活泼金属并非一定要用电解法生产,选用适当的还原剂,再选择合适的反应条件,也可以用化学还原法生产,举几个例子:
1、土法制钠
高温(500—700摄氏度以上,最终要将钠变成钠蒸气需要950摄氏度左右的高温)下,碳可以还原NaOH(用“土法制钠”作为关键字,在知网上可找到相关文献):
产物H2和CO都是气体,高温下产物钠也变成钠蒸气,反应熵增 很大,因此根据 ,尽管 (吸热反应),高温下有可能 ,导致 ,反应仍然可以自发进行。现代工业冶炼金属钾,高温下 原理与之本质相同。
2、铝的钠还原法冶炼
将铝土矿、食盐和碳粉混合,通入氯气加热,得到低熔点的NaAlCl4复盐(准确说是络合物Na[AlCl4],类似于冰晶石Na3[AlF6]):
再用金属钠热还原NaAlCl4复盐,即得金属铝,没有电解法之前铝就是这样制取的,因此当时铝价格很贵,可制成奖品等(门捷列夫就得到过铝杯奖品)。
3、镁的“横罐硅热还原法”(“皮江法”)冶炼
将白云石(MgCO3·CaCO3)煅烧得到MgO·CaO,与含硅75%左右的硅铁粉和萤石(CaF2)粉混合(萤石粉作为催化剂),制成球团,装入还原罐,抽真空,高温加热:
高温下反应能够自发进行的原理与土法制钠相似,Mg变成蒸气,反应熵增 很大,根据 ,高温下有可能导致 ,反应即自发进行。CaO起了与SiO2反应造渣作用,与炼铁造渣原理基本相同。CaF2能与CaO形成低熔点共熔体,降低CaO熔化温度,同时显著降低含CaSiO3熔融炉渣的黏度,提高炉渣流动性,因此可以起到催化剂作用。
Mg蒸气在还原罐冷却区域凝结成镁晶体,冷却后开罐,取出镁晶体,可以进一步熔炼得到镁锭。国内小炼镁厂广泛使用该方法冶炼,因为我国白云石资源丰富,该方法耗电比电解法少得多,投资也小。