Получение металлов

Получение металлов

Работу выполнил Беккер Глеб 11 класс

2018 год

Получение щелочных металлов

• Все щелочные металлы возможно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом получают только Li и Na, что связано с высокой химической активностью K, Rb, Cs:

2LiCl = 2Li + Cl 2 ↑

2NaCl = 2Na + Cl 2 ↑

• Любой щелочной металл можно получить восстановлением соответствующего галогенида (хлорида или бромида), применяя в качестве восстановителей Ca, Mg или Si. Реакции проводят при нагревании (600 – 900С) и под вакуумом. Уравнение получения щелочных металлов таким способом в общем виде:

2MeCl + Ca = 2Mе↑ + CaCl 2 ,

где Ме – металл.

• Известен способ получения лития из его оксида. Реакцию проводят при нагревании до 300°С и под вакуумом:

2Li 2 O + Si + 2CaO = 4Li + Ca 2 SiO 4

• Получение калия возможно по реакции между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием. Реакцию проводят при нагревании до 440°С:

KOH + Na = K + NaOH

Получение щелочноземельных металлов

• Получение Be осуществляют по реакции восстановления его фторида. Реакция протекает при нагревании:

BeF 2  + Mg = Be + MgF 2

• Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

CaCl 2  = Ca + Cl 2 ↑

• Причем, при получении Mg электролизом расплава дихлорида для понижения температуры плавления в реакционную смесь добавляют NaCl.
• Для получения Mg в промышленности используют металло- и углетермические методы:

2(CaO×MgO) (доломит) + Si = Ca 2 SiO 4  + Mg

• Основной способ получения Ba – восстановление оксида:

3BaO + 2Al = 3Ba + Al 2 O 3

Получение золота и серебра

• Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами (ртуть, цианиды). С развитием современных технологий более популярными становятся химические способы.
• Большая часть серебра (около 80%) извлекается попутно из полиметаллических руд, а также из руд золота и меди. При извлечении Серебра из серебряных и золотых руд применяют метод цианирования - растворения Серебра в щелочном растворе цианида натрия при доступе воздуха:

2Ag + 4NaCN + ½O 2  + H 2 O = 2Na[Ag(CN) 2 ] + 2NaOH.

• Из полученных растворов комплексных цианидов Серебро выделяют восстановлением цинком или алюминием:

2[Ag(CN) 2 ] - + Zn = [2Zn(CN) 4 ] 2-  + 2Ag.

• Из медных руд Серебро выплавляют вместе с черновой медью и затем выделяют его из анодного шлама, образующегося при электролитической очистке меди. При переработке свинцово-цинковых руд Серебро концентрируется в сплавах свинца - черновом свинце, из которого его извлекают добавлением металлического цинка, образующего с Серебром нерастворимое в свинце тугоплавкое соединение Ag 2 Zn 3 , всплывающее на поверхность свинца в виде легко снимающейся пены.
• Далее для отделения Серебра от цинка последний отгоняют при 1250 °С. Извлеченное из медных или свинцово-цинковых руд Серебро сплавляют (сплав Доре) и подвергают электролитической очистке.

Получение меди

• Для получения меди применяют пиро-, гидро- и электрометаллургические процессы.
• Пирометаллургический процесс получения меди из сульфидных руд типа CuFeS 2 выражается суммарным уравнением:

2CuFeS 2  + 5O 2  + 2SiO 2  = 2Cu + 2FeSiO 3  + 4SO 2 .

• Гидрометаллургические методы получения меди основаны на селективном растворении медных минералов в разбавленных растворах серной кислоты или аммиака, из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом:

CuSO 4 + Fe = Cu + FeSO 4 .

• Электролизом получают чистую медь:

2CuSO 4  + 2H 2 O 2Cu + O 2  + 2H 2 SO 4 ;

• на катоде выделяется медь, на аноде – кислород.

Получение ртути

• Ртутные руды (или рудные концентраты), содержащие ртуть в виде киновари, подвергают окислительному обжигу

HgS + O 2 = Hg + SO 2 

• Обжиговые газы, пройдя пылеуловительную камеру, поступают в трубчатый холодильник из нержавеющей стали или монель-металла. Жидкая ртуть стекает в железные приёмники. Для очистки сырую ртуть пропускают тонкой струйкой через высокий (1 – 1,5 м) сосуд с 10%-ной HNO 3 , промывают водой, высушивают и перегоняют в вакууме. 
• Возможно также гидрометаллургическое извлечение ртути из уд и концентратов растворением HgS в сернистом натрии с последующим вытеснением ртуть алюминием. Разработаны способы извлечения ртуть электролизом сульфидных растворов. 

Получение алюминия

• В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом раствора глинозема Al 2 O 3  в расплавленнном криолите. Al 2 O 3  должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al 2 O 3  около 2050 о С, а криолита – 1100 о С. Электролизу подвергают расплавленную смесь криолита и Al 2 O 3 , содержащую около 10 масс.% Al 2 O 3 , которая плавится при 960 о С и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF 3 , CaF 2  и MgF 2  проведение электролиза оказывается возможным при 950 о С.
• Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно (под), собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это – алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами.

Al 2 O 3  = Al 3+  + AlO 3 3-

• На катоде выделяется жидкий алюминий:

Al 3+  + 3е -  = Al

• Алюминий собирается на дне печи, откуда периодически выпускается. На аноде выделяется кислород:

4AlO 3 3-  – 12е -  = 2Al 2 O 3  + 3O 2

• Кислород окисляет графит до оксидов углерода. По мере сгорания углерода анод наращивают.

Получение марганца

• Первый металлический марганец был получен при восстановлении пиролюзита древесным углем:

МnO2 + C → Mn + 2СО

• Но это не был элементный марганец. Подобно своим соседям по таблице Менделеева — хрому и железу, марганец реагирует с углеродом и всегда содержит примесь карбида. Значит с помощью углерода чистый марганец не получить. Сейчас для получения металлического марганца применяют три способа: силикотермический (восстановление кремнием) , алюминотермический (восстановление алюминием) и электролитический.
• Наиболее широкое распространение нашел алюминотермический способ, разработанный в конце XIX в. В этом случае в качестве марганцевого сырья лучше применять не пиролюзит, а закись-окись марганца Мn3O4. Пиролюзит реагирует с алюминием с выделением такого большого количества тепла, что реакция легко может стать неуправляемой. Поэтому, прежде чем восстанавливать пиролюзит, его обжигают, а уже полученную закись-окись смешивают с алюминиевым порошком и поджигают в специальном контейнере. Начинается реакция

3Мn3O4+ + 8Аl → 9Мn + 4Аl2O3

• достаточно быстрая и не требующая дополнительных затрат энергии. Полученный расплав охлаждают, скалывают хрупкий шлак, а слиток марганца дробят и отправляют на дальнейшую переработку.

Получение железа

• В основном добывают данный металл из двух основных его минералов: магнетита и гематита. Делают это с помощью восстановления железа из его соединений углеродом в виде кокса. Делается это в доменных печах, температура в которых достигает двух тысяч градусов по шкале Цельсия. Кроме того, есть способ восстановления железа водородом. Для этого необязательно наличие доменной печи. Для осуществления данного метода берут специальную глину, смешивают ее с измельченной рудой и обрабатывают водородом в шахтной печи.

Получение хрома

• При сильном нагреве хромистого железняка с углем происходит восстановление хрома и железа:

FeO * Cr 2 O 3  + 4C = 2Cr + Fe + 4CO

• В результате этой реакции образуется сплав хрома с железом, отличающийся высокой прочностью. Для получения чистого хрома, его восстанавливают из оксида хрома алюминием:

Cr 2 O 3  + 2Al = Al 2 O 3  + 2Cr

• В данном процессе обычно используют два оксида – Cr 2 O 3  и CrO 3

Спасибо за внимание