金属在自然界中分布很广,不论矿物,动植物或水界中都或多或少含有它们的成分。通常将化学元素在地球化学系统中的平均含量称之为丰度。为了纪念美国克拉克(Clark,F.W.1847~1931)在计算地壳内元素平均含量所作的贡献,通常把各元素在地壳中含量的百分比称为“克拉克值”,如以质量百分数表示,就称为“质量克拉克值”或简称“克拉克值”,如以原子百分数表示,则称为“原子克拉克值”。
元素的原子克拉克值=元素的质量克拉克值/元素的原子量
表16-1列出了各种金属在地売中含量,表16-1所列数据为苏联维诺格拉多夫在1962年提出的。
表16-1 金属在地壳中的含量
元素 | 质量克拉克值 | 元素 | 质量克拉克值 | 元素 | 质量克拉克值 |
Li | 0.0032 |
Sr |
0.034 | Gd | 8×10(-4次方) |
Be | 3.8×10(-4次方) | Y | 0.0029 | Tb | 4.3×10(-4次方) |
Na | 2.5 | Zr | 0.017 | Dy | 5×10(-4次方) |
Mg | 1.87 | Nb | 0.002 | Ho | 1.7×10(-4次方) |
Al | 8.05 | Mo | 1.1×10(-4次方) | Er | 3.3×10(-4次方) |
K | 2.50 | Pd | 1.3×10(-6次方) | Tm | 2.7×10(-5次方) |
Ca | 2.96 | Ag | 7×10(-6次方) | Yb | 3.3×10(-5次方) |
Sc | 1×10(-3次方) | Cd | 1.3×10(-5次方) | Lu | 8×10(-5次方) |
Ti | 0.45 | In | 2.5×10(-5次方) | Hf | 1×10(-4次方) |
V | 0.009 | Sn | 2.5×10(-4次方) | Ta | 2.5×10(-4次方) |
Cr | 0.0083 | Sb | 5×10(-5次方) | W | 1.3×10(-4次方) |
Mn | 0.1 | Te | 1×10(-7次方) | Re | 7×10(-8次方) |
Fe | 4.65 | Cs | 3.7×10(-4次方) |
Au |
4.3×10(-7次方) |
Co | 0.0018 | Ba | 0.065 | Hg | 8.3×10(-6次方) |
Ni | 0.0058 | La | 0.0029 | Tl | 1×10(-4次方) |
Cu | 0.0047 | Ce | 0.007 | Pb | 0.0016 |
Zn |
0.0083 | Pr | 9×10(-4次方) | Bi | 9×10(-7次方) |
Ga | 0.0019 | Nd | 0.0037 | Th | 0.0013 |
Ge | 1.4×10(-4次方) | Sm | 8×10(-4次方) | U | 2.5×10(-4次方) |
Rb | 0.015 | Eu | 1.3×10(-4次方) |
各种金属的化学活泼性相差很大,因此,它们在自然界中存在的形式也各不相同。少数化学性质不活泼的元素,在自然界中以单质游离存在,活没的元素总是以其最稳定的化合物存在。可溶性的化合物,大都溶解在海水、湖水中,少数埋藏于不受流水冲刷的岩石下面。难溶的化合物则形成五光十色的岩石,构成坚硬的地売。例如,自然界里的金、铂只有游离状态的,游离状态的银和铜比较少,游离的汞、锡等金属就更少。性质较活泼的一些轻金属仅呈化合状态而存在,一般轻金属常以氯化物、碳酸盐、磷酸盐、碳酸盐等盐类的形式存在,个别轻金属也有形成氧化物的。如常见的食盐(主要成分NaCl)。光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)、菱镁矿(MgCO3)、重晶石(BaSO4)石膏(CaSO4·2H2O)等。
重金属则主要形成氧化物和硫化物,也有形成碳酸盐的。重要的氧化物矿有:磁铁矿(Fe3O4)、褐铁矿(2Fe2O2·3H2O)赤铁矿(Fe2O3)、软锰矿(MnO2)、锡石(SnO2)赤铜矿(Cu2O)等,重要的硫化物矿有:方铅矿(PbS)、闪锌矿(ZnS)、辉铜矿(Cu2S)、黄铜矿( CuFeS2)、黄铁矿(FeS2)等。此外还有大量各种硅酸盐矿物。
我国地大物博,金属矿藏种类繁多,储量极为丰富,如铀、钨、锡、钼、希土、钛、锑、汞、铅、锌、铁、金、银、菱镁矿等矿产均居世界前列;铜、铝、锰等矿的储量也在世界上占有重要地位。我国已成为世界上已知矿种比较齐全的少数国家之一,这将为我国实现四个现代化提供雄厚的物质基础。
由于人类对自然资源日益增多的要求和科学技术突飞猛进的发展,使人们越来越重视海洋资源。海洋面积约三亿六千万平方公里,占地球总表面积70%以上。除海底有丰富的矿藏以外,海水中含有八十多种元素,其中多数为金属元素,主要呈盐类形式存在。其中除含大量的钠、钾、钙、镁外,还含有各种希有贵重金属,如铷、锶、铀、锂、钡等。海水中金属浓度虽低,但因海水量巨大,所以金属总量非常可观,如海水中铀的总量达四十亿吨以上,相当于陆地铀储量的4000倍。海水中约有5百万吨黄金,8千万吨镍,1亿6千万吨银,8亿吨钼,所以说海洋是贮存金属的“聚宝盆”,向海洋索取金属资源是我们的一项重要任务。在这方面湿法冶金是大有作为的。
目前,大多数金属是从地売中矿石生产出来的,钠、镁等金属是从海水中提取的。