Чугун и сталь

Способы получения металлов из руд.

1. Электрометаллургический способ - э то способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl _{(расплав)} D Na⁺ + Cl^-

катод Na⁺ + e à Na⁰ ¦ 2

анод 2Cl^- - 2e à Cl₂⁰ ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl _{(распл.)} – (э.ток)à 2Na + Cl₂

Современный способ получения алюминия был изобретен в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al₂O_3, как вода растворяет сахар.

Al₂O₃ (расплав) D Al³⁺ + AlO₃^3–

катод Al³⁺ +3e à Al ⁰ ¦ 4

анод 4AlO₃^3– –12 e à 2Al₂O₃ +3O₂ ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al₂O_{3(распл.)} – (э.ток)à 4Al + 3O_2.

2. Пирометаллургический способ - это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: неметаллических: кокс, оксид углерода (II), водород; металлических: алюминий, магний, кальций.

Алюмотермия: Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3	Получают железо, хром.
Восстановление оксидов металлов водородом (водородотермия): Cu +2O + H2 –(t)à Cu0 + H2O	Получают малоактивные металлы – медь, вольфрам.
Получение чугуна: В вертикальной печи кокс окисляется до СО, затем происходит постепенное восстановление железа из руды:	3Fe2O3 + CO –(t)à 2Fe3O4 + CO2, Fe3O4 + 4CO –(t)à 3FeО + 4CO2 FeO + CO –(t)à Fe+ CO2
Восстановление углём (коксом): ZnO + C –(t)à Zn + CO	Получают цинк, никель.

3. Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте: CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O, затем проводят реакцию замещения:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий.

Если для восстановления требуется оксид металла, то в процессе переработки сначала получают оксид:

а) из сульфида – обжигом в кислороде: 2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

б) из карбоната – разложением: СаСО₃ – (t)à СаО + СО₂

Чугун и сталь.

Производство железа основано на карботермическом восстановлении оксидных металлсодержащих руд.

1) Сульфидные и другие руды вначале подвергают окислительному обжигу: 4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

2)Восстановление оксидных руд осуществляется в доменных печах, при этом протекают следующие реакции:

3Fe₂O₃ + CO – (t)àCO₂ + 2Fe₃O₄,

Fe₃O₄ + CO – (t)àCO₂ + 3FeO,

FeO + CO – (t)àCO₂ + Fe

или FeO + C – (t)àCO + Fe.

Полученное железо насыщено углеродом.

3)Затем происходит «выжигание» углерода в сталеплавильных или конверторных печах с образованием стали.