此，對“廢渣”中的有效元素進行回收，二次利用，變費為寶，將會產(chǎn)生社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。

1 有效元素回收方式

在有色金屬的冶煉過程中產(chǎn)生的廢渣元素種類很多，其中可回收，再次利用的有效元素也不少，可分為有效金屬元素和有效的非金屬元素，根據(jù)冶金的要求和用途，廢渣中有效元素的回收方式也不相同。對于金屬元素的回收，一般采用選冶、火法冶煉和濕法冶煉等技術(shù)，而非金屬元素（如余熱）的回收采用梯級利用法。有效元素回收的原則是減量化、資源化、無害化。

1.1選冶法

在冶金有效元素處理的初期，尾礦的選擇上，需針對礦山物理表面的不同化學(xué)成分、性質(zhì)，采用適合尾礦再選的選冶流程（螺旋溜槽-BL1500螺旋溜槽、浮選+尾礦氰化選冶聯(lián)合流程、浮一重一磁聯(lián)合流程、先鉛后銅的優(yōu)選浮選等），或通過新型藥劑（如浸鋅渣還原、濃縮脫液等），從粗精礦中直接選擇出精礦。通過尾礦選治增加經(jīng)濟效益，避免因尾礦回收率低，引起的礦山企業(yè)開發(fā)、利用率積極性不高等原因引起的礦山的惡性開發(fā)，增強有色金屬的綜合利用，使礦山開發(fā)、有色冶金、回收利用良性循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展。

1.2濕法冶金

濕法冶金是目前回收冶金過程中廢渣有效元素最有效的方法和常用方式之一。它是通過酸、堿、微生物水溶液浸出方法提取所屬金屬元素，最后用電解水溶液的方法抽取金屬。并且濕法冶金對冶金勞動條件要求不高，無高溫和粉塵危害，況且排放的有毒氣體極少，可以達到生產(chǎn)清潔的要求。所以，濕法冶金常作為復(fù)雜廢渣冶金或尾礦再開發(fā)的新技術(shù)。

1.2.1濕法冶金步驟

在濕法冶金過程中分為三個步驟：（1）將礦石原料浸泡在水溶液中，這一過程簡稱原料浸出。（2）凈化：再將浸取的溶液和殘渣分離，進而通過溶劑萃取技術(shù)、離子交換技術(shù)、沉淀法、還原法將夾雜在冶金溶液與有用的金屬離子洗滌回收。（3）金屬抽?。翰捎秒娊夥◤膬艋褐苯犹崛〗?、銀、銅、鋅、鎳、鉆等純金屬；而以含氧酸形式存于水溶液中的鋁、鑰、鎢等金屬，一般先進行析出氧化物，然后再還原得到有效金屬。

1.2.2原料浸出

濕法冶金的浸出環(huán)節(jié)是冶金中的最重要的一步，由于廢渣礦石中有效金屬元素是呈硫化物、氧化物、硫酸鹽、砷化物、碳酸鹽、磷酸鹽等形態(tài)存在，要想將有效金屬從有害雜質(zhì)中分離出來，需要謹慎的選擇溶劑。浸出的方法也很多，要因材治宜，有酸浸出、堿浸出、鹽浸出以及細菌浸出?？捎肏ZSO4作為藥物溶劑來處理含酸性的礦石浸出鎳、鋅、銅、鉆等氧化物，回收率可高達99%以上，效果明顯。用HCL處理含酸性的礦石浸出黃銅。用濃度巧%的HCL和濃度30%的HZSO4混合處理鎢礦。用NH：處理含堿性的礦石浸出鉆、鎳、銅的硫化物；用Na多處理硫化銻、汞礦浸出HgS、53、SbZs3。NaCL處理含鉛半產(chǎn)品的尾礦浸出PbSO4、PbCLZ。用NaCN處理金銀礦、高鐵鹽作為氧劑使用浸出硫化銅、黃銅。用細菌、微生物作為水溶液浸出硫酸鹽、氯化物等。

1.2.3 凈化

經(jīng)過原料的浸出后，會得到很高比例的有效金屬，但仍然許多不需要的或有害的礦物質(zhì)，它們隨溶劑混合于想要抽取的有效金屬中。凈化的過程有兩種，一是先從溶劑中析出待沉積的有效金屬；另一種方法是先析出雜質(zhì)，讓有效金屬保留在溶劑中。常用的凈化方法有：溶劑萃取、離子沉淀、離子交換和還原法。

利用水溶液與有機溶劑分層液體相的原因而采用的溶劑萃取技術(shù)，再用稀釋劑從有機相中分離金屬離子離子。目前已有200余種萃取溶劑，其中有十幾種是被廣泛應(yīng)用在工業(yè)冶金中的。對有機溶劑的選用上，還有非常大的進步空間，可利用現(xiàn)有的溶劑萃取液合成更加高效的、廉價的新型萃取液，并且，有機溶劑萃取的工藝上也有較的改善空間。

由于離子交換樹脂合成簡宜，并且不溶于其他酸堿鹽溶液以及有機溶劑，所以在離子交換工藝中離子交換樹脂是重要的轉(zhuǎn)換物質(zhì)。與溶劑萃取相比，離子交換技術(shù)具有操作方便、選擇性好、性能穩(wěn)定、容量大的特點。沉淀法也是一種最常用的凈化提純技術(shù)，可用于獲得鹽類、氧化物或金屬產(chǎn)品。沉淀方法有硫化物沉淀法、水解沉淀法以及共沉淀法等。

1.3火法冶金

火法冶金是回收冶金過程中有效元素的最古老的方法，在昔日發(fā)揮了重要的作用，但由于其高耗能，對環(huán)境的污染大，在環(huán)保節(jié)能的今天，火法冶金逐漸要退出歷史舞臺。單純使用高溫進行火法冶金提取有效金屬的方式基本上不再使用，但與濕法冶金相結(jié)合回收有效金屬的混合技術(shù)仍有廣泛的市場價值。24余熱回收要充分合理地利用有色爐窯的煙氣余熱，就要根據(jù)煙氣余熱資源的數(shù)量、品質(zhì)（溫度）和用戶要求，遵循能級匹配的原則，實現(xiàn)對其進行按質(zhì)回收，溫度對口的梯級利用。一般情況下具體的梯級利用原則如下。

優(yōu)先考慮將煙氣的余熱回收利用于生產(chǎn)工藝過程本身。這樣，將煙氣中的余熱直接帶回生產(chǎn)工藝過程中，直接降低了生產(chǎn)工藝過程的能耗，比通過轉(zhuǎn)換裝置來回收煙溫的余熱更為經(jīng)濟和有效。其次，冶金過程產(chǎn)生的高溫余熱可應(yīng)用于動力回收，使用水蒸汽進行循環(huán)發(fā)電，高溫余熱的熱能轉(zhuǎn)換成電能。最后，這部分的煙氣余熱最好直接應(yīng)用于生產(chǎn)工藝本身，如加熱物料、預(yù)熱助燃空氣等。如得不到以上利用時再考慮應(yīng)用其冬季采暖，夏季制冷等其他利用方式。

金屬鋁的冶煉方法范文第4篇

關(guān)鍵詞：LF爐；精煉；含鋁鋼

前言

隨著鋼材市場競爭中鋼材質(zhì)量影響因素的提升，各大鋼企紛紛開展了爐外精煉技術(shù)的開發(fā)與實踐，以此作為提高鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段，經(jīng)過不斷的發(fā)展，目前爐外精煉已經(jīng)成為鋼鐵生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵步驟，LF爐精煉工藝降低鋼水中氧，硫等有害元素的含量的途徑，通過采取包括電極加熱、鋼包底吹氬以及造白渣等技術(shù)，實現(xiàn)了鋼水產(chǎn)品純凈度的大幅提高。

SAE10B22A鋼屬于中碳低硅高鋁鋼，其煉制的過程中對酸熔鋁含量的要求比其它品種鋼的要求更高，鑄坯中酸熔鋁占比必須超過0.015%，煉制技術(shù)的關(guān)鍵在于對鋼水中增加鋁元素的過程中如何同步實現(xiàn)鋼水[Al]s的限制，這個條件的實現(xiàn)能夠保證鋼水的內(nèi)在質(zhì)量和澆筑質(zhì)量的前提，同時也能夠有效的減少鋼水中的結(jié)瘤狀況。使用該品種剛的客戶，通常不僅僅需要對鋼材進行成分和各種機械指標的檢驗，其檢測報告中還增加了晶粒度、非金屬夾雜以及低倍等檢測指標的要求，這些因素決定了這種鋼材煉制技術(shù)的復(fù)雜性。表1為SAE10B22A鋼的化學(xué)成分。

1 宣鋼生產(chǎn)主要裝備及工藝流程

1.1 主要裝備

宣鋼煉鋼廠150T爐區(qū)，其中包括：鐵水折罐間，KR脫硫站，150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，180tLF精煉爐和12流末端電攪連鑄機。

1.2 工藝路線

宣鋼煉鋼廠150T爐區(qū)生產(chǎn)SAE10B22A鋼工藝路線為：鐵水脫硫-復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉-LF爐-連鑄。

2 LF爐精煉工藝控制

2.1 精煉渣料的加入和渣系的確定

（1）LF爐渣料的選擇包括：白灰，瑩石，鋁礬土，鋁質(zhì)造渣劑。

（2）SAE10B22A鋼渣系的確定。為了使精煉渣具有較好的脫硫及夾雜物去除效果，SAE10B22A鋼精煉渣選定CaO-Al2O3-SiO2渣系。

2.2 精煉硅、[Al]S含量的控制

通過采用鋁粒加造渣劑作為還原劑來完成對鋼液碳、鋁、硅增量的控制，能夠在減少SiO2含量的同時有效實現(xiàn)硅元素的增量控制，關(guān)鍵在于對煉制過程中操作方法的控制，通過前期渣脫氧來降低[Al]S的燒損，其中關(guān)鍵的控制步驟包括：

（1）放慢精煉成渣的過程，控制硅在早期的的還原反應(yīng)速度。

（2）通過提高鋼包頂渣的堿度，直接降低SiO2參與還原反應(yīng)的速度，延長硅還原反應(yīng)的時間。

（3）盡量較少煉制過程中螢石的使用量，主要依靠鋁礬土來控制爐渣流動性，這樣也能夠有效的減少爐渣中的SiO2占比。

（4）放棄原先的供電裸弧，主要通過稠化精煉爐渣的操作方法，也可以有效的減少供電期間鋼液吸氣現(xiàn)象。

（5）加快精煉輔助速度，減弱精煉過程中的底吹氬，操作中不宜采用爆吹和大翻的方法，因為這樣容易造成嚴重的鋁燒損。

2.3 鈣處理工藝

Al2O3作為含鋁鋼煉制過程中最主要的氧化產(chǎn)物，其過高的熔點給煉制過程帶來了很大的技術(shù)問題，在液態(tài)鋼水中，Al2O3以固態(tài)的方式存在，是造成鋼水結(jié)瘤和堵塞現(xiàn)象的根源，及時中間包水口處沒有造成結(jié)瘤現(xiàn)象，那么進入剛才軋制工藝以后，容易軋制過的鋼材表面形成較長的線性分布帶，給鋼材造成重大的質(zhì)量問題。通過對生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，可以看出，只有將鈣鋁比維持在0.13之上的水平，才能保證鋼水流動性指標。并且在精煉后期采取有效的鈣處理措施，在參照J3分析Si含量的多少，混入一定量的硅鈣線，來實現(xiàn)鋼水中Si含量的控制，喂鈣鐵線的原則是要使鋼中有一定的鈣飽和度，同時應(yīng)進行不少于15min的弱吹氬，保證在以上過程中對鋼液的保護，避免二次氧化。

3 生產(chǎn)結(jié)果分析討論

3.1 生產(chǎn)結(jié)果總結(jié)

經(jīng)過實踐有效地控制鋼水中非金屬夾雜物總量，提高鋼的純凈度，保證了精煉和鑄坯鋼水Als/Alt≥90%，實現(xiàn)了SAE10B22A鋼的順利冶煉、澆注。生產(chǎn)出的SAE10B22A鋼的在化學(xué)成分檢驗以及鑄坯表面質(zhì)量檢測等方面均達到了技術(shù)要求，為公司第一單SAE10B22A鋼的冶煉打下了良好的基礎(chǔ)。也有助于公司后續(xù)開展SAE10B22A型鋼的冶煉工作。具體生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析（見表2）

3.2 分析討論

精煉脫氧劑鋁粒，鋁質(zhì)造渣劑，電石應(yīng)該在第一次供電結(jié)束前添加完畢，中間過程中白渣的保持主要通過添加輔助脫氧劑，在煉制過程中要密切注意氬站成分的變化，如[Al]沒有達到精煉燒損，及時喂Al線補Al。在煉制過程中控制鈣鋁比在0.09-0.14%范圍以內(nèi)。通過多次煉制經(jīng)驗總結(jié)，在煉制過程中，如果能夠確保鈣鋁比值超過0.1%，就能夠有效的實現(xiàn)對夾雜物化學(xué)性質(zhì)的改變，保證最終形成的脫氧產(chǎn)物為液態(tài)，也能最大程度上滿足鋼水對于流動性的要求。同時，澆鋼過程要嚴格按照連鑄保護澆筑的操作方法做好，這就需要將鈣鋁比控制在0.10-0.12%的范圍以內(nèi)。以上過程表明，只要嚴格的控制爐渣，就能夠確保鋼水的所含的Al2O3成分最大程度和爐渣發(fā)生反應(yīng)，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)鋼水的精煉也可以控制最終鑄坯鋼Als/Alt在90%左右，有效地控制鋼水中非金屬夾雜物總量。實現(xiàn)了鋼的純凈度提升，完成SAE10B22A鋼的澆鑄。

4 結(jié)束語

（1）使用鋁粒加造渣劑混合型還原劑爐渣可能夠?qū)崿F(xiàn)對鋼液

碳、鋁、硅增量的控制，降低Si02含量，可限制鋼液增硅量。

（2）低碳高鋁鋼精煉渣的選用除了考慮渣熔點，流動性，堿度，粘度外還要考慮脫氧能力，減少鋁燒損以及吸附夾雜能力。

（3）中低碳高鋁鋼精煉工藝中的核心內(nèi)容就是控制氧化鋁并去除氧化產(chǎn)物，只要控制鈣鋁之比超過0.1，就可以實現(xiàn)對夾雜物的變性處置，生產(chǎn)液態(tài)脫氧產(chǎn)物，保證了鋼水的流動性。

參考文獻

金屬鋁的冶煉方法范文第5篇

一、化學(xué)1模塊中的化學(xué)觀念

高中化學(xué)1模塊通過精選核心知識、設(shè)計豐富多彩的探究活動，引導(dǎo)學(xué)生進一步發(fā)展相關(guān)的化學(xué)觀念。“元素觀”“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”這三大化學(xué)觀念的發(fā)展是教師在進行化學(xué)1模塊元素化合物知識教學(xué)時需要關(guān)注的。

元素觀元素觀建構(gòu)的價值在于它可以幫助學(xué)生形成化學(xué)的思維方法，有序地認識物質(zhì)，指導(dǎo)其化學(xué)的學(xué)習和研究。元素觀的具體內(nèi)容可以表述為：物質(zhì)由元素組成、物質(zhì)按照元素組成進行分類、化學(xué)式能表示物質(zhì)的元素組成、物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是元素原子間的重新組合、元素是同一類原子的總稱、元素化合價與元素原子的最外層電子數(shù)有關(guān)、元素性質(zhì)呈周期性變化，等等。在化學(xué)1模塊，積累鈉、鋁、鐵、銅、硅、氯、硫、氮元素代表物質(zhì)的相關(guān)知識，并使之有序化，是重要的教學(xué)目標之一。當學(xué)生對元素觀的認識達到一定水平的時候，他們就能在具體元素的學(xué)習過程中運用元素的觀點來尋找含該元素的物質(zhì)、按元素組成對相關(guān)物質(zhì)進行分類、按照物質(zhì)間的關(guān)系整理物質(zhì)的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化；他們就能在具體物質(zhì)的學(xué)習和研究中運用元素的觀點思考該物質(zhì)的核心元素是什么、該元素可能具有哪些價態(tài)、物質(zhì)的類別是什么、該類物質(zhì)的通性和特性有哪些、該物質(zhì)可能存在怎樣的轉(zhuǎn)化關(guān)系，等等。

分類觀分類是_種_般科學(xué)方法，廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域。通過分類，學(xué)習者可以更好地認識同類物質(zhì)的本質(zhì)。化學(xué)學(xué)科的研究對象是物質(zhì)及其變化，分類標準是分類的核心，理解根據(jù)不同的分類標準對物質(zhì)及其發(fā)生的變化進行不同角度、不同層次的分類；同類物質(zhì)具有相似的性質(zhì)，可以發(fā)生相似的化學(xué)變化，是學(xué)習者必須要掌握的科學(xué)方法。H人教版化學(xué)1教材按照金屬及其化合物、非金屬及其化合物將元素化合物內(nèi)容分為兩章，以物質(zhì)分類思想整合眾多的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)習者可以通過探究或閱讀等豐富多彩的自主活動獲取教材中的感性信息，采用分類、歸納的方法獲得系統(tǒng)的化學(xué)知識。如，教材在第三章先對鈉、鋁、鐵三種金屬單質(zhì)的通性與特性進行介紹，再介紹鈉的氧化物與鹽、鐵的氫氧化物與鹽、鋁的氧化物與氫氧化物的性質(zhì)，最后安排了金屬材料的性質(zhì)和用途內(nèi)容。由此可見，以物質(zhì)的組成和性質(zhì)進行分類研究的方法必將成為貫穿元素化合物知識的學(xué)習主線，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)習者適時應(yīng)用物質(zhì)的通性、物質(zhì)類別之間的反應(yīng)規(guī)律、氧化還原反應(yīng)理論、離子反應(yīng)理論等工具進行元素化合物知識的自主學(xué)習。

轉(zhuǎn)化觀物質(zhì)的存在不是靜止和孤立的，物質(zhì)總是在不斷變化，當某種物質(zhì)生成或消失時，一定會伴隨著其他物質(zhì)的消失或生成，所以不同物質(zhì)間發(fā)生著有規(guī)律的轉(zhuǎn)化。物質(zhì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是物質(zhì)的化學(xué)變化，轉(zhuǎn)化體現(xiàn)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。由于物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時元素種類不變，所以轉(zhuǎn)化是以元素為核心的各種物質(zhì)性質(zhì)的知識結(jié)構(gòu)的核心。元素化合物知識的教學(xué)應(yīng)探究反應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律、建立以元素為核心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀。以元素為核心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要有兩種形式：一是相同元素價態(tài)，不同物質(zhì)類別間的轉(zhuǎn)化，如氫氧化鋁與氯化鋁的轉(zhuǎn)化；二是不同元素價態(tài)間的轉(zhuǎn)化，如氯化鐵與氯化亞鐵的轉(zhuǎn)化。第一種轉(zhuǎn)化通過復(fù)分解反應(yīng)就可達成，第二種轉(zhuǎn)化必須通過氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)。當學(xué)生能夠把物質(zhì)的類別與性質(zhì)視為統(tǒng)一的整體，把物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化視為統(tǒng)一的過程，利用規(guī)律性知識完成相關(guān)變化，實現(xiàn)相關(guān)轉(zhuǎn)化時，就可以說學(xué)生對于轉(zhuǎn)化觀的認識達到了較高水平。

二、化學(xué)1模塊元素化合物教學(xué)與化學(xué)觀念的關(guān)系

化學(xué)1模塊中的元素化合物知識與化學(xué)觀念的關(guān)系可以概括為兩個方面，一是元素化合物知識作為知識載體可以很好地承載“元素觀”“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”的發(fā)展任務(wù)；二是元素化合物內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化需要以上三大化學(xué)觀念的引領(lǐng)。

(一）元素化合物內(nèi)容對化學(xué)觀念發(fā)展的承載需要認識知識的價值并輔以活動落實

面對元素化合物內(nèi)容，教師應(yīng)著力于挖掘核心化學(xué)知識的教學(xué)價值，將教學(xué)目標從“學(xué)習物質(zhì)性質(zhì)”轉(zhuǎn)向“形成研究物質(zhì)性質(zhì)的思想方法”和“發(fā)展對化學(xué)觀念的認識”，將教學(xué)行為從“知識為本”轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”?；瘜W(xué)觀念的形成需要學(xué)生在積極主動的探究活動中，深刻理解和掌握有關(guān)的化學(xué)知識，并在對知識的應(yīng)用過程中概括提煉而成。因此，教師應(yīng)深入分析具體知識對化學(xué)觀念發(fā)展的支持度，并為核心知識的學(xué)習過程設(shè)計合理的探究活動，引導(dǎo)學(xué)生加深對核心知識的認識，促進其化學(xué)觀念的發(fā)展。

例如，人教版化學(xué)1第三章第一節(jié)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”內(nèi)容，教材的編寫注重學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)和學(xué)習習慣，教師教學(xué)應(yīng)以分類觀為具體金屬性質(zhì)學(xué)習的指導(dǎo)，探究金屬與其他物質(zhì)類別間的反應(yīng)，同時注意物質(zhì)特性的研究；學(xué)生通過鈉與氧氣反應(yīng)、鈉與水反應(yīng)、鐵與水反應(yīng)、鋁與氫氧化鈉反應(yīng)等新知識的獲得，建立金屬性質(zhì)研究的新角度，或提升分類標準，構(gòu)建更完善的金屬性質(zhì)的研究框架，發(fā)展物質(zhì)分類觀念。在學(xué)生充分認識到了“金屬化學(xué)性質(zhì)”對物質(zhì)分類觀發(fā)展價值的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)通過一系列活動給予落實。例如，通過讓學(xué)生回憶并舉例說明金屬的化學(xué)性質(zhì)，初步建立金屬性質(zhì)分類研究的框架；通過完成鈉與氧氣反應(yīng)、鋁箔加熱的探究實驗獲取的感性認識，對金屬與氧氣反應(yīng)的知識進行補充，增加生成過氧化物的分類研究角度，增加致密氧化膜對于金屬性質(zhì)的影響這一分類研究角度；通過對鐵與氯氣、鐵與硫反應(yīng)的實驗現(xiàn)象的觀察，對鈉與水、鐵與水反應(yīng)現(xiàn)象的觀察解釋及產(chǎn)物預(yù)測，將金屬與氧氣反應(yīng)的分類角度提升為金屬與非金屬反應(yīng)的知識規(guī)律總結(jié)，將金屬與酸反應(yīng)的分類角度提升為金屬與酸或水反應(yīng)的規(guī)律總結(jié)；通過鋁與鹽酸、與氫氧化鈉反應(yīng)的探究實驗,認識到鋁的特性，增加研究金屬性質(zhì)的新角度一特殊金屬與堿的反應(yīng)。教師只有認識到金屬化學(xué)性質(zhì)的具體知識點對于物質(zhì)分類觀的發(fā)展作用，并且在教學(xué)中通過認識建構(gòu)活動和認識發(fā)展反思活動,才能使學(xué)生深刻理解分類觀對于認識金屬具體化學(xué)性質(zhì)的指導(dǎo)作用，通過具體知識點的學(xué)習深刻理解物質(zhì)分類觀，特別是基于分類觀的金屬性質(zhì)的認識角度得到豐富和發(fā)展。

(二）元素化合物內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化需要化學(xué)觀念的引領(lǐng)并輔以可操作的學(xué)習工具

對于元素化合物知識，很多學(xué)生頭腦中都只是片段。學(xué)生缺乏一種工具，把知識整合起來，形成結(jié)構(gòu)化的知識網(wǎng)絡(luò)?；瘜W(xué)觀念具有促進元素化合物知識結(jié)構(gòu)化的重要作用，出于可操作的需求，要把觀念工具化，二維物質(zhì)關(guān)系圖就是一種體現(xiàn)“元素觀”“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”指導(dǎo)下實現(xiàn)元素化合物知識結(jié)構(gòu)化的工具，如圖1所示。在此工具化圖示中,“元素觀”“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”是一體的，核心是元素，方法是分類，內(nèi)涵是轉(zhuǎn)化。此工具化圖示是以元素為核心的、以價態(tài)和物質(zhì)類別為坐標的二維物質(zhì)關(guān)系圖，應(yīng)用于不同元素時，坐標可能出現(xiàn)變化，具體變化實例如圖2、圖3、圖4。

在建構(gòu)二維物質(zhì)關(guān)系圖的過程中，化學(xué)觀念對學(xué)生的思維和行為起指導(dǎo)作用，并在學(xué)生深入思考、反復(fù)嘗試的過程中得到應(yīng)用和發(fā)展。如，在建立如圖2所示的以鈉元素為核心的二維物質(zhì)關(guān)系圖時，學(xué)生首先要尋找核心元素為鈉的物質(zhì)，然后按照鈉元素的價態(tài)0價或+1價及物質(zhì)類別把這些物質(zhì)標識在圖中合理的位置上。在此過程中，學(xué)生思維和行動的指導(dǎo)就是元素觀，而元素觀也在學(xué)生的自主活動中得到鞏固和應(yīng)用層面的發(fā)展。又如，圖2、3、4都是以金屬元素為核心構(gòu)建的物質(zhì)關(guān)系圖，但鹽類物質(zhì)出現(xiàn)了物質(zhì)和離子兩種不同的呈現(xiàn)方式。為什么鈉鹽在關(guān)系圖中沒有呈現(xiàn)為“Na+”？碳酸鈉可與多種物質(zhì)發(fā)生符合鹽類通性的復(fù)分解反應(yīng)，但“Na+”并沒有真正參與離子反應(yīng)的過程。反觀氯化鐵，它與堿發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)、與鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)，“Fe3+”真正參與了離子反應(yīng)過程。由此可見，在考慮物質(zhì)呈現(xiàn)方式的過程中，學(xué)生需要綜合利用各種化學(xué)分類知識，認識物質(zhì)的組成與性質(zhì)，分類觀也在學(xué)生不斷的思考和利用中得到鞏固和發(fā)展。再如，圖2、3、4的物質(zhì)呈現(xiàn)順序不同，其中蘊含的深層次原因為可溶的金屬氧化物能與水反應(yīng)生成堿，而不溶的金屬氧化物不具此性質(zhì)。通過建立適當?shù)奈镔|(zhì)類別順序、全面的物質(zhì)間連線，學(xué)生就能夠把物質(zhì)的類別與性質(zhì)視為統(tǒng)一的整體，把物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化視為統(tǒng)一的過程，利用規(guī)律性知識完成相關(guān)轉(zhuǎn)化，學(xué)生對于轉(zhuǎn)化觀的認識水平得以不斷提升。

學(xué)生在學(xué)習建構(gòu)二維物質(zhì)關(guān)系圖的過程中，配合自然現(xiàn)象、學(xué)習生活、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境問題等多角度的應(yīng)用活動也是必不可少的。在應(yīng)用環(huán)節(jié)，學(xué)生需要從二維物質(zhì)關(guān)系圖中準確提取結(jié)構(gòu)化的知識信息，即反應(yīng)物性質(zhì)知識及反應(yīng)物和生成物在圖中的結(jié)構(gòu)關(guān)系信息。如“硫的化合物”的學(xué)習，要求學(xué)生設(shè)計火力發(fā)電廠將二氧化硫轉(zhuǎn)化為石膏的過程，學(xué)生只有準確提取到二氧化硫的性質(zhì)及其與硫酸鈣的結(jié)構(gòu)關(guān)系信息，才能清晰地表述：“二氧化硫-石膏的轉(zhuǎn)化涉及化合價和物質(zhì)類別轉(zhuǎn)化，所以轉(zhuǎn)化過程要用到氧化劑和堿……”。在應(yīng)用環(huán)節(jié)中，學(xué)生逐漸理解二維物質(zhì)關(guān)系圖中代表物在圖中所處位置所包含的知識信息，理解物質(zhì)間連線的內(nèi)涵，從而使零散的知識形成結(jié)構(gòu)清晰的整體。

三、體現(xiàn)化學(xué)觀念的“鋁的化合物”的教學(xué)設(shè)計及其分析

化學(xué)觀念具有體驗性和內(nèi)隱性，只能建立在對化學(xué)知識深層次挖掘的基礎(chǔ)上，不能通過機械記憶獲得。所以，基于化學(xué)觀念的教學(xué)需要學(xué)習者親歷知識的探索發(fā)現(xiàn)過程，對具體知識進行深入理解，并在不斷的應(yīng)用與修改中獲得逐漸接近學(xué)科本質(zhì)的認識。教師如何通過課堂教學(xué)切實落實學(xué)生的化學(xué)觀念的發(fā)展任務(wù)？筆者以“鋁的化合物”的教學(xué)為例進行探討。

依據(jù)化學(xué)觀念的發(fā)展需求分析，鋁的化合物教學(xué)中需要考慮：其一，應(yīng)盡可能涉及各類核心元素為鋁的物質(zhì)，包括鋁、氧化鋁、氫氧化鋁、偏鋁酸鈉、氯化鋁；其二，兩性氧化物、兩性氫氧化物的概念，是物質(zhì)分類的新知識，是教學(xué)重點，相關(guān)結(jié)論最好由學(xué)生思考得出；其三，氧化鋁、氫氧化鋁與堿反應(yīng)生成偏鋁酸鈉這一物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系是學(xué)生認同、理解上的難點，應(yīng)設(shè)計探究活動讓學(xué)生反復(fù)感受、解釋、應(yīng)用；其四，鑒于鋁的化合物在物質(zhì)分類角度上的特殊性，讓學(xué)生“一步到位”地構(gòu)建出如圖3所示的鋁元素的二維物質(zhì)關(guān)系圖有一定的困難，需要分階段構(gòu)建?；谝陨戏治?，教師可在“鋁的化合物”的教學(xué)中，以“如何從鋁土礦冶煉得到金屬鋁”為問題主線，以解決實際問題為明線，通過逐步解決工業(yè)流程圖中包含的物質(zhì)性質(zhì)、制備、轉(zhuǎn)化等問題，實現(xiàn)對鋁的氧化物、氫氧化物、鹽的分類及性質(zhì)問題的預(yù)測、探究、理解、應(yīng)用，使學(xué)生形成以鋁元素為核心的物質(zhì)關(guān)系結(jié)構(gòu)化知識。

環(huán)節(jié)1：基于事實發(fā)現(xiàn)問題，初步構(gòu)建鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，形成引領(lǐng)學(xué)習過程的思維主線

問題1:生活中經(jīng)常用到各種鋁制品，自然界存在大量鋁單質(zhì)嗎？金屬鋁是如何冶煉得到的？閱讀資料，了解鋁土礦的成分及金屬鋁的冶煉工藝，找到冶煉流程中所有含鋁元素的物質(zhì)，并將流程圖簡化。

學(xué)生活動：結(jié)果如圖5所示。

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生的探究熱情，引出問題主線“如何從鋁土礦冶煉得到金屬鋁”。這個問題指明了學(xué)生的思維方向為如何從鋁土礦得到單質(zhì)鋁；包含了鋁單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、鹽之間轉(zhuǎn)化關(guān)系的大量物質(zhì)性質(zhì)信息；也可分解為很多

生思維持續(xù)深入。通過簡化工業(yè)流程圖，構(gòu)建物質(zhì)關(guān)系圖，為學(xué)生之后構(gòu)建合理完善的二維物質(zhì)關(guān)系圖提供思維臺階；同時使學(xué)生感受到金屬鋁的冶煉過程，就是含鋁元素物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、相互轉(zhuǎn)化的過程，經(jīng)此過程達到除雜、冶煉等目的，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習提供思維依據(jù)和方向。

環(huán)節(jié)2：基于推理和實驗驗證，實現(xiàn)鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化，學(xué)習氧化鋁與氫氧化鋁的性質(zhì)，發(fā)展元素觀、分類觀和轉(zhuǎn)化觀

問題2:如果你是工程師，你能實現(xiàn)流程圖中的各步轉(zhuǎn)化嗎？預(yù)測發(fā)生的化學(xué)變化并寫出化學(xué)方程式。

問題的分析與討論：學(xué)生可應(yīng)用物質(zhì)分類觀點，通過物質(zhì)的通性預(yù)測氧化鋁與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁、氯化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁、氫氧化鋁受熱分解生成氧化鋁。學(xué)生在學(xué)習鋁的性質(zhì)時知道了氧化鋁和鋁一樣能與酸或堿反應(yīng)，學(xué)生提出假設(shè)：是不是氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)也生成偏鋁酸鈉。

問題3:觀察氧化鋁與酸與堿反應(yīng)、氫氧化鋁

(3)受熱分解兩個演示實驗，你的預(yù)測準確嗎？

問題4:從物質(zhì)分類角度來看，氧化鋁是否屬于堿性氧化物？

問題的分析與討論：學(xué)生很容易從氧化物的分類標準判斷出氧化鋁同時具有酸性氧化物和堿性氧化物的性質(zhì)，所以它應(yīng)該屬于新的物質(zhì)類別。由此，教師引出兩性氧化物的概念。

學(xué)生實驗1:氯化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁的預(yù)測是否正確？

學(xué)生實驗的分析與討論：教師提供的藥品為1mol/L氯化鋁和6mol/L氫氧化鈉，學(xué)生在交流實驗操作和結(jié)果時，會意識到氫氧化鈉的用量導(dǎo)致了不同實驗現(xiàn)象的發(fā)生，氫氧化鋁可能與氫氧化鈉反應(yīng)。

學(xué)生實驗2:制取氫氧化鋁并完成其與氫氧化鈉、鹽酸的反應(yīng)。

問題5:從物質(zhì)分類的角度來看，把氫氧化鋁看成堿合適嗎？

設(shè)計意圖：在整個環(huán)節(jié)的起始部分，學(xué)生會覺得利用物質(zhì)通性去推測一些化學(xué)反應(yīng)是很容易操作且成功率很高的，氧化鋁屬于兩性氧化物這一新知識的學(xué)習也水到渠成。直到探究進行到如何將氯化鋁轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁這一步，學(xué)生開始面臨一連串的問題：為什么剛剛得到的氫氧化鋁沉淀溶解了？為什么別的小組得到了沉淀，他們的實驗怎么做的？操作有什么不同？氫氧化鈉用量是實驗失敗的原因嗎？鋁和氧化鋁都能和堿反應(yīng)，氫氧化鋁能和堿反應(yīng)嗎？……與熟悉的反應(yīng)規(guī)律相矛盾的實驗現(xiàn)象可以激發(fā)學(xué)生探究的熱情，同時學(xué)生也可以體驗到實驗對于化學(xué)學(xué)習的重要作用。氫氧化鋁的兩性、鋁鹽與氫氧化鈉反應(yīng)時堿的用量影響實驗現(xiàn)象這些教學(xué)中的重點和難點問題，不需要教師生硬地告訴學(xué)生，學(xué)生都可以自己思考分析得到。從鋁和氧化鋁的性質(zhì)理解氫氧化鋁的兩性，是學(xué)生在元素觀指導(dǎo)下進行學(xué)習活動的成果；鋁元素的化合物在兩性方面的性質(zhì)可以豐富學(xué)生的元素觀。這個環(huán)節(jié)學(xué)生以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為目的進行探究活動，利用分類觀自主學(xué)習并獲得成功。

環(huán)節(jié)3：基于預(yù)測和實驗驗證，完善鋁及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系，應(yīng)用分類觀對陌生物質(zhì)的性質(zhì)進行探究

問題6:實現(xiàn)圖5中的Q和③轉(zhuǎn)化要應(yīng)用偏鋁酸鈉的性質(zhì)，預(yù)測偏鋁酸鈉的性質(zhì)？

問題的分析與討論：對于偏鋁酸鈉，學(xué)生感到非常陌生，思維的方向只能是：偏鋁酸鈉屬于鹽，能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。

學(xué)生實驗3：分別向偏鋁酸鈉溶液中滴加鹽酸，或吹入二氧化碳。觀察實驗現(xiàn)象，推測生成物。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過物質(zhì)通性進行預(yù)測，完成實驗，根據(jù)復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律分析現(xiàn)象，推測產(chǎn)物。學(xué)生的思維內(nèi)容包括：向偏鋁酸鈉溶液中滴加鹽酸，先生成沉淀，然后沉淀溶解。鹽與酸反應(yīng)時離子互換生成新鹽和新酸，新鹽是氯化鈉，新酸是含鋁元素的不溶性酸，這種酸還能繼續(xù)和鹽酸反應(yīng)而溶解，所以新的酸具有兩性，可能是氫氧化鋁；向偏鋁酸鈉溶液中吹入二氧化碳也生成沉淀，該沉淀為氫氧化鋁，沉淀不能繼續(xù)和二氧化碳反應(yīng)。由此可見，偏鋁酸鈉這一新物質(zhì)的學(xué)習，是學(xué)生較深入應(yīng)用分類觀和反應(yīng)規(guī)律研究陌生物質(zhì)性質(zhì)的一次嘗試，比環(huán)節(jié)2中利用分類觀和反應(yīng)規(guī)律學(xué)習氧化鋁、氫氧化鋁的性質(zhì)在思維深度和應(yīng)用水平上，高出一個檔次。在教師的引導(dǎo)和提示下，學(xué)生深入思考相關(guān)問題，分類觀得到進一步發(fā)展。

環(huán)節(jié)4：在更廣闊的環(huán)境中應(yīng)用元素觀、分類觀和轉(zhuǎn)化觀

問題7：回顧鋁的工業(yè)冶煉流程，在鋁的化合物發(fā)生轉(zhuǎn)化的同時，氧化鐵和二氧化硅也在發(fā)生轉(zhuǎn)化。關(guān)注第一次過濾操作，預(yù)測氧化鐵和二氧化硅的性質(zhì)？

設(shè)計意圖：經(jīng)過前面的學(xué)習，學(xué)生很容易就能通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化的結(jié)果，從酸性氧化物和堿性氧化物的角度對氧化鐵和二氧化硅的性質(zhì)進行預(yù)測。這一環(huán)節(jié)可向?qū)W生充分展現(xiàn)元素觀、分類觀、轉(zhuǎn)化觀超越具體元素化合物知識的廣泛適應(yīng)性和持久性價值。

四、體現(xiàn)化學(xué)觀念的化學(xué)1模塊元素化合物教學(xué)策略分析

基于化學(xué)觀念發(fā)展的元素化合物教學(xué)要解決如何通過具體元素化合物知識的教學(xué)增進學(xué)生對化學(xué)核心知識和規(guī)律的認識，激發(fā)學(xué)生高水平的思維活動這一問題。教師在教學(xué)過程中采取的每項措施都要以此為目的。

(一建立具體知識與化學(xué)觀念間的聯(lián)系元素化合物內(nèi)容是化學(xué)觀念發(fā)展的載體，具體知識對“元素觀”“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”承載的契合度是不同的。合理地建立具體知識與化學(xué)觀念間的聯(lián)系，可以最大限度地發(fā)揮元素化合物知識的作用，也利于學(xué)生對核心知識的理解。由于學(xué)生化學(xué)觀念的發(fā)展過程是循序漸進的，教師要考慮的問題是：不同教學(xué)階段應(yīng)該著重發(fā)展哪些化學(xué)觀念？哪些具體知識能夠承載該項發(fā)展任務(wù)？不同的具體知識分別承擔化學(xué)觀念鞏固、深化、擴展的發(fā)展任務(wù)。如前文對“金屬的化學(xué)性質(zhì)”內(nèi)容的分析，讓學(xué)生掌握以分類觀為指導(dǎo)的學(xué)習元素化合物知識的基本方法，形成具有化學(xué)學(xué)科特點的思維方式，是最重要的教學(xué)目標，因此分類觀是整節(jié)課的統(tǒng)領(lǐng)。

(二構(gòu)建對指導(dǎo)具體知識學(xué)習有作用的圖示二維物質(zhì)關(guān)系圖是化學(xué)觀念的工具化呈現(xiàn)方式，合理構(gòu)建物質(zhì)關(guān)系圖是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)化及化學(xué)觀念發(fā)展的具體表現(xiàn)，教師應(yīng)預(yù)先設(shè)定物質(zhì)關(guān)系圖示構(gòu)建目標。由于二維物質(zhì)關(guān)系圖是多種化學(xué)觀念發(fā)展的集中體現(xiàn)，只能逐步構(gòu)建以趨于完善，所以教師需要將物質(zhì)關(guān)系圖構(gòu)建的目標拆解，通常分為建構(gòu)圖式、理解圖式、應(yīng)用圖式、鞏固圖式四個環(huán)節(jié)。如前文對“鋁的重要化合物”一節(jié)的物質(zhì)關(guān)系圖構(gòu)建過程：教學(xué)起始環(huán)節(jié)，學(xué)生初步構(gòu)建物質(zhì)關(guān)系圖；之后逐步實現(xiàn)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，理解關(guān)系圖中包含的氧化鋁、氫氧化鋁的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化信息；之后學(xué)生應(yīng)用圖中信息推測陌生物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)；課后學(xué)生重構(gòu)關(guān)系圖，通過交流、對比得到最佳的關(guān)系圖構(gòu)建結(jié)果。

三轉(zhuǎn)化為貫穿學(xué)習過程的驅(qū)動性問題線索

基于化學(xué)觀念的元素化合物教學(xué)本身就是用觀念解決問題的過程：問題線索的設(shè)計解答了“在什么情況下，遇到什么問題時需要用哪些知識”的問題，豐富了學(xué)生運用知識的經(jīng)驗；在運用觀念解決問題的教學(xué)中，二維物質(zhì)關(guān)系圖將問題解決的思路和方法顯性化，回答了學(xué)生“用什么方法解決，如何解決”的問題。驅(qū)動性問題要具有鮮明的指向性，使學(xué)生易于找到思維的起點和方向；驅(qū)動性問題要具有一定的思維深度和容量，使學(xué)生長久處于積極的深入思維的狀態(tài)。比如，學(xué)習氮的氧化物相關(guān)內(nèi)容時，可以設(shè)計“‘雷雨肥莊稼’這句農(nóng)諺包含怎樣的科學(xué)道理”這一問題線索，模擬雷電和降雨過程中發(fā)生的氮氣與氧氣、一氧化氮與氧氣、二氧化氮與水的反應(yīng)，使學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的細致觀察和分析，自主學(xué)習氮氣和一氧化氮、二氧化氮的化學(xué)性質(zhì)，了解氮氣、一氧化氮、二氧化氮、硝酸幾種物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，為構(gòu)建氮元素的二維物質(zhì)關(guān)系圖打下良好的基礎(chǔ)。

四依據(jù)二維物質(zhì)關(guān)系圖理順教學(xué)單元內(nèi)多課時的關(guān)系

二維物質(zhì)關(guān)系圖的構(gòu)建往往需要幾節(jié)課的教學(xué)時間，進行教學(xué)設(shè)計時，教師可以按照建構(gòu)圖式、理解圖式、應(yīng)用圖式、鞏固圖式的順序組織教學(xué)內(nèi)容，對多課時的教學(xué)作出統(tǒng)籌安排。如“硫的轉(zhuǎn)化”單元中，可以對三課時的教學(xué)作如下分析和安排。第一課時“自然界中的硫”要求學(xué)生掌握硫單質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及用途；承擔建構(gòu)物質(zhì)體系