Вопрос 33. Химические и физико-химические процессы, лежащие в основе получения металлов из руд.

Большинство металлов входят в состав различных природных соединений, которые называются минералами. Некоторые металлы (золото, серебро, медь) встречаются в природе в виде простых веществ – самородных металлов.

Природные минеральные соединения, из которых технологически возможно и экономически целесообразно извлекать металл, называют рудами. В состав руды кроме полезных минералов входит пустая порода.

Руды являются основным сырьем металлургии – отрасли промышленности, производящей металлы.

Производство металла включает обогащение руд и металлургический процесс извлечения металла из обогащенных руд. Обогащение заключается в отделении пустой породы для повышения содержания в руде полезного минерала.

Металлургия базируется на реакциях окисления-восстановления. Различают пиро-, гидро-, электрометаллургию, а также метало - и водородотермию.

Различают порошковую, цветную и черную металлургию. Порошковая металлургия – это отрасль металлургии, связанная с производством порошков и получением из них изделий с заданными свойствами.

Цветная металлургия охватывает производство цветных металлов и их сплавов, начиная от добычи и переработки рудного сырья и кончая получением готовой продукции.

Черной металлургией называют отрасль металлургии, которая охватывает производство черных металлов (железо и его сплавы – чугун, сталь ферросплавы), начиная от добычи и переработки рудного сырья и кончая получением чугуна, стали, ферросплавов, проката и некоторых изделий дальнейшего передела.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Существует также вакуумная металлургия, предусматривающая плавку и обработку металлов и сплавов в разряженной атмосфере.

Таблица 1

Способы получения металлов

Наименование способа

Сущность способа

Примеры

Примечание

Пирометаллургия

Получение металлов с помощью реакций восстановления, протекающих при высоких температурах

Cu2O + C 2Cu + CO

Cu2O + CO 2Cu + CO2,

Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2,

ZnO + C  Zn + CO

Восстановление углем: получают металлы Cu, Zn, Cd, Ge, Sn, Pb и др.

Металлотермия

Восстановление металлов из их соединений другими металлами, химически более активными. Процесс называется алюминотермией, если восстановителем является алюминий и магнийтермией, если восстановителем является магний

Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3

3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3

TiCl4 + 2Mg  Ti + 2MgCl2

Получают металлы Mn, Cr, Ti, W и др.

Водородотермия

Восстановление металлов из их оксидов водородом

MoO3 + 3H2 Mo + 3H2O,

WO3 + 3H2 W + 3H2O

Получают металлы высокой чистоты

Гидрометаллургия

Извлечение соединений металлов из руд с помощью различных реагентов в виде соединений, растворимых в воде, с последующей обработкой этих растворов для выделения металлов в свободном виде

(CuOH)2CO3 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + 3H2O + CO2,

CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu

Получают металлы Cu, Au, Ag, Zn, Cd, Mo, V

Электрометаллургия

Восстановление активных металлов из расплавленных хлоридов, оксидов или гидроксидов с помощью электрического тока (электролиза)

Расплав NaCl↔Na+ + Cl−

Катод (−):Na+ + → Na0

Анод (+): 2Сl− − 2 → Cl20

Получают металлы K, Na, Ca, Al и др.