2. Загальні способи добування металів.

У руді метали містяться у вигляді оксидів, гідроксидів, сульфідів, силікатів. Щоб виділити їх звідти, засто­совують різні способи. Спочатку застосовують механічні або флотаційні способи збагачення, а потім добутий концентрат піддають хімічній переробці, використовуючи різні відновники.

Способи виділення металів з руди:

1. Для добування металів з оксидів як відновник використо­вують оксид карбону (II) і вуглець, наприклад:

МеО + СО  СО₂ + Ме

Цей процес є гетерогенним, тому його використовують для від­новлення оксидів феруму, бо один із продуктів реакції (СО₂) лег­ко видаляється із сфери реакції, і рівновага зміщується праворуч.

Вуглець починає реагувати з оксидом лише при температурі понад 1000°С. Нижче цієї температури відновником є тільки СО, який утворюється внаслідок окиснення вуглецю. Віднов­люючи оксиди, він переходить в СО₂, який з розжареним вугле­цем знову утворює СО. Практично вуглець (кокс, антрацит) застосовують для добування чавуну, міді, цинку, олова, свинцю, бісмуту, стибію, ванадію, кобальту і нікелю.

2. Металотермія ‒ це галузь металургії, яка використовує активні метали або кремній для відновлення металів з оксидів чи з інших бінарних сполук (галогенідів). Металотермічні реакції супроводжуються виділенням великої кількості теплоти.

Як метал-відновник широко використовується алюміній, хоча його відновні властивості слабші, ніж у кальцію або магнію. Це пояснюється тим, що утворений оксид алюмінію розплав­ляється при нижчій температурі (2050°С), ніж оксид кальцію і магнію. В результаті рідкий шар Аl₂О₃ легко відокремлюється від розплавленого металу.

Для добування металів і сплавів таким способом суміш, наприклад оксиду хрому (III) й порошкоподібного алюмінію, завантажують у шамотний тигель, футерований оксидом магнію, засипають зверху невеликою кількістю запалювальної суміші (пероксиду барію та порошку алюмінію) і підпалюють її за допомогою запаленої стрічки магнію:

Сr₂O₃ + 2А1 = Аl₂О₃ + 2Сr

Відновлення оксидів металів алюмінієм називається алюмінотермією.

Різновидом металотермічних процесів е силікотермія, де ви­користовують силіцій як відновник. Наприклад, для добування металічного мангану його оксид МnО₂ змішують з порошком алюмінію, завантажують у сталь­ний реактор електропечі і нагріва­ють до 110‒1200°С. У реакторі створюють вакуум, що спричиняє випаровування мета­лу і зміщення рівноваги в бік його утворення. Метал конденсується на охолоджуваному конденсаторі.

Вакуумна силікотермія застосо­вується для добування лужних, лужноземельних металів, феро­сплавів.

3. Водень у промисловості відно­сять до малоактивних відновників:

МеО + Н₂  Ме + Н₂О

Це пояснюється тим, що в газо­вій фазі у стані рівноваги міститься мало водяної пари та багато водню. Але реакція відновлення воднем оксидів є гетерогенною і обо­ротною. Тому, якщо застосовувати надлишок водню і видаляти струменем водню водяну пару, можна відновити навіть міцні оксиди молібдену, вольфраму, германію. При цьому над оксидом пропускають велику кількість ретельно висушеного водню:

МоО₃ + 3Н₂  Мо + 3Н₂О

Молібден утворюється у вигляді порошку. Компактний молібден добувають головним чином методом порошкової металургії, який складається з пресування порошку в за­готовку і спікання її.

4. Електроліз водних розчинів солей застосовують як для утворення захисних покриттів на сталі (нікелювання, хрому­вання), так і для добування самих металів (порошків заліза, міді, кобальту та ін. для порошкової металургії). Напри­клад, для добування залізного порошку застосовують ванну з розчином солей FeCl₃ та FeCl₂. Як катод використовують листи хромованого заліза. Анод – чисте залізо. Після електро­лізу виймають катоди з ванн, зчищають з них шар заліза, висушують його і розмелюють.

У промисловості застосовують також електроліз розплавів. Коли густина металу, що добувається, менша, ніж густина електроліту (лужні метали, магній), то метал спливає на поверхню електроліту, де він захищається від окиснення заліз­ним ковпаком, а якщо густина металу більша за густину електроліту, то метал покривається шаром розплавле­ного електроліту.

Таким способом добувають лужні метали, берилій, магній, кальцій, алюміній, тантал. Як електроліти при цьому викори­стовують відповідно луги, хлорид берилію в суміші з хло­ридом натрію, карналіт (KCl•MgCl₂), хлорид кальцію, кріоліт (Na₃AlF₆), в якому розчинений оксид алюмінію.

Процеси відновлення вуглецем, оксидом карбону (II), силі­цієм, металами відбуваються при високих температурах, і нале­жать до пірометалургійних. Процеси відновлення металів з руд за допомогою переведення корисних компонентів руди в розчин з наступним виділенням металу з нього належать до гідромета­лургійних, наприклад електроліз.