从矿石中提取金属

我们使用的几乎每种金属，都曾在地下沉睡漫长岁月，不是以亮闪闪的金属、而是以化合物的形态存在——氧化物、硫化物或碳酸盐——因为在地质尺度的时间里，大多数金属早已与氧、硫或水反应了。提取一种金属，就是把它失去的电子赢回来：在化学上把矿石中的金属离子 M-n+ 一路还原到游离金属 M。整个故事就是一场巨大的还原，而方法的选择，取决于每种金属对其失去的电子抓得有多牢。

由反应活性决定，有一道大致的方法阶梯。极不活泼的金属（金，有时还有铜）以金属本身存在，只需物理分离。中等活泼的金属常被火法冶炼：碳（以焦炭形式）在炉中还原它们的氧化物——高炉里由 Fe2O3 炼铁是教科书般的例子——因为炽热的碳是一种廉价而强力的还原剂，埃林厄姆图把这一点说得很精确。最活泼的金属（钠、镁、铝）把电子抓得太紧，碳无法经济地撬开，于是用电解熔融盐或熔融氧化物来提取，由电流直接提供还原能力（由熔融氧化铝炼铝是工业上的庞大例子）。硫化物矿通常先焙烧成氧化物，有些金属则用「湿法」赢得——先浸出、再用置换或电解。

提取冶金学是氧化还原化学最古老、最举足轻重的应用之一——青铜时代和铁器时代就是直接以它命名的，而铝在廉价电解出现之前一直是珍贵的稀罕物。老实的说法是：方法由热力学决定（氧化物的生成自由能有多负），再受经济和动力学的调和：纸面上「最好」的还原剂，可能太慢、太脏或太贵，这就是为什么真实工厂都是折中方案，也是为什么回收——它完全跳过了还原——比原生提取便宜得多。