Получение металлов

В твердом состоянии металлы друг с другом практически не взаимодействуют, но более или менее хорошо растворяются в расплавленных металлах. Металлические сплавы могут быть получены в смеси порошкообразных металлов при высокой температуре, электролизом смеси электролитов, при возгонке нескольких металлов, когда из смеси паров происходит одновременная конденсация металлов.

В природе металлы встречаются в виде соединений и только мало активные (золото, платина и др.) встречаются в самородном состоянии. Из природных соединений металлов наиболее распространенными являются кислородные (оксиды и оксосоли): гематит Fe₂O₃, магнетит Fe3O₄, куприт Cu₂O, корунд Al₂O₃, рутил TiO₂, пиролюзит MnO₂ и т.д. Весьма распространены сульфиды, т.е. сернистые соединения (железо, медь, цинк, никель, свинец); фториды, хлориды (щелочные и щелочноземельные металлы); карбонаты, силикаты, фосфаты, сульфаты.

Руды загрязнены пустой породой, в связи с этим они подвергаются очистке или так называемому обогащению. При обогащении металлических руд применяют различные методы: механические, электромагнитные, физико-химические. Из последних широкое распространение получил метод флотации. Он основан на различной смачиваемости водой частиц смеси гидрофобного и гидрофильного порошков. Он состоит в измельчении руды до порошка, образующего тонкую суспензию в водном растворе поверхностно-активных веществ – флотореагентов. В чане особой конструкции, наполненном суспензией, создают пену, продувая воздух снизу. Поднимаясь вверх, пузырьки воздуха, покрытые мономолекулярной адсорбционной пленкой флотореагента, собирают на своей поверхности частица гидрофобного компонента руды и в виде пены всплывают на поверхность. Гидрофильные частицы пустой породы оседают на дно чана. Пена, содержащая частицы ценной породы, удаляется в отстойник, где эти частицы оседают.

Восстановление металлов осуществляется в промышленности посредством различных процессов:

- Металлотермия основана на окислительно-восстановительных реакциях, протекающими между соединениями металлов – оксидами, хлоридами, сульфидами – и сравнительно более активными элементарными металлами. Для восстановления металлов из оксидов часто применяется порошкообразный алюминий (алюминотермия). Алюминотермический процесс используется для получения из оксидов сравнительно тугоплавких металлов: ванадия, хрома, молибдена, марганца. Металлотермия приобрела большое значение в восстановлении хлоридов магнием или натрием: TiCl₄ + 2Mg = 2MgCl₂ + Ti

- Карботермия – это восстановление металлов из их оксидов углеродом. Углерод может применяться только для восстановления сравнительно мало активных металлов –железа, меди, цинка, свинца. Ме₂О_n + n/2C = 2Me + n/2CO₂

- Гидрометаллургия – восстановление металлов из водных растворов солей, где восстановителями могут служить или сравнительно более активные металлы или электроны катода при электролизе. Электролизом водных растворов солей могут быть получены лишь мало активные металлы. Активные же металлы – щелочные, щелочноземельные, алюминий – получают исключительно электролизом расплавленных солей.. (см. раздел «Электролиз»).

Некоторые металлы используются в технике в чистом состоянии. В связи с этим перед современной металлургией встала задача разработать методы тонкой очистки некоторых металлов. Для очистки металлов используются различные методы: электролитическое рафинирование (электролиз с растворимым анодом); перегонка и переплавка в вакууме; диссоциация летучих соединений; зонная плавка.

Перегонка и переплавка в вакууме основана на различной летучести металлов. При определенной температуре происходит отгонка примесей от летучего металла или, наоборот, отгонка более летучего металла от примесей.

При термической диссоциации соединений будучи летучих некоторые металлы легко отделяются от примесей при высокой температуре TiI₄ = Ti + 2I₂.

Зонная плавка основана на различной растворимости примесей в твердом и расплавленном металле. Процесс заключается в том, что через высокотемпературную зону очень медленно передвигается стержень из очищаемого металла. Проходя через высокотемпературную зону, металл стержня плавится. По мере передвижения стержня образующаяся в нем узкая жидкая фаза перемещается в противоположном направлении. В этой зоне расплавленного металла собираются примеси которые постепенно перемещаются в конец стержня, входящий в горячую зону последним. Такая операция повторяется многократно, конец стержня, содержащий примеси, механически отделяется от более чистого металла.

Металлы в очень чистом состоянии имеют несколько иные свойства: высокой становится пластичность, электропроводность, теплопроводность.

Раздел «Органическая химия»

Дата добавления: 2014-01-07