今天处理的习题中有一题，下列些不是金属矿石，答案是碳酸钙，学生不得其解，碳酸钙中也有金属元素“钙”，为什么不是金属矿物呢？下面我们科普一下金属矿物及其冶炼。
金属矿石是指含有金属元素或金属化合物，能够经济地提取出金属的矿石。
虽然碳酸钙含有钙元素，但金属矿石是可以经济地提取出金属的矿石。
从碳酸钙中提取金属钙比较复杂，成本较高。工业上通常是通过电解熔融的氯化钙来制取钙，而不是从碳酸钙直接提取。所以一般不把碳酸钙当作金属矿石。碳酸钙主要用于建筑和制取生石灰。
以下是一些常见的金属矿石及其冶炼方法：主要有“干法冶金”和“湿法冶金”两种。
1.铁矿石：
- 矿石类型：常见的铁矿石有磁铁矿（Fe₃O₄）、赤铁矿（Fe₂O₃）等。
- 冶炼方法：
- 高炉炼铁：这是最主要的炼铁方法。把铁矿石、焦炭和熔剂（如石灰石）从高炉顶部加入，焦炭在炉内燃烧提供热量和还原剂一氧化碳。一氧化碳将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁，同时石灰石分解产生的氧化钙可以与矿石中的杂质（如二氧化硅）反应，形成炉渣并从炉底排出。反应生成的铁水和炉渣分别从出铁口和出渣口排出。高炉炼铁得到的是生铁，生铁中含有较多的碳和其他杂质，还需要进一步通过炼钢来降低碳含量和去除杂质。
2.铜矿石：
- 矿石类型：包括黄铜矿（CuFeS₂）、辉铜矿（Cu₂S）、孔雀石[Cu₂(OH)₂CO₃]等。
- 冶炼方法：
- 火法冶炼：对于硫化铜矿，先进行焙烧，使硫化物转化为氧化物，然后用焦炭等还原剂在高温下还原氧化铜得到粗铜。例如，黄铜矿焙烧后的主要反应为：，接着进行还原反应：。对于氧化铜矿，可以直接用还原剂还原。火法冶炼得到的粗铜还需要通过精炼来进一步提高纯度。
- 湿法冶炼：对于低品位的氧化铜矿，常用湿法冶炼。例如，用硫酸等酸性溶液浸出矿石中的铜，得到含铜的溶液，然后通过电解等方法将铜从溶液中提取出来。或者用更活泼的金属如铁置换出铜，如“曾青得铁化为铜”。
3.铝矿石：
- 矿石类型：主要是铝土矿Al₂O₃，其主要成分包括三水铝石（Al(OH)₃）、一水硬铝石（AlO(OH)）和一水软铝石（AlO(OH)）等。
- 冶炼方法：
- 拜耳法：用苛性钠溶液在加热的条件下将铝土矿中的氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶液，经稀释、冷却后分解出纯的氢氧化铝，同时重新生成苛性钠溶液，供循环使用。氢氧化铝经煅烧后得到氧化铝，氧化铝再通过电解法冶炼得到金属铝。
- 烧结法：铝土矿和纯碱、石灰按一定比例配料磨制成生料浆，在熟料窑内高温烧结成熟料，使氧化铝与纯碱反应生成易溶于水的固体铝酸钠，然后用调整液湿磨溶出，经过脱硅等一系列处理后得到铝酸钠精液，再通入二氧化碳气体进行碳酸化分解，析出氢氧化铝，最后经焙烧产出氧化铝。
4.锌矿石：
- 矿石类型：主要有闪锌矿（ZnS）、菱锌矿（ZnCO₃）等。
- 冶炼方法：
- 火法冶炼：在高温下，用碳作还原剂从氧化锌物料中还原提取金属锌。例如，对于氧化锌矿，可以将矿石与焦炭混合后在高温下反应，得到金属锌蒸气，再经过冷凝得到液态锌。
- 湿法冶炼：用中性浸出、高温高酸处理浸出渣、除铁、净化、电解等步骤从锌矿石中提取锌。首先将矿石进行浸出，使锌溶解到溶液中，然后通过净化去除溶液中的杂质，最后通过电解得到金属锌。
5.铅矿石：
- 矿石类型：常见的有方铅矿（PbS）、白铅矿（PbCO₃）等。
- 冶炼方法：
- 火法冶炼：先将方铅矿进行焙烧，使其转化为氧化铅，然后用焦炭等还原剂还原氧化铅得到金属铅。焙烧反应为：，还原反应为：。
- 湿法冶炼：对于一些低品位的铅矿石，可以用酸或碱溶液浸出铅，然后通过沉淀、置换等方法将铅从溶液中提取出来。
6.镍矿石：
- 矿石类型：有硫化镍矿，如镍黄铁矿((Fe,Ni)₉S₈)和镍磁黄铁矿(NiFe)₇S₈)；还有氧化镍矿，包括硅酸镁镍矿和红土矿等。
- 冶炼方法：
- 火法冶炼：对于硫化镍矿，先进行选矿将矿石品位提高，然后通过熔炼等方法将镍从矿石中提取出来。例如，在鼓风炉或电炉中进行熔炼，使镍硫化物转化为镍金属或镍合金。对于氧化镍矿，可以采用还原焙烧 - 磁选等方法进行冶炼，先将矿石进行还原焙烧，使氧化镍转化为金属镍，然后通过磁选等方法将镍分离出来。
- 湿法冶炼：用酸或氨性溶液浸出氧化镍矿中的镍，然后通过沉淀、萃取等方法将镍从溶液中提取出来。