Classification of Metals 3 страница

Есть некоторые из важных критериев, используемых для извлечения металлов из окисленных руд

1. руда должна быть богата минеральными. Низкосортная руда должна быть Обогащенный до REDUC-ния для того, чтобы (а) свести к минимуму использование восстановителем, (б) максимального извлечения металла, (с) свести к минимуму потребности в энергии, и (d) получения металла из желаемой чистоты. В общем, окисленной руды модернизирован с помощью магнитной сепарации, электростатической сепарации или гравитационного разделения. Флотационные применяется только в исключительных случаях, например, в обогащении оксида меди руды

2. термодинамической стабильности оксида диктует выбор восстановителем. Из свободной энергии диаграммы для оксидов (рис. 2.1), мы видим, что оксиды наиболее распространенных металлов кошки быть уменьшены углеродом при температурах ниже 1600 ° C. Везде, где это возможно, сокращение оксида металла до металла осуществляется углеродистый восстановитель, из-за низкой стоимости, участвующих. С другой стороны, углерод не подходит для восстановления оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов из-за их высокой термодинамической стабильности. Кроме того, в случае таких металлов, как титан и уран, которые образуют стойкие карбиды, углеродсодержащих восстановителей не являются предпочтительными, так как дальнейший процесс отделения металла от углерода в карбиде неэкономично. Для таких металлов, а также для щелочных и щелочно-земельных металлов, оксид сначала превращают в хлорид или металл впоследствии получают восстановлением хлорида либо другим металлом, который образует более устойчивую хлорид или электролизом расплавленного хлорида

3. металл, который образует оксид более стабильным, чем у нужного металла может быть использован вместо углерода для уменьшения. Тем не менее, в большинстве случаев, этот метод не является экономически привлекательным за исключением того, когда углерод не может быть использована или где углерод не может быть допущено в металлическое изделие, как и в случае многих ферросплавы.

4. Как правило, при температуре, необходимой для восстановления оксида, металл в расплавленном виде, и жильных размягчается или плавится. В общем, флюсы, такие как известь и диоксид кремния используются для взаимодействия с жильные с образованием шлака, жидкости для того, чтобы хорошее разделение металла из шлака. Для того, чтобы выделить металл в максимально возможной степени, важно, что потери металла в шлаке быть сведено к минимуму

рУД АЛЮМИНИЯ

Характер распространенных минералов алюминия являются гиббсит (АlОз-ЗН2О) и диаспор (AI2O3 • H 2 O). Теоретический percentage из AI2O3 в гиббсит 65.4 и что в диаспор 85,4. Боксит представляет собой смесь этих двух руд и содержит различные количества примесей, таких как Fe2CO3, ТiO2 и Si02.

Глинозем должен быть расплавленным в течение электролиз работать, так как ионы не могут свободно перемещаться в твердом состоянии. К сожалению, оксид алюминия имеет высокую температуру плавления (2040 ° С), и это не практично делать электролиз при такой высокой температуре.

В середине ХIХ века было обнаружено, что оксид алюминия, растворенный в криолита.

Криолита натрия фторид алюминия - Na3AlF6. Раствор глинозема в криолит плавится при температуре около 900 ° С и электролиз осуществляется при температуре около 950 ° C (продолжение). Стальной контейнер покрыт углерод (графит), и это используется в качестве отрицательного электрода (катода).

Оксид алюминия (Al2O3) представляет собой ионное соединение. Когда он плавится ионы Al3 + и O2- могут свободно перемещаться и проводить электричество.

Электролиз алюминия / криолит раствора дает алюминий на катоде и кислорода на аноде.

4Al3 + + 12e- → 4Al (металлический алюминий в (-) катода) сокращения.

6O2- - 12e- → 3O2 (газообразный кислород на аноде (+)) окисления.

Алюминий является более плотным, чем оксид алюминия / раствором криолита и поэтому он падает на дно клетки, где он может быть отведен в качестве чистого жидкого металла. Общая реакция:

оксид алюминия → алюминий + кислород.

2Al2O3 (л) → 4Al (л) + 3O2 (г)

Кислород, выделяемый на положительном угольным анодом. Окись углерода также выделяется при углеродистого анода, так как горячий кислород вступает в реакцию с углеродом анода с образованием газообразного диоксида углерода.

углерода + кислород → углекислый газ.

C (S) + О2 (г) → CO 2 (г)

Угольные аноды медленно исчезают, потому что каждая молекула диоксида углерода, который выделяется занимает маленький кусочек углерода вместе с ним. Угольные аноды должны быть заменены, когда они становятся слишком маленькими.

Урок 12. Добыча металлов из сульфидных руд

Большое количество металлов в промышленных масштабах получают из руд, содержащих сульфидные минералы. К ним относятся некоторые очень распространенные металлы, такие как медь, свинец, цинк и никель и другие металлы, такие как кадмий, кобальт, сурьма, висмут, ртуть и молибден. Некоторые из этих металлов, например, меди, свинца, цинка, ртути, и были произведены с древних времен. Тем не менее, с достижениями в области технологий, новых, более энергоэффективных процессов, которые также защищают окружающую среду, заменяют традиционные процессы.

Металлургический некоторых из этих распространенных металлов считается сложным, потому что, порой, она может включать в себя больше, чем 25 конечные продукты, поступающие из только двух или трех различных металлургических концентратов, которые, в свою очередь, могут происходить из одной шахты. Некоторые из элементов, участвующих в металлургии Cu, Zn, Pb и приведены в таблице 1. Восстановление каждого из этих элементов, само по себе, это сложный процесс. Большинство элементов должны быть часто циркулируют между двумя или более схемами экстракции, прежде чем они станут достаточно концентрированным, чтобы сделать их восстановление возможно и экономично.

Таблица 1 Элементы, задействованные в металлургии Cu, Zn, Pb и

Элементы оправился элементы отбрасываются элементы, используемые

Cu, Pb, Zn, S, Ag, Au, Pt, Pd, As, Sb, Bi, Se, Те, Ni, Co, In, Tl, Sn, Cd, Re, Hg Fe, Ca, Si, Mn, Mg, Al, Сl2, S, O2, F2, с, О2, Н2 (в воде)

В дополнение к приблизительно 20 извлекаемых элементов, существует по меньшей мере, девять других элементов, которые должны быть разделены, как правило, в виде сброшенных шлака или газа, на одной стадии или другой из процесса экстракции.

Как водород и углерод очень неэффективные восстановители, насколько прямое восстановление сульфида к металлу обеспокоен. Металлотермических сокращение сульфида, включая прямое восстановление с металлом, теоретически возможно, но на практике это весьма энергоемкий и, в большинстве случаев, не является коммерчески привлекательным.

Сульфид ион S2- более легко поляризуемый, чем ион O2- оксида, и, в соответствии с правилами Fajan, в М-0 связь является более ионный характер, чем М-S связи. Таким образом, большинство Сульфиды металлов имеют тенденцию быть ковалентным в природе (заметные исключения, являющиеся теми, щелочных и ilkaline земельных металлов). Следовательно, по своей природе, сульфид склеивание, как правило, из металла, образуя последовательность фаз, таких как Co9S8, косинус, Co3S4 и CoS2. Другие характеристики включают сульфиды стехиометрическое изменчивость состава и высокую электропроводность, и смешиваемость с металлами, свойство, которое добавляет к трудностям, с которыми сталкиваются в осуществлении разделения металла из сульфида. Таким образом, в принципе, извлечение металла из сернистой труднее, чем из оксида. Таким образом, возможный способ экстракции может быть мертвым Обжиг сульфида в оксид с последующим восстановлением оксида углеродом. Хотя этот метод нашел применение в случае свинцово-цинковых руд, он не работает satisfactorily во всех случаях из-за наличия сопутствующих сульфидов, таких как таковые из железа в руде. Кроме того, мертвые обжиг таких руд приведет к образованию оксидов железа, которые трудно отделить от желаемого металла до и после сокращения. Следовательно, специальные методы должны быть приняты для извлечения металлов из сульфидных руд.

Радиоактивные металлы

Радиоактивность возникает потому, что некоторые ядра являются нестабильными и спонтанно распадаются.

Важные аспекты радиоактивности:

- Элементы превращаются в другие, различные элементы.

- Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде происходит от массы, которая преобразуется в энергию

- Радиоактивность представляет собой квантовое явление. Радиоактивный распад представляет собой статистический процесс.

Радиоактивный элемент - элемент подвержены спонтанному вырождению его ядра с испусканием альфа-частиц, бета-частиц или гамма-лучей. Все элементы с атомными номерами больше 83 являются радиоактивными. Природные радиоактивные элементы включают радий, торий и уран. Несколько радиоактивных элементов не найдены в природе были произведены путем бомбардировки стабильных элементов с субатомных частиц в циклотроне.

Существуют три основных типа естественной радиоактивности:

1. Альфа-излучение

Альфа-излучение состоит из потока положительно заряженных частиц, называемых альфа-частицы, которые имеют атомную массу 4 и заряд +2 (ядро гелия). Когда альфа-частица выбрасывается из ядра, массовое число ядра уменьшается на четыре единицы и атомный номер уменьшается на две единицы. Например:

23892U → 42He + 23490Th

Ядро гелия альфа-частица.

2. Бета-излучение

Бета-излучение представляет собой поток электронов, называемых бета-частиц. Когда бета-частица выталкивается, нейтрон в ядре превращается в протон, так что массовое число ядра не меняется, но атомный номер увеличивается на единицу. Например:

23490 → 0-1e + 23491Pa

Электронов бета-частиц.

3. гамма-излучения

Гамма-лучи высоких энергий фотонов с очень короткой длиной волны (от 0,0005 до 0,1 нм). Излучение результатов гамма-излучения от изменения энергии в пределах атомного ядра. Изменения эмиссии гамма ни атомного номера, ни атомная масса. Альфа и бета-излучение часто сопровождается гамма-излучением, как возбужденное ядро ​​падает до более низкого и более стабильное состояние энергии.

Урок 14. Железо и сталь

Железо является одним из самых распространенных элементов на Земле. Почти каждая конструкция человека содержит, по крайней мере, немного железа.

Чистое железо представляет собой мягкий, серовато-белый металл. Хотя железо является общим элементом, чистое железо почти никогда не встречается в природе. Только чистое железо, как известно, существуют в природе происходит от упавших метеоритов.

Железная руда превращается в различные виды железа через несколько процессов. Наиболее распространенным процессом является использование доменной печи для производства чугуна, который составляет около 92-94% железа и 3-5% углерода, с меньшими количествами других элементов. Чугун имеет только ограниченное применение, и большая часть этого железа продолжаетс на сталелитейном заводе, где он преобразуется в различные стальные сплавы путем дальнейшего снижения содержания углерода и добавления других элементов, таких как марганец и никель, чтобы придать стали специфические свойства.

Сталь - сплав, состоящий в основном из железа с небольшим количеством углерода (0,05% - 2,04% по весу). Также есть: Железо = железо-углерод сплава с менее чем 0,005% углерода.

Чугун = содержание углерода между 2,1% - 4,0%

Кованого железа - содержит 1 - 3% от массы шлака в виде частиц, вытянутой в одном направлении - более стойкий к ржавчине, чем стали и сварных швов лучше

Железная руда состоит из оксидов в природе железа и кислорода: в основном магнетит (Fe3O4) или гематит (Fe2O3)

Доменная печь в основном отделяет железо от кислорода в процессе восстановления.

Дата добавления: 2017-01-14