Металургія витяг металів з руд
У табл. 10.7 перераховані приклади деяких важливих руд. Метали в цій таблиці розташовані в тій же послідовності, що і в електрохімічному ряду, тобто найбільш реакційно здатні і електропозитивні метали-в верхній частині таблиці. Було б необачно робити на підставі цієї таблиці висновки загального характеру щодо взаємозв'язку між типом руди і положенням витягується з неї металу в електрохімічному ряду, оскільки з такої закономірності є багато винятків. Однак неважко помітити, що метали з верхньої частини електрохімічного ряду частіше зустрічаються у вигляді хлоридів, карбонатів і сульфатів. Метали з середньої частини ряду частіше зустрічаються у вигляді оксидів, а метали з нижньої частини ряду-у вигляді сульфідів. Лише метали з найнижчої частини ряду, такі, як мідь, срібло і золото, існують в природі в чистому (самородному) вигляді.
Витяг металів з руд
У подальших розділах буде докладно розказано про те, як витягають з руд ті чи інші метали. В даному розділі ми розглянемо в загальних рисах три найважливіші стадії вилучення металів: концентрування, відновлення і рафінування (очищення).
Концентрування. Багато руди містять небажані матеріали, наприклад глину або граніт. Ці небажані матеріали називаються порожня порода. Таким чином, перша стадія вилучення металу полягає у видаленні порожньої породи. Цей процес називається концентрування. Фізичні методи відділення порожній
Бульбашки концентрату мідної руди на поверхні флотаційного бака (завод в Папуа, Нова Гвінея).
породи включають флотацию і магнітне розділення. Концентрування за методом флотації проводиться так: руду дрібно розмелюють і потім змішують з маслом і водою у великій баку. Цю суміш вспенивают, пропускаючи через неї потік повітря. Масляна піна захоплює необхідний мінерал і спливає до верхнього краю бака, звідки її знімають.
Магнітне розділення використовується для відділення магнетиту Fe3O4 від порожньої породи. Воно проводиться за допомогою електромагніту.
Хімічні способи вилучення металів включають вилуговування їх руд, тобто екстракцію металу в складі будь-якої його розчинної солі з приготованого для цієї мети водного розчину. Наприклад, для вилуговування руд, що містять оксид міді (Н), може використовуватися розбавлена сірчана кислота. Обробка нею оуди призводить до Реаком
Відновлення. З розгляду табл. 10.7 видно, що більшість металів існують в природі в окисленої формі. Наприклад, натрій існує у вигляді іонів Na *, що входять в такі з'єднання, як хлорид натрію, а олово-у вигляді SnO2- Друга стадія вилучення металів полягає у відновленні їх руд до металевого стану. З цією метою використовуються різні методи. Метали, існуючі в природі у вигляді оксидних руд, можуть бути відновлені без попередньої хімічної обробки, за допомогою вуглецю або оксиду вуглецю.
Наприклад, при виплавці заліза з гематитової руди в доменній печі (див.
Звернемо увагу на те, що ця реакція є окислювально-відновної.
Інші, однотипні з цим приклади відновлення металів обговорювалися в розд. 5.3, де було показано, що діаграми Еллінгема дозволяють легко встановлювати, який з оксидів металів може бути відновлений при заданій температурі.
Для вилучення металів з карбонатних і сульфідних руд їх спочатку необхідно перетворити нагріванням до відповідних оксиди. Наприклад, при отриманні цинку з цинкової обманки цю руду спочатку піддають випалу на повітрі, в результаті чого відбувається реакція
Отриманий оксид потім відновлюють вуглецем або оксидом вуглецю, наприклад
Метали, що належать до верхньої частини ряду напруг, зазвичай відновлюють шляхом електролізу їх розплавлених руд. До числа таких металів відносяться алюміній, магній і натрій (див. Розд. 10.3, а також розд. 13.3 і 15.1). Їх електроліз проводять за допомогою інертних електродів, наприклад з графіту. Метали відновлюються на катоді у вигляді рідини, яка накопичується на дні електролізера, звідки її можна випускати назовні. Як приклад наведемо рівняння полуреакции, що протікає при електролітичному отриманні кальцію з хлориду кальцію:
Рафінування. Рафінування (очищення) являє собою останню стадію вилучення металів. Для її проведення використовуються різні методи, в тому числі перегонка і електроліз. Метали, що володіють слабо електропозитивні властивостями і тому не здатні реагувати з водою, можна рафінувати за допомогою електролізу. До їх числа відносяться метали, розташовані в ряду напруг нижче водню. Рафінування міді докладно описано в розд. 10.3.
Іржа - один із проявів корозії. Вона утворюється в тих випадках, коли залізо приходить в зіткнення з кислотами, киснем та іншими окислюючими речовинами, наявними у довкіллі.