Основні способи добування металів – ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Розділ 12. ЗАГАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ
§ 12.6. Основні способи добування металів
Метали трапляються в природі як у вільному стані (самородні метали), так і, переважно, у вигляді хімічних сполук.
У вигляді самородних металів перебувають найменш активні метали. Типовими їх представниками є золото і платина. Срібло, мідь, ртуть, Олово можуть існувати в природі як у самородному стані, так і у вигляді сполук, решта металів (що стоять у ряду стандартних
– тільки у вигляді сполук з іншими елементами.
Мінерали і гірські породи, що містять метали або їх сполуки і придатні для промислового добування металів, називаються рудами. Найважливішими рудами металів є їх оксиди і солі (сульфіди, карбонати та ін.). Якщо руди містять сполуки двох або кількох металів, то вони називаються поліметалічними (наприклад, мідно-цинкові, свинцево-срібні та ін.).
Добування металів з руд – завдання металургії.
Металургія – це наука про промислові способи добування металів з природної сировини. Металургією також називають металургійну
Сучасна металургія добуває понад 75 металів і численні сплави на їх основі. Залежно від способів добування металів розрізняють піро-, гідро – і електрометалургію. Пірометалургія посідає провідне місце в металургії. Вона охоплює способи добування металів з руд за допомогою реакцій відновлення, які проводять при високих температурах. Як відновники застосовують вугілля, активні метали, оксид карбону(ІІ), водень, метан. Так, наприклад, вугілля і оксид карбону(ІІ) відновлюють мідь з червоної мідної руди (куприту) Сu2О:
Сu2О + С = 2Сu + СО;
Сu2О + СО = 2Сu + СО2.
Аналогічний приклад – добування чавуну і сталі із залізних руд (див. § 14.9).
У тих випадках, коли руда є сульфідом металу, її спочатку переводять в оксид окисним випалюванням (випалюванням з доступом повітря). Наприклад:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2.
Далі оксид металу відновлюють вугіллям:
ZnO + С = Zn + CO.
Відновлення вугіллям (коксом) здійснюють звичайно тоді, коли метали, що їх добувають, зовсім не утворюють карбідів або утворюють неміцні карбіди (сполуки з карбоном); це залізо і багато кольорових металів – мідь, цинк, кадмій, германій, олово, свинець та ін.
Відновлення металів з їх сполук іншими металами, хімічно більш активними, називається металотермією. Ці процеси відбуваються також при високих температурах. Як відновники застосовують алюміній, магній, кальцій, натрій, а також кремній. Якщо відновник – алюміній, то процес називається алюмінотермією, якщо магній – магнійтермією. Наприклад:
Сr2О3 + 2Аl = 2Cr + Аl2О3;
ТіСl4 + 2Мg = Ті + 2МgСl2.
Металотермією звичайно добувають ті метали (та їх сплави), які при відновленні оксидів вугіллям утворюють карбіди. Це марганець, хром, титан, молібден, вольфрам та ін.
Іноді метали відновлюють з оксидів воднем (воднeтермія). Наприклад:
МoО3 + ЗН2 = Мо + ЗН2О;
WO3 + ЗН2 = W + ЗН2О.
При цьому утворюються метали високої чистоти.
Гідрометалургія охоплює способи добування металів з розчинів їх солей. При цьому метал, що входить до складу руди, спочатку переводять у розчин за допомогою відповідних реагентів, а потім добувають його з цього розчину. Так, наприклад, під час обробки розведеною сульфатною кислотою мідної руди, яка містить оксид купруму(ІІ) СuО, мідь переходить у розчин у вигляді сульфату:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + Н2О.
Далі мідь добувають з розчину або електролізом, або витісненням за допомогою порошку заліза:
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.
Нині гідрометалургійним методом добувають до 25 % всієї міді. У нього велике майбутнє, оскільки він дає змогу добувати метали, не піднімаючи руду на поверхню.
Цим же методом добувають золото, срібло, цинк, кадмій, молібден, уран та ін. Руду, що містить самородне золото, після подрібнення обробляють розчином ціаніду калію KCN. Все золото переходить у розчин. З розчину його видобувають електролізом або витісненням металічним цинком.
Електрометалургія охоплює способи добування металів за допомогою електролізу. Цим способом добувають переважно легкі метали – алюміній (див. § 13.11), натрій (див. § 13.2) та інші – з їх розплавлених оксидів або хлоридів.
Електроліз використовують також для очистки деяких металів. З металу, що його очищають, виготовляють анод. При електролізі анод розчиняється, іони металу переходять у розчин, а на катоді вони осаджуються. Так добувають електролітично чисті метали: мідь, срібло, залізо, нікель, свинець та багато інших.
Сучасній напівпровідниковій і атомній техніці необхідні метали дуже високої чистоти (вміст домішок порядку 10 % і менше). Найважливішими методами глибокої очистки металів є зонна плавка, розклад летких сполук металів на нагрітій поверхні, переплавляння металів у вакуумі тощо.
Отже, в основі всіх способів добування металів з їх сполук лежать окисно-відновні процеси.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...