Урок №33. Общие способы получения металлов

Способы получения металлов обычно разделяют на три типа:
  • пирометаллургические (восстановление при высоких температурах);
  • гидрометаллургические (восстановление из солей в растворах);
  • электрометаллургические (электролиз раствора или расплава).
Пирометаллургически получают (методы извлечения металлов из руд под действием высоких температур. Оксидные руды и оксиды восстанавливают углем, оксидом углерода (II), более активным металлами (алюминий, магний)): чугун, сталь, медь, свинец, никель, хром и другие металлы.
FeO + C   –> Fe + CO
Fe2O3 + 2Al  –> 2Fe + Al2O3

Гидрометаллургически получают (методы получения металлов, основанные на химических реакциях, протекающих в растворах): золото, цинк, никель и некоторые другие металлы.
CuSO4 + Fe   –>  FeSO4  + Cu
Электрометаллургически получают (выделение металлов из их солей и оксидов под действием электрического тока): щелочные и щёлочноземельные металлы, алюминий, магний и другие металлы.



При разработке технологии получения химических веществ используются законы термодинамики, кинетики, теплотехники, физико-химического анализа и др. Учитываются, естественно, и экономические условия. В случае, если реакция обратима, применяется принцип Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, то равновесие в системе сместится в сторону той реакции (прямой или обратной), которая приводит к частичной компенсации этого воздействия.

Химические методы применяются и при очистке выбросов, а также сточных вод химических производств.

Общие способы получения металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

xO+ C = CO2 + Me,

xO+ C = CO + Me,  

 MеxO+ CO = CO2 + Me

Например,

ZnOy+ C t= CO + Zn  

Fe3O4+ 4CO t= 4CO2 + 3Fe  

MgO + C t= Mg + CO

2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением (если металл находится в руде в виде соли или основания, то последние предварительно переводят в оксид)

стадия – MеxSy+O2=MеxOy+SO2

стадия -  MеxO+ C = CO2 + Me  или   MеxO+ CO = CO2 + Me

Например,

2ZnS + 3O2 t=  2ZnO + 2SO2

MgCO3 t= MgO + CO2

 

Алюмотермия (в тех случаях, когда нельзя восстановить углём или угарным газом из-за образования карбида или гидрида)

xO+ Al = Al2O3 + Me

Например,

4SrO + 2Al t= Sr(AlO2)2 + 3Sr

3MnO2 + 4Al t= 3Mn + 2Al2O3

2Al + 3BaO t= 3Ba + Al2O3 (получают барий высокой чистоты)

4. Водородотермия - для получения металлов особой чистоты

xO+ H2 = H2O + Me

Например,

WO3 + 3H2 t=  W + 3H2O

MoO3 + 3H2 t=  Mo + 3H2O

5. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

А) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (хлоридов):

2NaCl расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl2

CaClрасплав, электр. ток.→  Ca + Cl2

расплавов гидроксидов:

4NaOH расплав, электр. ток.→  4Na + O2↑ + 2H2O (!!! используют изредка для Na)

Б) Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na3AlF6 (из бокситов):

2Al2Oрасплав в криолите, электр. ток.→  4Al + 3 O2

В) Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO4+2H2раствор, электр. ток.    2Cu + O2 + 2H2SO4

Металл, который получают

Способ получения

Щелочные металлы, Ca, Sr

5А

Ba

3

Al

5Б

Fe в виде сплавов

1

Для получения металлов средней активности и неактивных:

 

Comments