Лекция №17

Тема «Общие способы получения металлов. Понятие о металлургии. Сплавы металлов».

План лекции:

1. Общие способы получения металлов.

2. Металлы в природе.

3. Промышленные способы получения металлов.

4. Экологическая сторона металлургии.

5. Сплавы.

Основные понятия и определения:

Пирометаллургический способ	Биометаллургический способ
Карботермический способ	Руда
Металлотермический способ	Металлургия
Алюмотермия	Доменная печь
Магниетермия	Черная металлургия
Водородотермия	Цветная металлургия
Гидрометаллургический способ	Безотходная технология
Электрометаллургический способ	Сплавы
Электролиз

Текст лекции

1. Общие способы получения металлов.

Способы получения металлов обычно разделяют на:

• пирометаллургические (восстановление при высоких температурах);

• гидрометаллургические (восстановление из солей в растворах);

• электрометаллургические (электролиз раствора или расплава);

• биометаллургические.

I. Пирометаллургический способ получения металлов.

1. Карботермический способ получения металлов − восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

Mе_xO_y + C = CO₂ + Me,

Mе_xO_y + C = CO + Me,

Mе_xO_y + CO = CO₂ + Me

Например,

ZnO+ C = CO + Zn

Fe₃O₄+ 4CO = 4CO₂ + 3Fe

MgO + C = Mg + CO

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

1 стадия – Mе_xS_y+O₂=Mе_xO_y+SO₂

2 стадия − Mе_xO_y + C = CO₂ + Me или Mе_xO_y + CO = CO₂ + Me

Например,

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂↑

MgCO₃ = MgO + CO₂↑

3. Металлотермический способ (способ получения металлов, в котором в качестве восстановителя применяют металлы)

В этом способе в качестве восстановителя используют активные металлы. Примеры металлотермических реакций:

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

Mе_xO_y + Al = Al₂O₃ + Me

Например,

4SrO + 2Al = Sr(AlO₂)₂ + 3Sr

3MnO₂ + 4Al = 3Mn + 2Al₂O₃

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

Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃

Б) Магниетермия:

Mе_xO_y + Mg = MgO + Me

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Металлотермические опыты получения металлов впервые осуществил русский ученый Н. Н. Бекетов в XIX в.

4. Водородотермия − для получения металлов особой чистоты

Mе_xO_y + H₂ = H₂O + Me

Например,

WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O↑

MoO₃ + 3H₂ = Mo + 3H₂O↑

II. Гидрометаллургический способ получения металлов.

Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O,

затем проводят реакцию замещения:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий.

Если для восстановления требуется оксид металла, то в процессе переработки сначала получают оксид:

а) из сульфида – обжигом в кислороде:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

б) из карбоната – разложением при нагревании:

СаСО₃ = СаО + СО₂

III. Электрометаллургический способ получения металлов − восстановление металлов электрическим током (электролиз).

1. Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (чаще всего хлоридов):

2NaCl –^{расплав, электр. ток} → 2Na + Cl₂↑

CaCl₂ –^{расплав, электр. ток.}→ Ca + Cl₂↑

расплавов гидроксидов:

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

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

2Al₂O₃ –^{расплав в криолите, электр. ток.}→ 4Al + 3O₂↑

3. Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO₄+2H₂O –^{раствор, электр. ток} → 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄