Основные методы получения металлов, пиро-, гидро- и электрометаллургия. Методы рафинирования металлов. Зонная плавка

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

 

Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический способ. Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических? алюминий, магний, кальций и другие металлы..

 

Демонстрационный опыт 1. Получение меди из оксида с помощью водорода.

 

Cu +2O + H2 = Cu0 + H2O (водородотермия)

 

Демонстрационный опыт 2. Получение железа из оксида с помощью алюминия.

 

Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3 (алюмотермия)

 

Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:3Fe2 O3 + H2 = 2Fe3 O4 + H2O или 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2, а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

 

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

 

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

 

Просмотр медиалекции. (CD)

 

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.

 

Демонстрационный опыт 3. Взаимодействие железа с раствором медного купороса.

 

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.

 

Электрометаллургический способ.

 

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Просмотр фрагмента медиалекции. (CD)

 

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

 

NaCl —> Na+ + Cl?

 

катод Na+ + e > Na0 ¦ 2

 

анод 2Cl??2e > Cl20 ¦ 1

 

суммарное уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl2

 

Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия? электролитом.

 

Al2O3 —> AlAlO3 —> Al3+ + AlO33–

 

катод Al3+ +3e —> Al 0 ¦ 4

 

анод 4AlO33– – 12 e —> 2Al2O3 +3O2 ¦ 1

 

суммарное уравнение: 2Al2O3= 4Al + 3O2.

 

Рафинирование металлов, очистка первичных (черновых) металлов от примесей. Черновые металлы, получаемые из сырья, содержат 96—99% основного металла, остальное приходится на примеси. Такие металлы не могут использоваться промышленностью из-за низких физико-химических и механических свойств. Примеси, содержащиеся в черновых металлах, могут представлять самостоятельную ценность.

а) Пирометаллургическое рафинирование