Слайд 2В природе такие химические элементы как металлы могут находиться как в
свободном виде (в виде простого вещества), так и в связанном (входить в состав сложных веществ). В связи с этим различаются способы и методы получения металлов.
Слайд 5Если металл в природных условиях находится в свободном виде, то его
получение сводится лишь к разделению его с пустой породой. При этом используются известные физические методы разделения смесей.
Слайд 6В соединениях металлы находятся в окисленном виде и поэтому для выделения
их из руд необходимо использовать процессы восстановления. Извлечением металлов из руд занимается металлургическая промышленность или металлургия.
Слайд 7При этом в зависимости от применяемого способа восстановления металлов из соединений
различают:
пирометаллургию,
гидрометаллургию,
электрометаллургию.
Слайд 8Пирометаллургия охватывает способы получения металлов из руд с помощью реакций восстановления,
проводимых при высокой температуре.
Сырьем для получения металлов главным образом служат руды, содержащие их оксиды.
Слайд 9В качестве восстановителя применяют уголь или СО (карботермия), активные металлы (металлотермия),
H2 (водородотермия) и Si (кремнийтермия).
ZnO + C = Zn + CO
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
Ca + 2CsCl = CaCl2 + 2Cs
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O
WO3 + 3H2 = W + 3H2O
Слайд 10Углерод, применяемый в виде кокса, при соответствующих высоких температурах может восстановить
практически любой металл, даже такой активный, как щелочной, щелочноземельный, магний или алюминий. Однако на практике эти металлы методом карботермии не получают, так как они с избытком углерода образуют прочные химические соединения – карбиды.
Слайд 12Выплавка стали проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева.
Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов, либо связываются в легко отделяемый шлак. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.
Слайд 13С помощью карботермии обычно получают такие металлы, как Fe, Cu, Zn,
Co, Ni, Mn, Cr. Карбиды этих металлов непрочны, при нагревании легко разлагаются.
Углерод(II)-оксид как восстановитель более эффективен, чем кокс, поскольку находится в газообразном состоянии и способен обеспечивать большую площадь соприкосновения реагирующих веществ.
Слайд 14С помощью водородотермии получают следующие металлы - молибден, вольфрам, рений. Достоинством этого
метода является то, что при этом образуются металлы высокой чистоты.
Слайд 15В металлотермии одним из наиболее активных восстановителей является алюминий, что объясняется
высокой энтальпией образования его оксида
Н(Al2O3) = –1700 кДж/моль.
Алюминий применяют для получения таких металлов, как хром, железо, кобальт, никель.
Слайд 16Его можно использовать даже для получения щелочных и щелочноземельных металлов, так
как энтальпии образования их оксидов значительно ниже Н(Al2O3). Но, как правило, эти металлы получают другими способами, так как их оксиды с Al2O3 легко образуют алюминаты:
3CaO + 2Al = Al2O3 +3Ca
CaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2
Слайд 17Если в руде находится сульфид металла, то его переводят в оксид
путем окислительного обжига:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
Слайд 18Карбонатные руды с этой же целью также предварительно подвергают прокаливанию:
Слайд 19Гидрометаллургия охватывает способы получения металлов из растворов их солей. При этом соединение
металла, входящее в состав руды или исходного сырья, сначала переводят в раствор с помощью подходящих реагентов, а затем данный металл извлекают из этого раствора химическим путем.
Слайд 20Так, например, при обработке разбавленной серной кислотой медной руды, содержащей медь(II)-оксид,
медь переходит в раствор в виде сульфата:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Затем медь извлекают из раствора вытеснением с помощью порошка железа:
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4
Слайд 21Аналогичным методом получают Au, Ag, Zn, Cd, Mo и другие металлы.
4Au
+ O2 + 8NaCN + 2H2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au
Слайд 22Электрометаллургия охватывает способы получения металлов путем электролиза растворов или расплавов их соединений:
2Al2O3 =
4Al + 3O2
2NaCl = 2Na + Cl2
2KCl = 2K + Cl2
Таким способом получают наиболее активные металлы, которые при восстановлении водородом, углем, алюминием образуют с этими веществами химические соединения.
Слайд 25Таким образом, чтобы реализовать металлургический процесс, надо учесть активность металла, подобрать
восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.