Каким методом в металлургии получают щелочные металлы?

9 ответов на вопрос “Каким методом в металлургии получают щелочные металлы?”

  1. Hugitius Ответить

    Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным  образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде  встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.
          Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.
    Получение металлов из руд — задача металлургии.
        Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.
    Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:
    М n+ + ne?>M
    Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.

    В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:
    • пирометаллургический;
    • гидрометаллургический;
    • электрометаллургический.

     Пирометаллургия

         Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.
    Например, олово восстанавливают из касситерита SnО2, а медь — из куприта Cu2O
    прокаливанием с углем (коксом):
    SnО2+ 2С = Sn + 2СО ^;  Cu2O + С = 2Cu+ СО ^
    Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:
    2ZnS  +  302  =  2ZnО  +  2SO2 ^;  ZnО  +  С  =  Zn  +  СО ^
    сфалерит (цинковая обманка)
    Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:
    FeСO3   =   FеО  +  СO2 ^ ;   FеО  + С = Fе  + СО ^
    сидерит (шпатовый железняк)
    Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).
    В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:
    1)      МоO3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия)
    К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.
    2)      TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)
    ЗМnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O3 (алюминотермия)
    Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида
    которого очень велика  (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций  восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:
    Q= ? Q1 — ? Q 2 ,
    где  Q1— теплота образования продукта, Q2 -теплота образования исходного вещества.
    Доменный  процесс (производство чугуна):
    C + O2 = CO2, CO2 + C – 2CO
    3Fe2O3 + CO = 2(Fe2Fe32)O4+ CO2
    (Fe2Fe32)O4+ CO= 3FeO + CO2
    FeO + CO= Fe + CO2
    (чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);

    Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)2 и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

    Гидрометаллургия

    Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.
    Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:
    СuО + Н2SО4 =  СuSO4 + Н2
    Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:
    СuSO4. + Fе = Сu + FеSO4
    Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.

    Электрометаллургия

    Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.
    Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.
    Примеры:
    а) NaCl (электролиз расплава) > 2Na + Cl2
    б) CaCl2 (электролиз расплава) > Ca + Cl^
    в) 2Al2O3(электролиз расплава) > 2Al + 3O2^
    г) 2Cr2(SO4) + 6H2O(электролиз) > 4Crv + 3O2^ +6H2SO4
    д) 2MnSO4 + 2H2O (электролиз) > 2Mnv + O2^+2H2SO4
    е) FeCl2(электролиз раствора) > Fev + Cl2^

  2. Agahuginn Ответить

    Упражнение: 1
    В
    работе немецкого ученого в области металлургии и врача Г.Агриколы (XVI
    в.) «12 книг о металлах» сказано: «Подвергая руду нагреванию, обжигу и
    прокаливанию, удаляют этим часть веществ, примешанных к металлу…» и
    далее «…плавка необходима, так как только посредством ее горные породы
    и затвердевшие соки (рассолы) отделяются от металлов, которые
    приобретают свойственный им цвет, очищаются и становятся во многих
    отношениях полезны человеку». О каких видах металлургии писал Агрикола?
    Проиллюстрируйте его высказывание примерами уравнений химических
    реакций..
    Пирометаллургия
    обжиг: 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2
    плавка: 2CuO + C = 2Cu + CO2
    Упражнение: 2
    Какой метод получения меди – с помощью серной кислоты или бактериальный – экологически более безопасен?

    Бактериальный
    метод более безопасен с экологической точки зрения, так как в процессе
    получения меди не используются агрессивные, вредные вещества и поэтому
    образуется меньше отходов вредных для окружающей среды
    Упражнение: 3
    Почему щелочные и щелочноземельные металлы нельзя получить гидрометаллургическим методом?
    Гидрометаллургический
    метод – это восстановление металлов из водных растворов их соединений
    (растворимых солей этих металлов). Так как щелочные и щелочноземельные
    металлы взаимодействуют с водой, то получить их из водного раствора их
    соли невозможно они вступают в реакцию с водой.
    Упражнение: 4
    Предложите технологическую цепочку производства свинца из минерала галенита PbS. Запишите уравнения реакций.

    PbS > PbO > Pb
    2PbS + O2 = 2PbO + 3SO2
    PbO + Al = Pb + Al2O3
    Упражнение: 5
    Как можно получить из пирита FeS2 железо и серную кислоту? Запишите уравнения реакций
    4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
    2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2
    2SO2 + O2 = 2SO3
    SO3 + H2O = H2SO4

  3. alien_avatar Ответить

    Получение щелочных металлов

    Все щелочные металлы возможно получить электролизом расплава их солей, однако на практике таким способом получают только Li и Na, что связано с высокой химической активностью K, Rb, Cs:
    2LiCl = 2Li + Cl2^
    2NaCl = 2Na + Cl2^
    Любой щелочной металл можно получить восстановлением соответствующего галогенида (хлорида или бромида), применяя в качестве восстановителей Ca, Mg или Si. Реакции проводят при нагревании (600 – 900С) и под вакуумом. Уравнение получения щелочных металлов таким способом в общем виде:
    2MeCl + Ca = 2Mе^ + CaCl2,
    где Ме – металл.
    Известен способ получения лития из его оксида. Реакцию проводят при нагревании до 300°С и под вакуумом:
    2Li2O + Si + 2CaO = 4Li + Ca2SiO4
    Получение калия возможно по реакции между расплавленным гидроксидом калия и жидким натрием. Реакцию проводят при нагревании до 440°С:
    KOH + Na = K + NaOH

    Получение щелочноземельных металлов

    Получение Be осуществляют по реакции восстановления его фторида. Реакция протекает при нагревании:
    BeF2 + Mg = Be + MgF2
    Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:
    CaCl2 = Ca + Cl2^
    Причем, при получении Mg электролизом расплава дихлорида для понижения температуры плавления в реакционную смесь добавляют NaCl.
    Для получения Mg в промышленности используют металло- и углетермические методы:
    2(CaO?MgO) (доломит) + Si = Ca2SiO4 + Mg
    Основной способ получения Ba – восстановление оксида:
    3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

    Получение алюминия

    Алюминий получают электролизом расплава оксида этого элемента:
    2Al2O3 = 4Al + 3O2^
    Однако из-за небольшого выхода продукта, чаще используют способ получения алюминия электролизом смеси Na3[AlF6] и Al2O3. Реакция протекает при нагревании до 960С и в присутствии катализаторов – фторидов (AlF3, CaF2 и др.), при
    этом на выделение алюминия происходит на катоде, а на аноде выделяется кислород.

    Получение переходных металлов

    Получение титана осуществляют в две стадии – сначала из получают хлорид титана из оксида, а затем восстанавливают его магнием:
    TiO2 + 2Cl2 +2C = TiCl2 + 2CO (800 – 1000C)
    TiCl2 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
    Чистый ванадий получают из оксида ванадия (V) кальцийтермическим восстановлением или из VCl3 и VI2 магний – и йодотермическим
    восстановлением, соответственно:
    V2O5 + 5Ca = 5CaO + V
    Для получения хрома используют алюмотермический способ:
    Na2Cr2O7 + 2C = Cr2O3 + Na2CO3 + CO
    Cr2O3 +2Al = Al2O3 + 2Cr
    Получение молибдена осуществляют — из оксидов (разложение или восстановление их водородом):
    3MoO2 = Mo + 2MoO3
    Основные способы получения марганца – электролиз MnSO4 и восстановление оксидов кремнием:
    2Mn2O3 + 3Si = 4Mn + 3SiO2
    Тяжелые металлы получают восстановлением из руд при высоких температурах и в присутствии катализатора (пирометаллургия) (1) или восстановлением из солей в растворе (гидрометаллургия) (2):
    Cu2O + C = 2Cu + CO (1)
    CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4 (2)
    Некоторые металлы получают термическим разложением их неустойчивых соединений:
    Ni(CO)4 = Ni + 4CO

    Примеры решения задач

  4. HellDragon Ответить

    Одним из основных способов получения металлов является их восстановление из оксидов. Это одно из самых распространенных соединений металлов, которые встречаются в природе. Процесс восстановления протекает в доменных печах под воздействием высоких температур и при участии металлических или неметаллических восстановителей. Из металлов используют элементы с высокой химической активностью, например, кальций, магний, алюминий.

    Среди неметаллических веществ применяются оксид углерода, водород и коксующиеся угли. Суть процедуры восстановления заключается в том, что более активный химический элемент или соединение вытесняет металл из оксида и вступает в реакцию с кислородом. Таким образом, на выходе образуется новый оксид и чистый металл. Это самый распространенный способ получения металлов в современной металлургии.
    Обжиг является лишь промежуточным методом получения чистого элемента. Он предполагает сжигание сульфида металла в кислородной среде, в результате чего образуется оксид, который затем подвергается процедуре восстановления. Этот метод также применяется довольно часто, так как сульфидные соединения широко распространены в природе. Прямое получение чистого металла из его соединений серой не используют по причине сложности и дороговизны технологического процесса. Гораздо проще и быстрее провести двойную обработку, как было указано выше.
    Электролиз, как способ получения металлов подразумевает пропускание тока через расплав металлического соединения. В результате процедуры чистый металл оседает на катоде, а остальные вещества – на аноде. Такой способ применим к солям металлов. Но он не является универсальным для всех элементов. Подходит способ для получения щелочных металлов и алюминия. Это связано с их высокой химической активностью, которая под воздействием электрического тока позволяет с легкостью нарушать установленные в соединениях связи. Иногда электролитический способ получения металлов применяют к щелочноземельным элементам, но они уже не так хорошо поддаются данной обработке, а некоторые и вовсе не разрывают полностью связь с неметаллом.

  5. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *