Получение железа, кобальта, никеля методом порошковой металлургии

 

 

Курсовая работа

Получение железа, кобальта, никеля методом порошковой металлургии

 

 

 

 

 

 

 

                                                         Содержание

1.Введение…………………………………………………………….4

                                  Аналитический обзор

2.Исходные вещества…………………………………………………..…5

               2.1.Оксид железа(III)…...………………………………….......5

               2.1.1.Получение………………………………………………………...5

               2.1.2 Физические и  химические свойства………………...…..……...6

               2.1.3.Применение оксида железа(III)…………..……………………..6

2.2. Оксид кобальта(II)………………………………………...7

               2.2.1. Получение……………………………………………………..…7

               2.2.2. Физические свойства………………………………………....…7

               2.2.3. Химические свойства……………………………………………8

               2.2.4  Применение………………………………………………………8

               2.3. Оксид никеля(II)…………………………………………....9

               2.3.1. Получение………………………………………………………..9

               2.3.2. Физические свойства……………………………………………10

               2.3.3. Химические свойства…………………………………………...10

              2.3.4. Применение………………………………………………...……11

               2.4. Водород…………………………………………………...…11

               2.4.1. История……………………………………………………….…11

              2.4.2. Получение……………………………………………………….12

              2.4.3. Физические свойства………………………………………..….13

               2.4.4. Химические свойства………………………………...…………15

               2.4.5. Применение…………………………………………..………….16

Экспериментальная часть

              3.Метод порошковой металлургии………………………….…..…….17

              4. Общая методика получения металлов………………………….…..19

              5.   Лабораторный метод получения…………………………………..20

              6.  Расчёты……………………….…………………………………...…22

                    7.Физические свойства Fe, Co, Ni………………………..….……25

                    7.1 Получение………………………………………………...……26

                    7.2 Химические свойства…………………………………….……27

                    7.3 Применение…………………………………………………….31

               8. Выводы……………………………………………33

               9. Литература…………………………………….…34

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Ведение

   Данная работа  посвящена выявлению наиболее перспективного способа получения железа, кобальта, никеля, изучению методов синтеза, свойств этих металлов, а также веществ, применяемых для синтеза. Решение этой проблемы имеет большое теоретическое и практическое значение.

   Я поставила перед  собой следующие задачи:

1. Изучить свойства железа, кобальта и никеля.
2. Методы получения этих металлов.
3. Способы применения.
4. Изучить свойства веществ, необходимых для получения железа, кобальта и никеля.
5. Изучить оборудование, которое применяется в рассматриваемом методе получения Fe, Co, Ni.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналитический обзор

2.Исходные вещества

 

2.1 Оксид железа(III)

Окси́д желе́за(III) — сложное неорганическое вещество, амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Красно-коричневого цвета. Термически устойчив до высоких температур. В природе встречается как широко распространённый минерал гематит, примеси которого обуславливают красноватую окраску латерита, красноземов, а также поверхности Марса.

 

Внешний вид Fe2O3 Вид молекулы

 

 

Получение

Термическое разложение соединений солей железа(III) на воздухе:

 

В природе — оксидные руды железа гематит Fe2O3 и лимонит Fe2O3·nH

 

Физические свойства

Состояние (ст. усл.) твёрдое

Молярная масса 159,69 г/моль

Плотность 5,242 г/см³

Термические свойства

Температура плавления 1566 °

Химические свойства

6. Взаимодействие с разбавленной соляной кислотой:

6. Взаимодействие с карбонатом натрия:

6. Взаимодействие с гидроксидом натрия:

6. Восстановление железа водородом:

Применение Fe2O3

Применяется как сырьё при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель аналоговой и цифровой информации (напр. Звука и изображения) на магнитных лентах, как полирующее средство (красный крокус) для стали и стекла.

В пищевой промышленности используется в качестве пищевого красителя (E172).

Является основным компонентом железного сурика (колькотара).

 

 

 

2.2 Оксид кобальта(II)

    Оксид  кобальта(II) – неорганическое соединение, оксид металла кобальта с формулой CoO, тёмно-зелёные (почти чёрные) кристаллы, не растворимые в воде.

Внешний вид  CoO

 

Получение

Окисление кобальта на воздухе:

Разложение оксида кобальта(II,III) при нагревании:

Разложение гидроксида кобальта(II) в вакууме:

Разложение сульфата кобальта(II):

Окисление октакарбониладикобальта:

 

Физические свойства

Состояние (ст. усл.) тёмно-зелёные кристаллы

Молярная масса 74,93 г/моль

Плотность 6,45; 6,47 г/см³

Термические свойства

Температура плавления 1810; 1935 °C

Молярная теплоёмкость (ст. усл.) 55,2 Дж/(моль•К)

Энтальпия образования (ст. усл.) -239 кДж/моль

При температуре 985°С переходит в β-модификацию, которая имеет структуру, аналогичную α-форме.

Не растворяется в воде, р ПР = 14,37.

2.2.2 Химические  свойства

Растворяется в разбавленных кислотах:

Медленно растворяется в горячих щелочах:

Окисляется кислородом воздуха при нагревании:

Суспензия в аммиачном растворе окисляется кислородом воздуха:

Восстанавливается водородом:

С диоксидом кремния образует силикат кобальта:

С оксидом алюминия образует комплексный оксид:

2.3.3 Применение

С древности оксиды кобальта использовались для окрашивания стекол и эмалей в глубокий синий цвет. Оксиды кобальта применяются при эмалировании жести. Для получения прочной эмали в состав грунта вводят до 0,2% оксидов кобальта, а также никель и марганец.

 

2.3 Оксид никеля(II)

Оксид никеля(II) -  неорганическое бинарное соединение двухвалентного никеля с кислородом. Химическая формула NiO. Встречается в природе в виде редкого минерала бунзенита.

Внешний вид NiO

2.3.1 Получение

В природе оксид никеля встречается в виде минерала бунзенита — октаэдрические кристаллы, цвет от тёмно-зелёного до буровато-чёрного в зависимости от примесей. Химический состав нестехиометрический NiOx, где x = ~1 с примесями Bi, Co, As. Очень редок, встречается в Иогангеоргенштадте, в Саксонии.

Оксид никеля можно синтезировать непосредственно из элементов окислением Ni при нагревании на воздухе или в кислороде:

Оксид никеля(II) может быть получен термическим разложением в гидроксида никеля(II) или некоторых солей двухвалентного никеля (карбоната, нитрата и др.)[2]:

2.3.2 Физические  свойства

Оксид никеля(II) — кристаллическое вещество, в зависимости от способа получения и термической обработки имеет цвет от светло- до тёмно-зелённого или чёрного.

Состояние твёрдое

Молярная масса 74,69 г/моль

Плотность α-NiO 6,67 г/см³

                                                                               β-NiO 7,45

Термические свойства

Температура плавления 1682 °C

Температура разложения 1230 °C

Молярная теплоёмкость (ст. усл.) 44,3 Дж/(моль·К)

Энтальпия образования (ст. усл.) -239,7 кДж

 

2.3.3 Химические  свойства

Термически оксид никеля очень устойчив. Только при температурах выше 1230 °C становится заметна его обратимая диссоциация:

Проявляет амфотерные свойства (основные преобладают), в воде практически не растворим:

    p ПР = 15,77                                                                       

Реагирует с кислотами:

При спекании взаимодействует с щелочами и оксидами типичных металлов:

С концентрированным раствором аммиака образует амминокомплексы:

Восстанавливается водородом или другими восстановителями (С, Mg, Al) до металла:

При сплавлении с кислотными оксидами образует соли

 

2.3.4 Применение

Основное применение оксида никеля — промежуточный продукт при получении солей никеля(II), никельсодержащих катализаторов и ферритов. Используется NiO как зелёный пигмент для стекла, глазурей и керамики. Объём производства оксида никеля около 4000 тонн/год. Как и все соединения никеля его оксид тоже ядовитый. ПДК в воздухе для рабочей зоны 0,005 мг/м³ (в пересчёте на Ni).

                                                                                                                                            

2.4Водород                                                                                                             Водоро́д — первый элемент периодической системы элементов;

обозначается символом H. Название представляет собой кальку с латинского: лат. Hydrogenium (от др.-греч. ὕδωρ — «вода» и γεννάω — «рождаю») — «порождающий воду». Широко распространён в природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода 1H — протон.

Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1H — протий (Н), 2H — дейтерий (D) и 3H — тритий (радиоактивен) (T).

Простое вещество водород — H2 — лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен[2]. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, титане, платине.

Внешний вид простого вещества

Газ без цвета, запаха и вкуса

2.4.1 История

Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и Михаил Васильевич Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Генри Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. Осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.

Распространённость

Во Вселенной