Основные способы получения металлов

Существуют несколько основных способов получения —металлов. 
 
Восстановление: 
— из их оксидов углем или оксидом углерода (II) 
ZnО + С = Zn + СО  
Fе₂О₃ + ЗСО = 2Fе + ЗСО₂ 
— водородом 
WO₃ + 3H₂ =W + 3H₂O 
СоО + Н₂ = Со + Н₂О 
— алюминотермия  
 
4Аl + ЗМnО₂ = 2А1₂О₃ + ЗМn 
 
Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем) 
2ZnS + ЗО₂ = 2ZnО + 2SО₂ 
ZnО + С = СО + Zn 
 
Электролизом расплавов солей 
СuСl₂, — Сu₂+ 2Сl 
Катод (восстановление): Анод (окисление): 
Сu₂+ 2е^- = Сu0                    2Cl - 2е^- = Сl°₂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные способы  получения металлов. Металлы получают из руд, т.е. исходного сырья, в котором содержится экономически приемлемое количество металла. По мере истощения руд уменьшается экономически приемлемое содержание в них металла и повышается его стоимость.

Предварительно руда обрабатывается для увеличения концентрации металла путем отделения пустой породы и разделения остатка на различные фракции. Последующие операции заключаются в получении соединения металла, из которого удобно выделить металл тем или иным способом. Так как большинство металлов в природе находится в окисленном состоянии, то извлечение их основано на восстановлении из тех или иных соединений в растворах при невысокой температуре) или расплавах (при повышенных

1гмпературах).

Восстановление проводят химическими  или электрохимическими способами. Химическое восстановление заключается во взаимодействии соединений металлов с углем, водородом или металлами-восстановителями. Например, при взаимодействии оксидов же-еза со специально обработанным углем (коксом) образуется чугун. J помощью водорода получают вольфрам, молибден, кобальт и ругие металлы, например, по реакции:

WO₃ + ЗН₂ = W + ЗН₂О

Многие металлы производят взаимодействием соединений ме-ллов с другими металлами, например:

BeF₂ + Mg = Be + MgF₂ Таким способом получают кадмий, олово, хром, серебро, титан И другие металлы. Кроме магния восстановителями обычно служат Цинк и алюминий. Электролизом из растворов осаждают медь, ни-Ксль, серебро, хром, кадмий, индий, олово и другие металлы. Элек-1ролизом из расплавов осаждаются сильные восстановители, такие, Как щелочные металлы, магний и алюминий.

Получение чистых металлов. Свойства металлов зависят от содержания в них примесей. Например, титан долгое время не находил применения из-за хрупкости, обусловленной наличием примесей. После освоения методов очистки области применения титана резко расширились. Содержание лишь 0,03 % (масс, ноли) мышьяка приводит к снижению электрической проводимости меди на 14%. Особенно большое значение имеет чистота материалов в электронной и вычислительной технике и ядерной

шергетике.

В зависимости от суммарной атомной  доли примесей (от 10'¹ до 10~¹⁰%) различают 10 классов чистоты веществ. Если те или иные примеси особенно нежелательны для данной области применения материала, то оговаривают допустимое содержание этих примесей. Например, атомная доля бора, гафния и кадмия в материалах атомной энергетики не должна превышать 10"⁴ — 10"⁶%. Стоимость материалов возрастает по мере повышения их степе-

ни очистки.

очистки.

Все методы очистки металлов можно  разделить на химические

1изико-химические. Химические  методы очистки заключаются во  взаимодействии металлов с теми или иными реагентами, образующими с основными металлами или примесями осадки или газообразные продукты. Из-за контакта металла с реагентами и материалами аппаратуры не удается достичь высокой степени чистоты металла. Более высокую степень очистки дают транспортные химические реакции (см. § 6.1), в которых металл с реагентом образует газообразные продукты, передаваемые в другую зону, где они разлагаются на чистый металл и исходный реагент, на пример

Физико-химические методы включают в себя электрохимические, дистилляционные, кристаллизационные и др.

При электрохимическом способе (рафинировании) очищаемый металл служит анодом, чистый металл осаждается на катоде электролизера, примеси переходят либо в раствор электролита, либо в виде осадка накапливаются в шламе (см. гл. 9). Дистилляционные методы заключаются в испарении жидкого (например, ртути) или расплавленного металла с последующей конденсацией паров. Отделение примесей обусловлено разной температурой испарения основного металла и примеси.

Кристаллизационные методы основаны на различном содержании примесей в твердом и расплавленном металлах. Они включают зонную плавку, кристаллизационное вытягивание из расплава и др. Особенно широко применяют зонную плавку, заключающуюся в том, что вдоль слитка (стержня) медленно перемещается зона нагрева и соответственно зона расплавленного металла. Некоторые примеси концентрируются в расплаве и собираются в конце слитка, другие — в начале слитка. После многократных прогонок отрезают начальную и концевую части слитка, остается очищенная средняя часть металла.                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нахождение металлов в природе

 
Многие металлы широко распространены в природе. Так, содержание некоторых  металлов в земной коре следующее: 
алюминия — 8,2% 
железа — 4,1% 
кальция — 4,1% 
натрия — 2,3% 
магния — 2,3% 
калия - 2,1 % 
титана — 0,56% 
 
Большое количество натрия и магния содержится в морской воде: — 1,05%, — 0,12%. 
 
В природе металлы встречаются в различном виде: 
— в самородном состоянии: серебро , золото , платина , медь , иногда ртуть 
— в виде оксидов: магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂О₃ и др. 
— в виде смешанных оксидов: каолин Аl₂O₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О, алунит (Na,K)₂O • АlО₃ • 2SiO₂ и др. 
— различных солей: 
сульфидов: галенит PbS, киноварь НgS, 
хлоридов: сильвин КС1, галит NaCl, сильвинит КСl• NаСl, карналлит КСl • МgСl₂ • 6Н₂О, сульфатов: барит ВаSO₄, ангидрид Са₈О₄ фосфатов: апатит Са₃(РО₄)₂, карбонатов: мел, мрамор СаСО₃, магнезит МgСО₃. 
Многие металлы часто сопутствуют основным природным минералам: скандий входит в состав оловянных, вольфрамовых руд, кадмий — в качестве примеси в цинковые руды, ниобий и тантал — в оловянные. 
Железным рудам всегда сопутствуют марганец, никель, кобальт, молибден, титан, германий, ванадий.