Химия способы получения металлов: Общие способы получения металлов | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

Содержание

Общие способы получения металлов | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

Чтобы поделиться, нажимайте

Общие способы получения металлов.

Природные соединения металлов:

хлоридысильвинит КСl ∙ NaCl, каменная соль NaCl;
сульфидысерный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
карбонатымел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит MgCO3,

доломит CaCO3 ∙ MgCO3;

сульфатыглауберова соль Na2SO4 ∙ 10 H2O, гипс CaSO4 ∙ 2Н2О;
оксидымагнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3 ∙ Н2О.
нитратычилийская селитра NaNO3;

  

     Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются

рудами.

        Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией.

Способы получения металлов из руд.

  1. 1. Электрометаллургический способ — это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl (расплав) Na+ + Cl

катод  Na+ +  e → Na0     ¦ 2

анод    2Cl—  — 2e  → Cl20 ¦ 1

суммарное уравнение:

2NaCl (распл.) – (э.ток) 2Na + Cl2

Современный  способ получения алюминия был изобретен в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар.

Al2O3 (расплав) Al3+ + AlO33–

катод                   Al3+ +3e → Al 0              ¦ 4

анод    4AlO33– –12 e → 2Al2O3 +3O2  ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al2O3(распл.) – (э.ток) 4Al + 3O2 .

 

  1. Пирометаллургический способ
    — это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: неметаллических: кокс, оксид углерода (II), водород; металлических: алюминий, магний, кальций.
Алюмотермия:

Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3

Получают железо, хром.
Восстановление оксидов металлов водородом (водородотермия):

Cu +2O + H2(t)→   Cu0 + H2O

Получают малоактивные металлы – медь, вольфрам.
Получение чугуна:

В вертикальной печи кокс окисляется до СО, затем происходит постепенное восстановление железа из руды:

3Fe2O3 + CO (t)→   2Fe
3
O4 + CO2 ,

Fe3O4 + 4CO (t)→ 3FeО + 4CO2

FeO + CO  (t)→ Fe+ CO2

 

Восстановление углём (коксом):

ZnO + C (t)→   Zn + CO

Получают цинк, никель.

 

  1. 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: СаСО3(t)→ СаО + СО2

 

Получение металлов в химии

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

Способы получения металлов

Способы получения металлов.

Автор презентации: учитель химии МБОУ СОШ № 131 Цирина Татьяна Анатольевна

Металлургия.

  • Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов из природного сырья.
  • Металлургия делится на три отрасли: пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

Пирометаллургия.

Пирометаллургия – это получение металлов из природных руд реакциями восстановления при высокой температуре.

Получение из оксидов.

1) Восстановление углеродом.

ZnO + C Zn + CO

2) Восстановление угарным газом.

Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2

Такими способами получают металлы средней активности и неактивные.

Получение из оксидов.

3) Восстановление водородом.

WO 3 + 3H 2 W + 3H 2 O

Таким способом получают редкоземельные металлы.

Алюмотермия

4) 3MnO 2 + 4Al 3Mn + 2Al 2 O 3

Таким способом получают Mn, Cr, Ti, Mo, W

Получение из сульфидов.

Получение происходит по схеме:

сульфиды оксиды металлы

Получение из сульфидов.

а) 2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2

б) ZnO + C Zn + CO

Гидрометаллургия.

Гидрометаллургия – получение металлов из растворов их солей.

Получение происходит по схеме:

Руда раствор соли металл

Гидрометаллургия.

а) CuO + H 2 SO 4 (р-р) CuSO 4 + H 2 O

б)CuSO 4 + Fe FeSO 4 + Cu

Таким способом получают Cu, Ag, Au, Zn, Mo, U и другие металлы.

Электрометаллургия.

Электрометаллургия – получение металлов с помощью электрического тока (электролиз).

2Na + Cl — Na 0 + Cl2 0

Таким способом получают только самые активные металлы.

Спасибо за внимание.

Основные способы получения металлов — урок в 11 классе

Основные способы получения металлов

Урок в 11 классе

Способы получения металлов

обычно разделяют на три типа:

пирометаллургические — восстановление при высоких температурах;

гидрометаллургические — восстановление из солей в растворах;

электрометаллургические — электролиз раствора или расплава.

Пирометал-лургически

получают : чугун, сталь, медь, свинец, никель, хром и другие металлы.

Доменный процесс –

получение стали и чугуна

Гидрометаллургически получают : золото, цинк, никель и некоторые другие металлы.

Получаемые металлы: Cd, Ag, Au, Cu, Zn, Mo и др.

Электрометал-лургически получают : щелочные и щёлочноземель-ные металлы, алюминий, магний и другие металлы.

Общие способы получения металлов

1.  Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

Например,

x O + C = CO 2  + Me,

1. ZnO y + C t = CO + Zn  

x O + C = CO  + Me,  

2. Fe 3 O 4 + 4CO t = 4CO 2  + 3Fe  

3. MgO + C t = Mg + CO

x O + CO = CO 2  + Me

Не подходит для металлов, образующих карбиды с углём.

получают : Fe, Cu, Pb, Sn, Cd, Zn

Общие способы получения металлов

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

Например,

1 стадия  –

x S y +O 2 = Mе x O y +SO 2

1. 2ZnS + 3O 2 t =  2ZnO + 2SO 2

2 стадия  –  

x O + C = CO 2  + Me  или   

2. MgCO 3 t = MgO + CO 2

x O + CO = CO 2  + Me

Общие способы получения металлов

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

Например,

1. 4SrO + 2Al t = Sr(AlO 2 ) 2 + 3Sr

x O + Al = Al 2 O 3  + Me

получают: Mn, Cr, Ti, Mo, W, V и др

2. 3MnO 2 + 4Al t = 3Mn + 2Al 2 O 3

3. 2Al + 3BaO t = 3Ba + Al 2 O 3 (получают барий высокой чистоты)

Общие способы получения металлов

4.  Водородотермия —  для получения металлов особой чистоты

Например,

1. WO 3 + 3H 2 t =  W + 3H 2 O↑

x O + H 2  = H 2 O + Me

2. MoO 3 + 3H 2 t =  Mo + 3H 2 O↑

Получают металлы большей чистоты : Cu, Ni, W, Fe, Mo, Cd, Pb

Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

А)   Щелочные и щелочноземельные металлы  получают в промышленности электролизом  расплавов солей  ( хлоридов ):

2NaCl  расплав, электр. ток.    2 Na + Cl 2 ↑

CaCl 2  расплав, электр. ток.    Ca + Cl 2 ↑

расплавов гидроксидов :

4NaOH  расплав, электр. ток.  4Na + O 2 ↑ + 2H 2 O

(!!! используют изредка для Na)

Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

Б)   Алюминий  в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия  в криолите  Na 3 AlF 6  (из бокситов):

2Al 2 O 3  расплав в криолите, электр. ток.    4Al + 3 O 2 ↑

В)   Электролиз водных растворов солей  используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO 4 +2H 2 O  раствор, электр. ток.      2Cu + O 2  + 2H 2 SO 4

Металл, который получают

Способ получения

Щелочные металлы, Ca, Sr

Ba

3

Al

Fe в виде сплавов

1

Для получения металлов средней активности и неактивных:

Примеры заданий по теме : «Общие способы получение металлов»

Задания с выбором ответа ( А10, А24, А29).

А1. Реакция возможна между

1) Ag и K 2 SO 4 (р-р)

2) Zn и KCl (р-р)

3) Mg и SnCl 2 (р-р)

4) Ag и CuSO 4 (р-р)

А2. Какой из металлов вытесняет железо из сульфата железа (II)?

1) Cu 2) Zn 3) Sn 4) Hg

A3. Какой из металлов вытесняет медь из сульфата меди (II)?

1) Zn 2) Ag 3) Hg 4) Au

A4. Формула вещества, восстанавливающего оксид меди (II) — это

1) CO 2 2) H 2 3) HNO 3 4) Cl 2

A5. Формула вещества, не восстанавливающего оксид железа (III) —

1) HCl 2) Al 3) H 2 4) C

А6. Для осуществления превращений в соответствии со схемой:

Al(OH) 3 → AlCl 3 → Al необходимо последовательно использовать

1) хлор и водород

2) хлорид натрия и водород

3) хлороводород и цинк

4) соляную кислоту и калий

А7. Пирометаллургический метод получения металлов отражает реакция:

1) HgS + O 2 → Hg + SO 2

2) CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Cu

3) 2NaCl (ток)→ 2Na + Cl 2

4) CuSO 4 + Zn → ZnSO 4 + Cu

А8. Гидрометаллургический метод получения металлов отражает реакция:

1) HgS + O 2 → Hg + SO 2

2) CuSO 4 + Fe → FeSO 4 + Cu

3) 2NaCl (ток)→ 2Na + Cl 2

4) AlCl 3 + 3K → Al + 3KCl

А9. В качестве восстановителя при выплавке железа в промышленности

наиболее часто используют

1) водород

2) алюминий

3) натрий

4) кокс

А10. Оксид углерода (II) проявляет восстановительные свойства при нагревании с

1) N 2 2) H 2 S 3) Fe 4) Fe 2 O 3

Задания с кратким ответом (В3)

В1. При электролизе раствора AgNO 3 на катоде выделяется

1) серебро

2) водород

3) серебро и водород

4) кислород и водород

В2. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

ВОДНОГО РАСТВОРА

А) AgF 1) Ag, F 2

Б) NaNO 3 2) Ag, O 2 , HF

B) Pb(NO 3 ) 2 3) H 2 , O 2

Г) NaF 4) Pb, O 2 , HNO 3

5) H 2 , NO 2 , O 2

6) NaOH, H 2 , F 2

В3. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА ВОДНОГО РАСТВОРА

А) HgCl 2 1) металл, хлор

Б) AlCl 3 2) водород, хлор, гидроксид

В) Hg(ClO 4 ) 2 металла

Г) Na 2 SO 3 3) водород, кислород

4) металл, кислород, кислота

5) металл, сернистый газ

6) водород, сернистый газ

В4. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

ВОДНОГО РАСТВОРА

А) нитрат цинка 1) цинк, кислород, азотная кислота

Б) бромид цинка 2) водород, кислород

В) бромид калия 3) водород, оксид азота (IV)

Г) нитрат калия 4) цинк, бром

5) водород, бром, гидроксид калия

6) калий, бром

7) калий, оксид азота (IV)

В5. Установите соответствие между формулой вещества и продуктом электролиза его водного раствора, образующимся на като-де

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА

ВОДНОГО РАСТВОРА

А) Li 2 SO 4 1) H 2

Б) Ba(OH) 2 2) O 2

В) MgCl 2 3) Cl 2

Г) SnCl 2 4) Li

5) Ba

6) Mg

7) Sn

В6. Верны ли следующие суждения о промышленных способах получения металлов?

А. В основе пирометаллургии лежит процесс восстановления металлов из руд при высоких температурах.

Б. В промышленности в качестве восстановителей используют оксид углерода (II) и кокс.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

В7. Установите соответствие между металлом и способом его

электролитического получения.

МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ

А) натрий 1) водного раствора солей

Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида

В) серебро 3) расплава поваренной соли

Г) медь 4) расплавленного оксида

5) раствора оксида в расплав-

ленном криолите

6) расплавленного нитрата

В8. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.

МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ

А) калий 1) расплавленного нитрата

Б) магний 2) водного раствора гидроксида

В) медь 3) расплава хлорида

Г) свинец 4) расплавленного оксида

5) раствора оксида в расплавленном криолите

6) водного раствора солей

В9. Установите соответствие между металлом и способом его электролитического получения.

МЕТАЛЛ ЭЛЕКТРОЛИЗ

А) хром 1) водного раствора солей

Б) алюминий 2) водного раствора гидроксида

В) литий 3) расплава соли

Г) барий 4) расплавленного оксида

5) раствора оксида в расплав-

ленном криолите

6) расплавленного нитрата

Задания с развёрнутым ответом (С2)

С1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Cu → Cu(NO 3 ) 2 → Cu(OH) 2 → Х → Сu → CuSO 4

Укажите условия протекания реакций.

C2. Даны вещества: алюминий, оксид марганца (IV), водный раствор сульфата меди и концентрированная соляная кислота.

Напишите уравнения четырёх возможных реакции между этими веществами.

Конспект урока по Химии «Общие способы получения металлов» 9 класс

Тема: «Общие способы получения металлов» 9-класс.

Цель урока: познакомить с природными соединениями металлов и с самородными металлами; дать понятие о рудах и металлургии, рассмотреть такие ее разновидности, как пиро–, гидро–, электрометаллургия, термическое разложение соединений металлов, продемонстрировать лабораторные способы получения металлов и с помощью фрагментов медиалекции ознакомить с промышленным производством металлов.

Оборудование: компьютер, видеопроектор,

I. Организационный момент.Приветствие

II. Проверка домашнего задания.

1. Написать уравнения реакций взаимодействия между веществами:

а) Li, Na, Ca, Fe c O2, Cl2, S, N2, C:

б) Na, Ca, Al c H2O;

в) Zn c H2SO4; Al c HCl;

г) Zn c CuSO4; Al c NaOH; Be c KOH.

2. Осуществите след. реакций: Al Al(OH)3 _ Al2 O3 AlCl3  Al(OH)3

Mg  MgO  MgSO4  Mg(OH)2

ІІІ. Природные соединения металлов.

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

1) в свободном виде встречаются золото и платина; золото бывает в распыленном состоянии, а иногда собирается в большие массы ? самородки. Так в Австралии в 1869 году нашли глыбу золота в сто килограммов весом. Через три года обнаружили там же еще большую глыбу весом около двухсот пятидесяти килограммов. Наши русские самородки много меньше, и самый знаменитый, найденный в 1837 году на Южном Урале, весил всего около тридцати шести килограммов. В середине XVII века в Колумбии испанцы, промывая золото, находили вместе с ним тяжелый серебристый металл. Этот металл казался таким же тяжелым, как и золото, и его нельзя было отделить от золота промывкою. Хотя он и напоминал серебро (по-испански plata), но был почти нерастворим и упорно не поддавался выплавке; его считали случайной вредной примесью или преднамеренной подделкой драгоценного золота. Поэтому испанское правительство приказывало в начале XVIII столетия выбрасывать этот вредный металл при свидетелях обратно в реку. Месторождения платины находятся и на Урале. Оно представляет собой массив дунита (изверженная горная порода, состоящая из силикатов железа и магния с примесью железняка). В нем содержатся включения самородной платины в виде зерен.

2) в самородном виде и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть и олово;

3) все металлы, которые в ряду напряжений находятся до олова, встречаются только в виде соединений.

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот: хлоридов ? сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;

нитратов – чилийская селитра NaNO3;

сульфатов – глауберова соль Na2SO4 ? 10 H2O, гипс CaSO4 • 2Н2О;

карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит MgCO3, доломит CaCO3 • MgCO3;

сульфидов ? серный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;

фосфатов – фосфориты, апатиты Ca 3(PO4)2 ;

оксидов – магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк, содержащий различные гидроксиды железа (III)

Fe2O3 • Н2О.

Ещё в середине II тысячелетия до н. э. в Египте было освоено получение железа из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.

III. Получение металлов.

— Какой основной химический процесс лежит в основе получения металлов?

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический способ. Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических ? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических ? алюминий, магний, кальций и другие металлы. .

Пирометаллургический способ:

1. Получение меди из оксида с помощью водорода.

Cu +2O + H2 = Cu0 + H2O (водородотермия)

2. Получение железа из оксида с помощью алюминия.

Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3 (алюмотермия)

Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:3Fe2 O3 + H2 = 2Fe3 O4 + H2O или 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

Просмотр медиалекции . (CD)

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.

Электрометаллургический способ.

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Просмотр фрагмента медиалекции. (CD)

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl —> Na+ + Cl?

катод Na+ + e > Na0 ¦ 2

анод 2Cl? ?2e > Cl20 ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl2

Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия ? электролитом.

Al2O3 —> AlAlO3 —> Al3+ + AlO33–

катод Al3+ +3e —> Al 0 ¦ 4

анод 4AlO33– – 12 e —> 2Al2O3 +3O2 ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al2O3= 4Al + 3O2 .

В английской “Энциклопедии для мальчиков и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался новый металлический век — век алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

Термическое разложение соединений.

Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-2000, образуя пентакарбонил: Fe + 5CO = Fe (CO)5

Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 2500 карбонил разлагается, образуя порошок железа: Fe (CO)5 = Fe + 5CO.

Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа. Еще более глубокой степени очистки железа (до 99,9999%) можно достичь методом зонной плавки.

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами выделения из них металла, как простого вещества.

IV. Закрепление темы.

Выполнить тестовые задания:

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

V. Д/З повторить

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

1. Укажите справедливые утверждения: а) все элементы d- и f-семейств являются металлами; б) среди элементов р-семейства нет металлов; в) гидроксиды металлов могут обладать как основными, так амфотерными и кислотными свойствами; г) металлы не могут образовывать гидроксиды с кислотными свойствами.

2. В каком ряду приведены символы соответственно самого твердого и самого тугоплавкого металлов?

а) W, Ti; б) Cr, Hg; в) Cr, W; г) W, Cr,

3. Укажите символы металлов, которые можно окислить ионами Н+ в водном растворе кислоты: а) Cu; б) Zn; в) Fe; г) Ag.

4. Какие металлы нельзя получить в достаточно чистом виде, восстанавливая их оксиды коксом? а) W; б) Cr; в) Na; г) Al.

5. С водой только при нагревании реагируют: а) натрий; б) цинк; в) медь; г) железо.

6. Какие утверждения для металлов неверны: а) металлы составляют большинство элементов Периодической системы; б) в атомах всех металлов на внешнем энергетическом уровне содержится не более двух электронов; в) в химических реакциях для металлов характерны восстановительные свойства; г) в каждом периоде атом щелочного металла имеет наименьший радиус.

7. Отметьте формулу оксида металла с наиболее выраженными кислотными свойствами:

а) K2O; б) MnO; в) Cr2O3; г) Mn2O7.

8. В каких парах обе из реакций, схемы которых приведены ниже, позволяют получить металл?

а) CuO + CO—> и CuSO4 + Zn —> б) AgNO3 —> и Cr2O3 + Al в) ZnS + O2 и Fe2O3 + H2 —> г) KNO3 —> и ZnO + C.

9. В атомах каких металлов в основном состоянии на энергетическом d- подуровне содержится пять электронов?

а) титана; б) хрома; в) сурьмы; г) марганца.

10. Какой минимальный объем (н. у.) оксида углерода (II) нужен для восстановления 320 г оксида железа (III) до магнетита? а) 14,93 л; б) 15,48 л; в) 20,12 л; г) 11,78 л.

Урок №33. Общие способы получения металлов

Способы получения металлов обычно разделяют на три типа:

Пирометаллургически получают: чугун, сталь, медь, свинец, никель, хром и другие металлы.

При разработке технологии получения химических веществ используются законы термодинамики, кинетики, теплотехники, физико-химического анализа и др. Учитываются, естественно, и экономические условия. В случае, если реакция обратима, применяетсяпринцип Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, то равновесие в системе сместится в сторону той реакции (прямой или обратной), которая приводит к частичной компенсации этого воздействия.

Химические методы применяются и при очистке выбросов, а также сточных вод химических производств.

Общие способы получения металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

xO+ C = CO2 + Me,

xO+ C = CO + Me,  

 MеxO+ CO = CO2 + Me

Например,

ZnOy+ C t= CO + Zn  

Fe3O4+ 4CO t= 4CO2 + 3Fe  

MgO + C tMg + CO

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

стадия – MеxSy+O2=MеxOy+SO2

стадия —  MеxO+ C = CO2 + Me  или   MеxO+ CO = CO2 + Me

Например,

2ZnS + 3O2 t=  2ZnO + 2SO2

MgCO3 t= MgO + CO2

 

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

xO+ Al = Al2O3 + Me

Например,

4SrO + 2Al t= Sr(AlO2)2 + 3Sr

3MnO2 + 4Al t= 3Mn + 2Al2O3

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

4. Водородотермия — для получения металлов особой чистоты

xO+ H2 = H2O + Me

Например,

WO3 + 3H2 t=  W + 3H2O

MoO3 + 3H2 t=  Mo + 3H2O

5. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

А) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (хлоридов):

2NaCl –расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl2

CaClрасплав, электр. ток.→  Ca + Cl2

расплавов гидроксидов:

4NaOH –расплав, электр. ток.→  4Na + O2↑ + 2H2(!!! используют изредка для Na)

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

2Al2Oрасплав в криолите, электр. ток.→  4Al + 3 O2

В) Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO4+2H2O –раствор, электр. ток.    2Cu + O2 + 2H2SO4

Металл, который получают

Способ получения

Щелочные металлы, Ca, Sr

Ba

3

Al

Fe в виде сплавов

1

Для получения металлов средней активности и неактивных:

 

Урок «Способы получения металлов» в формате технологической карты

Урок «Способы получения металлов»

в формате технологической карты.

                                          Ляпустина Светлана Анатольевна

Учитель химии

МОУ «Еловская средняя

общеобразовательная школа»

Класс:  9 класс

Предмет: Химия

Тема урока: Способы получения металлов

Цель урока: 

Знакомство с основными металлургическими методами: пирометаллургией, гидрометаллургией, электрометаллургией — и основными химическими процессами, лежащими в основе металлургических производств.

Задачи

Предметные:

Установить взаимосвязь между активностью металла и формой нахождения его в природе;

-Выяснить химическую сущность процесса получения металлов;

— Дать понятие о классификации методов металлургии по условиям протекания процесса;

— Совершенствовать умение составлять уравнения реакций и показывать окислительно-восстановительные процессы.

Метапредметные.:

-анализировать информацию из разных источников, структурировать ее через перевод текстовой информации в символы и схемы;

-проводить оценку и самооценку достижения результата согласно поставленной цели.

-строить содержательную коммуникацию со сверстниками и учителем

Критерии достижения цели:

-знают понятия: руды, металлургия, пиро-, гидро-, электрометаллургия, алюминотермия;

-умеют классифицировать способы получения металлов по условиям протекания;

-описывают металлургические методы с использованием знаково-символических средств (через уравнения, электронные балансы), устанавливая причинно-следственные связи;

-грамотно и безопасно проводят химический эксперимент

Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Учебники и учебные пособия: Габриелян О.С. Химия, 9 класс

Материально-техническое обеспечение: 

— Компьютер, проектор, мультимедийное приложение к учебнику О.С.Габриеляна, презентация к уроку

-Химические реактивы и лабораторное оборудование, коллекции минералов,

— инструкции для обучающихся, листы самооценки.


 

Технологическая карта урока

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Формируемые УУД

Организационный

Приветствует учащихся, определяет готовность к уроку.

Создаёт условия для формирования самооценки.

-По ходу урока вы будете самостоятельно оценивать свою активность и качество работы, отмечая на листочке на определённых этапах результаты своей деятельности. (Приложение №1)

Приветствуют учителя, проверяют свои рабочие места.

Изучают листы самооценки и условия их заполнения

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками.

Актуализация знаний. Целеполагание

Читает отрывок стихотворения и в ходе беседы подводит учащихся к формулированию темы и цели урока.

«Пришёл к мартену. Встал.

Шла плавка непрерывная,

Во всю огонь хлестал.

Зрелее стал и зорче я.

Завидно было мне –

Я видел, как рабочие

Рождали сталь в огне.

Гудели печи жаркие.

Хлестал металл в ковши.

Он был, как солнце яркое,

Как жар людской души.

Он лица жёг скуластые

И солью проступал.

Над всеми властвуя,

Уральский наш металл» ( Е.Акулов)

-О чём идёт речь в стихотворении?

-Что вы знаете о получении металлов?

-Ваши знания отрывочны и неполны. Попробуйте сформулировать тему и цель урока.

Формулируют тему урока: «Способы получения металлов» и цель:

Узнать, как и из чего получают металлы?

.(слайд№1)

Коммуникативные: умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.

Регулятивные: целеполагание.

Познавательные: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели.

Изучение нового материала

1.Нахождение металлов в природе

Создаёт условия для создания проблемной ситуации.

-Уже с древних времён человек знал и применял многие металлы. Развитию химии металлов способствовал тот факт, что металлы в земной коре распространены довольно широко. Назовите наиболее распространённые металлы.

-Если металлы так распространены, то почему возник вопрос о получении металлов?

Организует самостоятельную работу в парах по инструкции (Приложение№2, задание№1), самоконтроль

Помогает установить взаимосвязь между активностью металла и формами существования металлов.

-Проанализируйте информацию на слайде. От чего зависит форма существования металла в природе?

Уточняет понятия: минералы, горные породы, руды, металлургия, металлургическая промышленность. (Слайды №6 , №7, №8)

Анализируют диаграмму (слайд №2), отвечают устно.

Предполагают, что металлы в природе встречаются в виде соединений.

Читают отрывок из книги, изучают, выданные коллекции минералов, анализируют, отвечают на вопросы «собирают» схему в тетради, осуществляют самоконтроль и самооценку, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах

( слайд №3)

Выявляют закономерность распространения и форм существования металлов в природе от активности металла.

.(слайды №4. №5)

Проговаривают понятия.

Личностные: приобретение навыков самооценки

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками; инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;

Регулятивные: самостоятельно анализируют условия достижения цели на основе учета выделенных учителем ориентиров действия; приобретают навыки организации учебной деятельности.

Познавательные: смысловое чтение, поиск и выделение необходимой информации, умение структурировать знания; установление причинно-следственных связей; построение логической цепочки рассуждений

2.Восстановление металлов

Организует самостоятельную работу в парах по инструкции (Приложение №2, задание№2), самоконтроль

Определяют степени окисления, дополняют схему и записывают в тетрадь, осуществляют самоконтроль и самооценку, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах.

(слайд №9)

Личностные: приобретение навыков самооценки

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками; инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;

Познавательные: знаково-символические действия; установление причинно-следственных связей; построение логической цепи рассуждений

3.Способы получения металлов

Организует самостоятельную работу по инструкции (Приложение№2, задание№3), беседу по результатам работы.

Предлагает продолжить заполнение таблицы. По ходу комментирования слайдов выписать металлы, получаемые каждым из способов.

Уточняет понятие «алюминотермия», показывая видеофрагмент из мультимедийного приложения к учебнику

Читают текст, выписывают определения, подчёркивают слова или словосочетания, отражающие отличительные черты

способов получения металлов.

Слушают комментарии учителя, осуществляют самоконтроль, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах. дополняют таблицу.

(слайды №10, №11, №12)

Личностные: приобретение навыков самооценки

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками. инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;

Познавательные: приобретение умений работы с текстом, преобразования информации, выделения главной информации; анализ объектов с целью выделения признаков

Первичное закрепление

Организует деятельность обучающихся по применению новых знаний: самостоятельную работу в парах по инструкции (Приложение№1, задания №4 и №5) и мультимедийному приложению; анализирует выполнение, корректирует, помогает осуществить самоконтроль и самооценку.

Выполняют задания, проводят лабораторную работу, выявляют характерные признаки, определяют способ получения, составляют уравнения в соответствующей колонке таблицы. Осуществляют самоконтроль и самооценку, сравнивая записи в тетради и информацию на слайдах. (Слайды №13, №14) На примере электролиза хлорида натрия рассматривают процесс получения металлов как восстановление. (Интерактивное задание в мультимедийном приложении) Один учащийся выходит для выполнения данного задания к доске, остальные осуществляют самоконтроль.

Личностные: приобретение навыков самооценки

Коммуникативные: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками. инициативное сотрудничество в поиске и выборе информации;

Регулятивные: приобретают навыки организации учебной деятельности

Познавательные: приобретение умений работы с текстом, преобразования информации; знаково-символические действия; анализ объектов с целью выделения признаков

Итог урока

Осуществляет рефлексию.

-Что нового узнали на уроке?

-Достигли цели урока? Обоснуйте.

— Какие вопросы вызвали затруднение и над чем надо работать?

Организует подведение итогов в листах самооценки.

Организует обсуждение и запись домашнего задания.

Отвечают на вопросы

Оценивают свою деятельность на уроке.

Записывают домашнее задание. (слайд №15)

Познавательные: рефлексия

Личностные: смыслообразование

Коммуникативные:

умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли.


 

Приложение №1

Лист самооценки

Задание№1

(инструкция)

Задание№2

(инструкция)

Задание№3

(инструкция)

Задание№4

(инструкция)

Задание№5

(инструкция)

Интерактивное задание

Итог

(среднее)

       


 

«5» — задание выполнено без ошибок;

«4» — задание выполнено с ошибкой;

«3» -задание выполнено не до конца или с большим количеством ошибок.


 

Приложение №2

Инструкция для учащихся.

Задание №1 Цель: Выяснить, в каких формах металлы встречаются в природе. 1. Прочитайте текст. О каком металле, и какой форме существования его в природе идёт речь? «Ах, как не терпится, как хочется поскорее сделать новый нож! Большой нож из нового тяжелого камня…И человек не хочет, не может идти дальше. Здесь надо попробовать камень! Он достает из кожаного мешка каменный молоток, прикрученный к рукоятке узким, совсем новым, ремешком, и острое каменное рубило. А вот и драгоценная находка – тяжелый камень с кривыми лапами. Сдерживая дрожь волнения, человек аккуратно наставляет кремневое рубильце и сильно бьет молотком. Камень и не думает разбиваться! Под кремниевым острием засияла вмятина, а в ней снова красное, блестящее, как вечерняя луна, тело камня. Вот чудеса! Камень мнется! Теперь человек бьет и колотит его прямо молотком. Еще и еще. В каком-то радостном озарении. Потому что камень плющится под ударами все сильнее и сильнее. И блестит, как луна. Горы разносят стук молотка по ущельям. Теперь тяжелый камень больше не похож на корень. Он скоро, скоро станет похож на нож!» «Камень, рождающий металл». (автор: Т.Б. Здорик)

2. Изучите коллекцию минералов, содержащих: K,Ca, Zn , Fe, Pb, Cu. К какому классу неорганических веществ относятся данные природные соединения?

3. «Соберите» схему:

 

 


 

Задание №2 Цель: Выяснить, на каком процессе – окисления или восстановления – основано получение металлов из их соединений? Расставьте степени окисления в соединениях: Fe2O3, CuO, Al2O3, ZnS, KCl. Дополните схему, запишите её в тетрадь:

                               ( ? ) Ме+n ______?______ Ме0

                                                       ( ? ) .


 

Задание №3. Цель: Изучить способы получения металлов. Прочитайте текст учебника стр.38 (со слов «Пирометаллургия -…) -39. В тетради начните заполнение таблицы, подчеркните в определении каждого способа ключевые слова.

Способы получения металлов

Пирометаллургический

Гидрометаллургический

Электрометаллургический

-это…

-это…

-это…

   


 

Задание №4 Цель: Определить способ получения металла. Свинец известен человечеству с глубокой древности, и его получение считается одним из первых металлургических процессов. Минерал галенит (PbS) подвергали обжигу, образующийся оксид свинца (II) восстанавливали углеродом. Составьте уравнения реакций (в соответствующую колонку таблицы).

Задание №5 Цель: Определить способ получения металла.

Лабораторная работа «Получение меди из оксида меди».

Меры предосторожности: работа с едкими веществами; работа со спиртовкой; нагревание веществ. Ход работы: 1. В пробирку насыпьте немного оксида меди (II), прилейте раствор серной кислоты. Нагрейте полученную смесь, но не кипятите. Что наблюдаете? 2. В пробирку налейте раствор сульфата меди (II), добавьте немного порошкообразного железа. Что наблюдаете?

Для иллюстрации какого способа получения металлов подходит проведённый лабораторный опыт? Для превращения CuO→ CuSO4→Cu составить уравнения реакций (в соответствующей колонке таблицы)


презентация к уроку
PPTX / 487.83 Кб

какой процесс включает нагревание руды для получения металла

Какой процесс включает нагревание руды для получения металла?

плавка , процесс, при котором металл получают в виде элемента или простого соединения из руды путем нагревания выше точки плавления, обычно в присутствии окислителей, таких как воздух, или восстановителей, таких как как кокс.

Добывающая металлургия – это практика извлечения ценных металлов из руды и переработки извлеченных металлов в более чистую форму.Гидрометаллургия использует водные растворы для извлечения металлов из руд (выщелачивание). Пирометаллургия включает высокотемпературные процессы, в которых происходят химические реакции.

Как называется процесс превращения руды в металл?

обработка железа, использование процесса плавки для превращения руды в форму, из которой можно изготовить изделия. В эту статью также включено обсуждение добычи железа и его подготовки к выплавке.

Как перерабатываются руды для получения металлов?

Металл извлекают из измельченной руды одним из двух основных методов: плавлением или электролизом .При плавке используется тепло для отделения ценного металла от остальной руды. … Древесный уголь, сжигаемый с гематитовой рудой, например, плавит железо. Электролиз отделяет металл от руды с помощью кислоты и электричества.

Металлические руды образуются в процессе рудогенеза и добываются путем добычи полезных ископаемых. Добывающая металлургия — это практика извлечения ценных металлов из руды и очистки извлеченных сырых металлов до более чистой формы. Гидрометаллургия использует водные растворы для извлечения металлов из руд (выщелачивание).

Преобразование руд металлов в оксиды:

Легко получить металлы из их оксидов. Так, руды, находящиеся в виде сульфидов и карбонатов, сначала превращаются в их оксиды в процессе обжига и прокаливания. Оксиды металлов, полученные таким образом, превращают в металлы путем процесса восстановления .

Как называется металлургический метод получения металла из его руды, при котором руду нагревают, а затем восстанавливают полученный оксид металла?

Плавка включает в себя больше, чем просто выплавку металла из руды.Большинство руд представляют собой химическое соединение металла и других элементов, таких как кислород (в виде оксида), сера (в виде сульфида) или углерод и кислород вместе (в виде карбоната).

Что называется плавкой?

плавка, процесс, при котором металл получают либо в виде элемента, либо в виде простого соединения из руды путем нагревания выше точки плавления, обычно в присутствии окислителей, таких как воздух, или восстановителей, таких как кокс.

Что такое пирометаллургический процесс?

пирометаллургия, извлечение и очистка металлов с помощью процессов с применением тепла .Наиболее важными операциями являются обжиг, плавка и рафинирование. Обжиг или нагревание на воздухе без плавления превращает сульфидные руды в оксиды, при этом сера выделяется в виде двуокиси серы, газа.

Как вы перерабатываете добытую руду?

Переработка руды состоит из следующих стадий:

  1. дробление и измельчение руды.
  2. добавление технической воды (обычно декантированной из хвостохранилища) для образования суспензии.
  3. добавление извести в руду и раствора цианида в суспензию для выщелачивания золота и серебра в раствор.

Что такое руды металлов?

Руды — это те полезные ископаемые, из которых извлекаются металлы в коммерческих и экономических целях . Подобно бокситу (Al 2 O 3 2H 2 O) алюминиевая руда содержит от 50% до 70% оксида алюминия. Элементы металлов можно разделить на несколько категорий; одним из них являются переходные металлы.

Как получают металлы?

Процесс получения металлов из руд называется металлургией, а эти встречающиеся в природе соединения металлов известны как минералы.Металлы обычно извлекаются из земли путем добычи .

Каков процесс получения руды из металла класса 8?

1-й ответ плавка .

Какие основные металлургические процессы относятся к классу 10?

Металлургический процесс можно классифицировать следующим образом:

  • Дробление и измельчение: Первым процессом в металлургии является измельчение руды в мелкий порошок в дробилке или шаровой мельнице.…
  • Обогащение руд: Процесс удаления примесей из руды известен как обогащение минералов или обогащение руды.

Какие этапы очистки металла от его руды приведите примеры для каждого?

  • Очистка дистилляцией: для очистки летучих металлов, т.е. цинк, ртуть.
  • Ликвация: Для рафинирования металлов с низкой температурой плавления, напр. свинец, олово.
  • Окислительное рафинирование: Для рафинирования металлов путем окисления их примесей e.грамм. железо.
  • Электролитическое рафинирование: Для рафинирования нечистых металлов путем электролиза, например. Cu, Al, Pb.

Что такое основной металлургический процесс?

Основные металлургические процессы. Обогащение или обогащение руды . Преобразование обогащенной руды в оксид металла . Извлечение металла из оксида металла . Рафинирование и очистка металла .

Что такое подготовка руды?

24 апр. OPP: описание рудообогатительных фабрик

Горно-обогатительная фабрика (OPP) — это первый этап на любом заводе по производству битума, где добытые нефтеносные пески свободно измельчаются и смешиваются с горячей/теплой водой для образования суспензии, которую можно перекачивать на основной перерабатывающий завод.

Что такое адаптивная металлургия?

Адаптивная металлургия занимается природой, структурой и физическими свойствами металлов и сплавов , а также их применением и адаптацией в различных областях техники.

Как плавить руду?

Как The Crucible плавил железо за 6 шагов:

  1. Добыча железной руды. Железную руду можно купить или собрать, но для наглядности мы собрали руду сами. …
  2. Построить печь.…
  3. Приготовьте восстановитель. …
  4. Зарядите печь. …
  5. Нагрев железной руды и древесного угля. …
  6. Последние штрихи.

Процесс, при котором металлы извлекаются из руд путем нагревания выше точки плавления, называется плавкой .

Как происходит плавка меди?

В процессе плавки либо горячий огарок из печи для обжига, либо сырой необожженный концентрат плавится с кремнистым флюсом в плавильной печи для получения медного штейна.Требуемое тепло поступает от частичного окисления сульфидной шихты и от сжигания внешнего топлива.

гидрометаллургия, извлечение металла из руды путем приготовления водного раствора соли металла и извлечения металла из раствора .

Какой источник тепла используется в пирометаллургии?

Плавка включает термические реакции, в которых по крайней мере один продукт представляет собой расплавленную фазу. Затем оксиды металлов можно плавить путем нагревания с коксом или древесным углем (формами углерода) , восстановителем, который высвобождает кислород в виде двуокиси углерода, оставляя очищенный минерал.

Какая руда проявляет экзотермичность в пирометаллургическом процессе?

Медная руда проявляет экзотермичность в пирометаллургическом процессе при горении. Пояснение: Пирометаллургия — это процесс извлечения и очистки металлов с применением тепла.

Что такое переработка руды в горнодобывающей промышленности?

Переработка руды или металлургия добычи являются неотъемлемой частью горнодобывающей промышленности. Он ориентирован на извлечение металлов из их природных руд .Характеристика руд с помощью минералогии имеет решающее значение во всех отраслях обогащения полезных ископаемых.

Какой химический процесс используется для получения металла из его оксида?

Ответ: Восстановительный метод используется для получения металла из его оксида. Оксид металла восстанавливается до металла во время экстракции металлов.

Какие металлы получают из руд и шахт?

Сталь, медь, никель, свинец, олово, алюминий, золото и уран — вот некоторые из металлов, которые мы получаем из руд и шахт.

Какой геологический процесс приводит к образованию золотой руды?

Насыщенная золотом вода, нагретая расплавленной магмой горной породой, в неглубокой земной коре образует множество залежей золота. Гидротермально-горячие воды-флюиды, богатые серой, образуют золотые руды в породах действующих вулканов.

Если металл менее реакционноспособен, чем углерод , его можно извлечь из его оксида путем нагревания с углеродом. Углерод вытесняет металл из соединения и удаляет кислород из оксида.Это оставляет металл.

Где добывают металл?

Большинство чистых металлов, таких как алюминий, серебро и медь, происходят из земной коры . Они находятся в рудах — твердых материалах, называемых минералами, обычно встречающихся в горных породах, из которых необходимо извлечь чистый металл. Свойства чистых металлов можно улучшить, смешивая их с другими металлами для получения сплавов.

Как образуются металлы в природе?

Кнопка «Вернуться к началу»

Электрохимическая энциклопедия. Извлечение металлов из сульфидных руд

Вернуться к: Домашняя страница энциклопедии – Содержание – Авторский указатель – Предметный указатель – Поиск – Словарь – Домашняя страница ESTIR – Домашняя страница ЭКС

ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ИЗ СУЛЬФИДНЫХ РУД

Рональд Вудс
Научная школа Университета Гриффита
Натан, Квинсленд 4111, Австралия

E-mail: [email protected]
(апрель 2004 г.; пересмотрено: октябрь 2010 г.)

 

Многие важные металлы присутствуют в природе в сочетании с серой в виде сульфидов металлов; к ним относятся кадмий, кобальт, медь, свинец, молибден, никель, серебро и цинк. Кроме того, золото и металлы платиновой группы связаны с сульфидными рудами цветных металлов. Добыча металлов из их руд была существенным фактором в создании и развитии нашей развитой цивилизации.

Большинство сульфидов являются электропроводящими, как правило, полупроводниковыми, и это позволяет протекать электрохимическим реакциям на границе твердое тело/раствор. Фактически, электрохимические механизмы играют ключевую роль в каждом из процессов, связанных с получением компонентов металлов из их сульфидных руд, а именно , поиски руд (выветривание сульфидных рудных тел), выделение и обогащение ценных компонентов руд (флотация), растворение ценного металла в рудах (добывающая металлургия), извлечение металлов из раствора (электровыделение), очистка металла ( электрорафинирование).

Выветривание сульфидных рудных тел

Рис. 1. Взрыв сульфидной руды на медном карьере Codelco Chuquicamata, Чили.
Первым шагом в извлечении металлов из их полезных ископаемых является обнаружение рудных тел, в которых сульфиды металлов присутствуют в достаточном количестве и в достаточной концентрации, чтобы добыча была рентабельной. Одна из шести основных геофизических поисковых групп методов, обычно применяемых при поиске полезных ископаемых, основана на определении проводимости минералов и течений, протекающих в результате окисления сульфидных минералов при естественном выветривании под землей.Метод разведки с индуцированной поляризацией включает подачу серии импульсов тока на два электрода, вкопанных в землю, и анализ индуцированного напряжения на двух разных электродах, также вставленных в землю. Электромагнитные измерения используют переменные магнитные поля для создания измеримых электрических токов в земле, и они зависят от проводимости. Этот подход может осуществляться с самолета, после чего можно осмотреть большие площади для последующего наземного исследования.В методе собственного потенциала потенциал между двумя электродами, вставленными в землю, измеряется и анализируется для обнаружения электрохимического взаимодействия между рудными телами и грунтовыми водами.

Электрохимическое взаимодействие между рудными телами и грунтовыми водами происходит по тому же механизму, что и при коррозии металлов . То есть процесс включает анодное окисление сульфида, реакцию, которая отдает электроны минералу; эти электроны снова высвобождаются при одновременном катодном восстановлении кислорода.Поскольку сульфидное рудное тело проводящее, анодные и катодные процессы могут протекать в разных местах. Таким образом, рудные тела под воздействием процессов выветривания формируют зональное расположение различных минеральных ассоциаций, отражающих разную степень окисления. Кислород растворяется в грунтовых водах из воздуха и диффундирует к поверхностям сульфидов металлов, где он может восстанавливаться. Эта катодная реакция поглощает электроны, высвобождаемые при анодном окислении сульфидных минералов в нижележащем рудном теле, и позволяет процессу продолжаться.Таким образом, электроны будут течь через рудное тело к поверхности, в результате чего руда на более высоких уровнях будет иметь более положительный потенциал, чем на большей глубине. Изменение состава рудного тела будет наибольшим ближе к поверхности, так как путь течения будет короче. Таким образом, например, изменение рудных тел, содержащих основной промышленный минерал меди, сульфид меди-железа (халькопирит), часто происходит с образованием вышележащей зоны сульфида меди (халькоцита) и шапки, содержащей окисленные минералы меди и самородную медь.Именно самородная медь была первоисточником этого металла и добывалась еще в 6000 г. до н.э. Более поздняя добыча меди включала выщелачивание оксидов меди с последующей цементацией железом. Cementacion в переводе с испанского означает осаждение, что лучше описывает процесс, а использование термина «цементация» происходит от того, что процесс впервые был осуществлен в промышленных масштабах на медных рудниках в регионе Рио-Тинто в Испании в середине 18 -го -го века. .

Флотационная сепарация

Ценные минералы в руде можно отделить друг от друга и от бесполезных пустых минералов в процессе пенной флотации.Этот процесс был разработан в Австралии в начале 20 -го -го века для обработки первичной сульфидной серебряно-свинцово-цинковой руды в Брокен-Хилле, Новый Южный Уэльс. Некоторые из лабораторных наблюдений, от которых зависит процесс, были сделаны в девятнадцатом веке в Англии, Германии и США, но именно в Брокен-Хилле были предприняты первые устойчивые попытки их использования, и операции в промышленных масштабах прочно утвердились. . Потребность в новом процессе обработки руды Брокен-Хилл возникла из-за истощения вторичной оксидной руды, покрывающей основную сульфидную минерализацию.Естественное окисление с образованием вторичной зоны привело к концентрации серебра и свинца, и руду из этой части рудного тела можно было плавить напрямую. Нижележащая сульфидная зона, которая включала в себя основную часть ресурсов, в меньшей степени поддавалась обработке на плавильных заводах той эпохи, и требовался метод для извлечения ценных металлов, если нужно было реализовать потенциал первичной руды.
Рис. 2. Пена, насыщенная частицами сульфидных минералов, стекает по водосливу флотационной камеры.
Для решения «сульфидной проблемы» в Брокен-Хилл применялось множество подходов до того, как была разработана селективная флотация. Успешная технология включает сначала дробление руды, как правило, до размера частиц примерно от 5 до 50 микрометров, чтобы выделить отдельные зерна различных ценных минералов и бесполезных компонентов пустой породы. Затем частицы превращаются в пульпу с водой, и поверхность интересующего минерала выборочно становится гидрофобной за счет добавления органического вещества, которое называется собирателем .Термин «гидрофобный» означает «имеющий небольшое сродство к воде или не имеющий сродства к воде» и означает, что поверхность отталкивает воду, как и маслянистая или воскообразная поверхность. После этой процедуры через пульпу пропускают поток пузырьков воздуха; пузырьки прикрепляются к гидрофобным частицам и левитируют их, которые собираются в слое пены, который отделяется от флотационной камеры, перетекая через водослив камеры. Вспениватель , такой как алкиловый спирт с длинной цепью, добавляют для создания стабильного пенного слоя в ячейке.Коллектором, который использовался в Брокен-Хилле в первые дни, было эвкалиптовое масло, полученное из листьев вездесущего австралийского дерева «камедь». Это побудило президента Института горного дела в Брокен-Хилле в то время провозгласить: «Таким образом, природа, находящаяся в непосредственной близости от обширных залежей сложных руд, предоставила средства для обогащения таких руд» .

После успеха в Брокен-Хилл горнодобывающие компании по всему миру быстро внедрили процесс флотации. Подобная ситуация в Брокен-Хилле существовала на массивном медном рудном теле в каньоне Бингэм в штате Юта, США, где к концу 19 -го -го века добыча истощила вышележащую богатую окисленную руду.Внедрение флотации в начале 20 -го -го века позволило экономично перерабатывать огромное низкосортное медно-сульфидное оруденение.
 

Большой прогресс в практике флотации был достигнут в 1925 году за счет введения алкилксантогенатов (дитиокарбонатов) в качестве коллекторов для замены таких соединений, как эвкалиптовое масло, первоначально использовавшееся в Брокен-Хилл. Ксантогенаты оказались намного более селективными, чем соединения, использовавшиеся ранее, и различные сульфиды можно было последовательно флотировать путем корректировки химического состава пульпы.Ксантогенаты наиболее эффективны для флотации сульфидов, но достаточно инертны для обычных пустых пород. Процесс флотации непрерывно развивался на протяжении 20 века и в 21 веке для повышения эффективности разделения и обработки все более сложных руд. Разработаны и применяются на практике более эффективные и селективные коллекторные соединения, чем ксантогенаты, хотя ксантогенаты все еще широко применяются. Большинство этих собирателей представляют собой тиоловые соединения, эффективность которых обусловлена ​​химической связью между атомом металла в сульфиде и атомом серы в собирателе.

Флотационная камера содержит крыльчатку для перемешивания пульпы и подачи пузырьков воздуха. Размер ячейки с годами увеличился с пары кубических метров до 300 м 3 сегодня. Растения состоят из нескольких банков клеток, и процесс каждой стадии обычно включает три этапа. В первой группе ячеек, называемой контуром грубой очистки , извлекается большая часть минерала, подлежащего флотации, и этот концентрат затем повторно флотируется в контуре очистителя для получения более чистого продукта.Поглотительная фракция со стадии черновой обработки направляется в контур поглотителя , а последующая флотирующая фракция вместе с поглотительной фракцией из очистителей возвращается в грубые установки, чтобы избежать потери ценных минералов.

Рис. 3. Ячейки Wemco 160 см 3 на флотационной установке в Эскондиде, Чили, крупнейшем медном руднике в мире. Двигатель крыльчатки виден сверху; пенный слой находится внутри клетки.(С любезного разрешения Минеры Эскондида.)
Флотация является ключевым процессом при извлечении большей части мировой меди, свинца, молибдена, никеля, элементов платиновой группы, серебра и цинка, а также при обработке некоторых золотых и оловянных руд. А каков электрохимический аспект флотации? Взаимодействие органического собирателя с поверхностью сульфидного минерала происходит по механизму типа коррозии , в котором реакция анодного окисления прикрепляет органический собиратель к поверхности минерала, а электроны, переданные минералу в результате этой реакции, возвращаются в фазу раствора. за счет восстановления кислорода.Таким образом, он следует механизму того же типа, что и окисление руды, рассмотренное выше.

Процесс флотации не только позволяет концентрировать ценные сульфидные минералы из бесполезных пустых пород, составляющих рудную матрицу, но также позволяет отделять различные сульфидные минералы друг от друга. Например, руда Брокен-Хилл содержит сульфид свинца (галенит) и сульфид цинка (сфалерит). На первой стадии флотации галенит становится гидрофобным («отталкивающим воду») с помощью органического собирателя, такого как ксантогенат, в то время как сфалерит удерживается от всплытия добавлением сульфата цинка, который образует гидрофильный («водолюбивый»), смачивающий слой на его поверхности.Химические вещества, препятствующие флотации минерала, такие как сульфат цинка в данном случае, известны в промышленности как депрессорные присадки . На второй стадии флотации добавляют сульфат меди, и это соединение является активатором . Он реагирует с поверхностью сфалерита, включая атомы меди и вытесняя атомы цинка. Теперь минеральная поверхность может взаимодействовать с молекулами коллектора посредством описанного выше электрохимического процесса, делая ее гидрофобной и внедряясь в пенный слой, оставляя в стоке фракцию оксидов, карбонатов, силикатов и т. д.Минералы сульфида серебра в руде следуют за потоком сульфида свинца, а сульфид кадмия следует за цинком. Серебро и кадмий отделяют от свинца и цинка соответственно в последующих процессах извлечения металла. Рудники Брокен-Хилл содержат 6% свинца и 10% цинка, а флотация концентрирует руду в два потока: свинцовый концентрат, содержащий 70% свинца, и цинковый концентрат, содержащий 50% цинка. Затем эти концентраты отправляются на свинцовый и цинковый заводы соответственно.
 

Другим примером является обработка руд, содержащих сульфид меди (халькозин) и сульфид меди и железа (халькопирит) вместе с дисульфидом молибдена (молибденит).Обычная практика заключается в том, чтобы на первой стадии флотировать как медные, так и молибденовые минералы, оставляя позади сульфиды железа и другие минералы пустой породы. Затем концентрат направляется во второй цикл флотации, и гидросульфид натрия, добавленный к , депрессирует халькопирит, удаляя собиратель с его поверхности, и молибденит флотируется отдельно, используя тот факт, что этот минерал по своей природе гидрофобен. Медные руды обычно содержат от 0,5% до 2% меди, а процесс флотации увеличивает это содержание до более чем 30%.Флотационный концентрат содержит достаточное количество меди, чтобы его можно было плавить для извлечения металла. Серебро, золото и металлы платиновой группы, присутствующие в медных рудах, следуют за медью как в цикле флотации, так и в плавильном цехе, и извлекаются на заключительном этапе электрорафинирования. Электрорафинирование обсуждается в последнем разделе.

Флотация также используется для расщепления сульфидов меди и никеля и их отделения от сульфидов железа и пустой породы. Сульфиды кобальта появляются в никелевом концентрате, и впоследствии кобальт извлекается.

Флотация развивалась от обработки простых руд до все более сложных, которые обнаруживаются сегодня. Используются более селективные коллекторы, а химический состав пульпы корректируется для достижения оптимального разделения и извлечения. Так, например, три металла в медно-свинцово-цинковых рудах можно флотировать в три концентрата, каждый из которых содержит один из металлов.

Процесс флотации иногда также используется в электрохимической обработке отходов .

Добывающая металлургия

Флотационные концентраты сульфидов металлов можно перерабатывать несколькими способами.К ним относятся использование пирометаллургии или плавки при высокой температуре, в ходе которых сера в сульфиде металла окисляется воздухом или кислородом до диоксида серы, и получается расплавленный металл. Диоксид серы необходимо улавливать из соображений качества воздуха и превращать в серную кислоту. Обработку флотационных концентратов сульфидных минералов можно также проводить с использованием гидрометаллургии , в которой сульфид металла растворяется (выщелачивается) в водном растворе.Некоторые процессы включают как плавку, так и выщелачивание. Так обстоит дело, например, при переработке сульфида цинка. Цинковый концентрат сначала обжигают для выделения диоксида серы и образования оксида цинка, а затем последнее соединение растворяют в серной кислоте и металл извлекают электролизом. Восстановление цинка электролизом представлено в разделе «Электровыделение».
Рис. 4. Иллюстрация процесса SX/EW для извлечения меди кучным выщелачиванием.(Предоставлено Cytec Industries, поставщиком химикатов для горнодобывающей промышленности.)
Экологические ограничения на выбросы сернистого газа при плавке и ограниченный рынок серной кислоты привели к поиску гидрометаллургических путей от сульфидных минералов к металлам. В 1950-х годах был внедрен процесс выщелачивания никеля аммиаком под давлением Шерритта-Гордона. В этом процессе флотоконцентраты сульфида никеля реагируют под давлением с кислородом вместе с аммиаком, что способствует растворению за счет образования растворимых комплексных ионов никель-аммиак.Как и флотация, растворение представляет собой процесс типа коррозии, в котором анодное окисление сульфида передает электроны оставшемуся минералу, и эти электроны возвращаются в раствор за счет катодного восстановления кислорода. Никель выделяют из раствора в процессе Шерритта-Гордона либо электролизом, либо восстановлением газообразным водородом. Последний процесс также является электрохимическим и требует добавления мелких частиц никеля в качестве затравки. Водород анодно окисляется до ионов водорода на затравке никеля и отдает электроны металлу.Эти электроны расходуются на катодное восстановление ионов никеля с образованием металлического никеля, который осаждается на затравочных частицах. Частицы никеля удаляют, когда они достигают подходящего размера.

Успех гидрометаллургического процесса никеля привел к исследованию аналогичных методов извлечения других металлов. Процедура выщелачивания под давлением Шерритта-Гордона для обработки концентратов сульфида цинка была введена в 1981 году; сульфид цинка окисляется кислородом в сульфатных растворах с образованием сульфата цинка и серы.Цинк извлекают электролизом, как это происходит в уже описанном процессе обжигового выщелачивания.

Выщелачивание меди из руд в основном сосредоточено на оксидных типах руд. Большинство оксидных медных руд не поддаются современным методам флотации и недостаточно богаты для прямой плавки. Таким образом, получение меди из этих руд должно осуществляться гидрометаллургическими методами. Большинство окисленных медных минералов легко растворяются в серной кислоте, поэтому выщелачивание достаточно простое. Концентрированный чистый раствор сульфата меди, пригодный для электролиза, получают из исходного выщелачивающего раствора путем селективного переноса ионов меди в органическую фазу с помощью процесса, известного как экстракция растворителем , и их повторного возврата в водную фазу.Комплексообразующие агенты растворяются в органическом растворителе, таком как керосин с низким давлением паров, и эта фаза тщательно диспергируется в водном выщелачивающем растворе в смесителе-отстойнике (см. рис. 4). Медь селективно образует комплексы с реагентом и переходит в органическую фазу. Медь замещает водород в комплексе, и ионы водорода, следовательно, переходят в водную фазу. Две фазы разделяются в секции отстойника, а затем водный раствор кислоты, называемый рафинатом , рециркулируют на выщелачивание руды.Загруженную органическую фазу направляют во второй смеситель/отстойник, где она реагирует с концентрированным водным раствором серной кислоты. Здесь медь обменивается на ионы водорода и переносится во вторую водную фазу, из которой металл эффективно извлекается электролизом. Общий процесс растворения, экстракции растворителем и электролиза известен как SX/EW. Электролиз меди обсуждается в разделе «Электровыделение».
 

Смешанные оксидные и сульфидные медные руды выщелачиваются по тем же стадиям процесса, что и на рис. 4.Кроме того, некоторые сульфидные руды, которые слишком бедны для обработки флотацией, также выщелачиваются в кучах или отвалах. При извлечении металлов из сульфидов таким образом используются бактерии, либо присутствующие в природе, либо инокулированные в материал. Микроорганизмы способствуют окислению нерастворимых сульфидов металлов до растворимых сульфатов металлов. Коммерческое применение бактерий для ускорения контролируемого выщелачивания сульфидов является относительно новой концепцией. Бактерии, конечно, не ждали, пока человек воспользуется их деятельностью.Присутствие меди в стоках шахт, о которых сообщалось в раннеримские времена, несомненно, было результатом бактериального выщелачивания. Очистка шахтных вод для извлечения растворенной меди применялась еще в 1670 году в Рио-Тинто в Испании и в 1990-263-м 90-м веке в США.

В будущее Скорость выщелачивания сульфидов в сернокислых средах значительно меньше, чем оксидов, но вмешательство бактерий ускоряет процесс. Бактериальное выщелачивание разрабатывается для более эффективного действия, чем естественное.Эффективные бактерии при сульфидном выщелачивании включают Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans и Leptospirillum ferrooxidans . Смешанные культуры этих бактерий более эффективно растворяют сульфиды металлов, чем чистые культуры (т. е. культуры, содержащие только один вид бактерий).

Бактерии не изменяют электрохимию процесса выщелачивания, а катализируют отдельные реакции. Например, кислород проходит через клетку микроорганизма и восстанавливается в клеточном матриксе.Электроны, освобождающиеся в этом катодном процессе, переносятся через клеточные цитохромы и через клеточную стенку для окисления двухзарядных катионов железа в растворе до трехзарядных катионов железа. Затем трехзарядное железо химически атакует сульфиды металлов и превращает их в растворенные ионы металлов. Ионы водорода, потребляемые при восстановлении кислорода, поддерживают высокий уровень pH в межклеточном пространстве, что позволяет бактериям функционировать, находясь в сильнокислой среде (pH 1-3). Реакции переноса электрона с участием железа и кислорода обеспечивают бактерию энергией, необходимой для жизни.Действие бактерий поддерживает концентрацию трехзарядного железа в растворе на более высоком уровне, чем в стерильных условиях, и, следовательно, скорость выщелачивания сульфидов увеличивается. Вышеупомянутые бактерии также окисляют серу до сульфата, что также может ускорить выщелачивание за счет удаления ингибирующих поверхностных слоев. Таким образом, нерастворимые сульфиды металлов окисляются до растворимых сульфатов металлов.

Биохимическое выщелачивание в настоящее время представляет собой хорошо зарекомендовавший себя коммерческий процесс обработки золотых руд, в котором золото заключено в сульфидные минералы.Биохимическое окисление сульфидных минералов высвобождает золото и позволяет выщелачивать его химическими веществами, используемыми при обычном выщелачивании золота.

Биохимические процессы разрабатываются для обработки сульфидных руд меди, никеля и кобальта, и ожидается, что в будущем они станут основным методом извлечения этих металлов. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге заменить процессы плавки, которые производят диоксид серы.

Конечным достижением в извлечении металлов из сульфидных руд было бы устранение стадии добычи и выщелачивание рудного тела там, где оно находится в земле.Это включает закачку выщелачивающего раствора под землю и закачку прореагировавшего раствора, содержащего растворенные ценные частицы металлов. Такое выщелачивание на месте уже применялось в коммерческих целях на урановых и медных рудниках. Наилучшие результаты получены при извлечении металлов из остаточной руды в шахтах, в которых отработана богатая руда, поскольку горные выработки обеспечивают доступ раствора к руде. Основная проблема с новыми рудными телами заключается в разрушении руды под землей, чтобы сделать ее доступной для выщелачивающего раствора без физического доступа к ней.

Электролиз

Металлы можно извлекать из раствора электролизом — процессом, известным в добывающей металлургии как электролиз. Если два электрода поместить в раствор, содержащий ионы металлов, и пропустить между ними электрический ток, то металл может осаждаться на отрицательном электроде. При восстановлении большинства металлов кислород выделяется из воды на положительном электроде. Обычно выбирают электролит и плотность тока, обеспечивающие плотное, компактное гальванопокрытие, и добавки, включаемые в электролит для дальнейшего улучшения качества продукта (практика, также используемая в гальванопокрытии ).

Крупномасштабное электрохимическое выделение меди было развито между 1912 и 1915 годами на одном из крупнейших в мире медных рудников Чукикамата в Чили. Электровыделение стало исключительным выбором для извлечения меди после выщелачивания оксидных или сульфидных руд и экстракции растворителем. В 2009 году SX/EW произвела более 3,3 млн тонн меди, что составляет 21% от общего объема производства меди в мире.

В типичной операции электролиза или электрорафинирования электролизеры представляют собой прямоугольные резервуары, каждый из которых содержит 20-50 отрицательных электродов и такое же количество положительных электродов.В каждой ячейке требуется дополнительный положительный электрод, чтобы обеспечить покрытие с обеих сторон каждого отрицательного. Электроды предназначены для опирания на шины, подающие электричество; они расположены за пределами верхней части каждого резервуара, один для отрицательных, а другой для положительных. Таким образом, пары электродов в каждом резервуаре работают параллельно. В цехе электролиза имеется многосистемная система практических секций с блоками ячеек, соединенными последовательно и параллельно, для оптимального использования электроэнергии, получаемой от выпрямителей, при сохранении напряжения относительно земли в любой точке на уровне, не представляет опасности для персонала.

При электролизе меди положительные электроды, выделяющие кислород, обычно изготавливаются из свинцово-кальциевых сплавов, подобных тем, которые используются для решеток в свинцово-кислотных батареях. Традиционными отрицательными электродами для электролиза меди были тонкие медные стартовые листы , изготовленные путем нанесения меди на электроды из титана или нержавеющей стали. Затем медь удаляли с подложки и помещали в электролизер, а медь осаждали из раствора, обычно содержащего от 25 до 60 г/л меди в виде сульфата меди и от 50 до 180 г/л серной кислоты. выдерживается при температуре от 50 до 60 o C (122-140 o F).В электролит включают небольшие количества гидроколлоида, такого как гуаровая камедь, так как это способствует образованию плотного гальванического осадка. Обычно ток, эквивалентный плотности тока 300 А/м 2 , проходит между каждой парой положительного и отрицательного электродов; это дает напряжение ячейки ~ 2,0 В, а потребление энергии ~ 2,0 кВтч / кг.

В электролизной ячейке, такой как электролиз или рафинирование, отрицательный электрод является катодом, а положительный электрод — анодом.Следовательно, электрохимическая или электрорафинированная медь известна как катодная медь .

Современные разработки в области электролиза меди включают использование многоразовых электродов из нержавеющей стали для замены медных стартовых листов. Эта технология была внедрена в процессе Isa, а затем в процессе Kydd Creek. Помимо снижения потребности в рабочей силе, это позволяет увеличить плотность тока примерно на 10%. После электролиза медь отделяется от нержавеющей стали на специальных автоматических машинах.

На типичной промышленной установке электролиза меди одновременно работают тысячи пар электродов. В современных системах вставка заготовок отрицательных электродов, удаление загруженных электродов и передача их на зачистные машины полностью автоматизированы.

Рис. 5. Электролиз цинка на цинковом заводе Teck Cominco в Трейле, Британская Колумбия, Канада. Показана верхняя часть ячеек, показывающая множество электродов.Над ячейками заготавливают нагруженные электроды. (©Teck Cominco Metals Ltd. Воспроизведено с разрешения.)
Как указывалось выше, электровыделение цинка из раствора сульфата цинка обычно является завершающей стадией извлечения цинка из сульфидных флотоконцентратов. Электролиз был введен во втором десятилетии двадцатого века, чтобы заменить дистилляцию. Как и в случае с медью, цинк осаждается на отрицательном электроде, а кислород выделяется из воды на положительном электроде.Электролит обычно содержит от 55 до 70 г/л цинка в виде сульфата цинка и от 150 до 200 г/л серной кислоты и поддерживается при температуре от 35 до 38 o C (95-100 o F). Небольшие контролируемые количества клея и сурьмы добавляются в электролит, чтобы помочь сформировать гладкий осадок. Используется плотность тока от 400 до 800 А/м 2 , что дает напряжение ячейки ~3,5 В и потребление электроэнергии ~3,3 кВтч/кг. Общая реакция превращает водный сульфат цинка в металлический цинк и серную кислоту.Кислота затем рециркулируется на стадию выщелачивания, где растворяется оксид цинка. Положительные электроды при электролизе цинка изготавливаются из сплавов свинца и серебра; Эти сплавы способствуют выделению кислорода и избегают растворения свинца, которое могло бы загрязнить продукт из цинка. Более 80% мирового производства цинка в 2009 г., равного 11 миллионам тонн, было произведено методом электролиза.

Цинк, в принципе, труднее получить электролизом, чем медь, потому что цинк находится значительно выше водорода в электрохимическом ряду, тогда как медь находится ниже.Таким образом, выделение водорода из кислого раствора сульфата цинка энергетически выгоднее, чем осаждение цинка. Дело в том, что выделение водорода на поверхности цинка является очень медленным процессом (происходит при большом перенапряжении), поэтому цинк может быть электроосажден из кислых растворов. Но могут осаждаться и примесные ионы металлов в растворе, если они находятся ниже цинка в электрохимическом ряду. К ним относятся сурьма, мышьяк, кобальт, медь, германий и никель. Эти элементы не только загрязняют продукт цинка, если они присутствуют в значительных количествах, но они также могут способствовать катодному выделению водорода на отрицательных электродах и, следовательно, снижать эффективность электролиза по току для осаждения цинка.Это означает, что раствор необходимо очистить перед электролизом. Очистка раствора достигается добавлением цинковой пыли. Цинк вытеснит элементы ниже него в электрохимическом ряду и удалит примеси, влияющие на эффективность электролиза. Эти реакции цементации или вытеснения металла также происходят в результате электрохимического процесса. Анодное растворение цинка отдает электроны частицам цинка, и они используются в связанных катодных реакциях, которые представляют собой осаждение (и удаление) примесных элементов из раствора.
 

Металлический кадмий, полученный при очистке электролита электролиза цинка, растворяют в растворе серной кислоты и подвергают электровыделению в процессе, аналогичном процессу для цинка.

Около 60% мирового производства никеля в 2009 г., составившего 1,4 млн тонн, было получено из сульфидных руд, но постоянно растущая доля приходится на другие руды (такие как латериты, в которых никель присутствует в оксигидроксидной или силикатной матрице). Действительно, более 70% мировых запасов никеля являются латеритными.Латериты обычно выщелачивают для растворения никеля. Извлечение никеля из раствора после выщелачивания любого типа никелевой руды может быть достигнуто восстановлением водородом, как обсуждалось выше, или электролизом. Outokumpu использует последнюю технологию в Финляндии. Никель осаждается из растворов сульфата никеля (~ 60 г/л никеля), содержащих сульфат натрия и борную кислоту для улучшения осаждения. Последняя добавка регулирует рН до ~ 3,5. Металл осаждается при температуре 65 o C (149 o F) на стартовые листы из никеля , и на свинцовых положительных электродах выделяется кислород.Никель также получают электроосаждением в форме, пригодной для использования в качестве растворимых положительных электродов при гальванике никеля .

Около 70% мирового производства кобальта в 2009 году (62 000 тонн) также было извлечено электролизом в процессе, подобном процессу получения никеля.

Электрорафинирование

Рис. 6. Электролизный цех электрорафинирования меди Xstrata на медеперерабатывающих заводах в Таунсвилле, Квинсленд, Австралия, где разработана и используется технология ISA PROCESS.На картинке показан верх ячеек и множество электродов. Негативы наиболее заметны; между каждым видны выступы на концах плюсов. Кран, манипулирующий электродами, автоматизирован. (Предоставлено Xstrata Copper.)
Электрорафинирование представляет собой электролитический процесс, который включает анодное растворение металла на положительном электроде в ячейке и одновременное повторное осаждение того же металла на отрицательном электроде. Первые патенты на электрорафинирование металлов были выданы на медь в 1865 году.Первый успешный завод был построен в Пембри, Уэльс, в 1869 году, а в 1876 году за ним последовал завод Norddeutsche в Гамбурге, Германия, который работает до сих пор и является крупнейшим заводом по переработке меди в Европе. Первое коммерческое предприятие в США было построено в Ньюарке, штат Нью-Джерси, в 1883 году. Завод в Ньюарке производил 2-3 тонны электролитической меди в день в течение первого года своего существования. Это контрастирует с мощностями по электрорафинированию на Чукикамата в Чили в 2009 году, составлявшими более 2300 тонн в день.

Электрорафинирование является заключительным этапом процесса плавки для извлечения меди из сульфидных руд, и на этот процесс приходилось почти 80% мирового производства меди в размере 16 миллионов тонн в 2009 году. При плавке производится черновой меди , которая содержит около 99% медь, и она подвергается электрорафинированию до катодной меди , которая имеет чистоту меди около 99,99%. Положительные электроды электрорафинировочной ячейки отливают из блистера, полученного при плавке сульфидно-медных флотоконцентратов, массой 300-380 кг; отрицательные электроды такие же, как при электролизе меди, описанном в предыдущем разделе.Электролит содержит 40 г/л меди в виде сульфата меди и от 150 до 200 г/л серной кислоты, а рафинировочные ячейки работают при температуре ~60 o C (~140 o F). В электролит добавляют небольшие количества клея, тиомочевины и хлорида; эти соединения адсорбируются на поверхности меди и способствуют образованию плотного гальванического осадка. Плотность тока ~200 А/м 2 пропускают между отрицательным и положительным электродами, что приводит к напряжению ячейки около 0,28 В. Потребление электроэнергии в ячейке электрорафинирования меди составляет ~0.25 кВтч/кг.

Электрорафинирование успешно благодаря тому, что металлические примеси более благородные, чем медь, т. е. стоящие ниже в электрохимическом ряду, не попадают в электролит при растворении меди на положительном электроде. Эти примеси включают драгоценные металлы – серебро, золото и металлы платиновой группы, которые извлекаются путем обработки шлама, падающего на дно электролизера. Поскольку примеси, попадающие в электролит, менее благородны, чем медь, т. е. стоят выше меди в электрохимическом ряду, они не осаждаются на отрицательном электроде.Некоторые металлы, например никель, накапливаются в электролите и извлекаются на отдельной стадии.

Электрорафинирование меди является крупной операцией. Например, среднему заводу по рафинированию меди, производящему 500 тонн металла в день, требуется 0,2 км 2 (километр = одна тысяча метров) общей площади электродов. Это соответствует примерно 50 000 положительных и 50 000 отрицательных электродов, подвешенных примерно в 1 500 резервуарах, занимающих общую площадь около 6 000 м 2 .
 

Рис.7. Электрорафинирование свинца на плавильном заводе Teck Cominco в Трейле, Британская Колумбия, Канада. (©Teck Cominco Metals Ltd. Воспроизведено с разрешения.)
Свинец также очищается электрорафинированием с использованием процесса Беттса, впервые разработанного Cominco на плавильном заводе в Трейле, Британская Колумбия, Канада, в 1902 году. Свинец из плавильного завода плавится и отливается в пластины, которые действуют как положительные электроды. Очищенный свинец отливается в тонкие стартовые листы для отрицательных электродов, на которые осаждается свинец. Используемый электролит представляет собой ~90 г/л кремнефтористоводородной кислоты, содержащей ~70 г/л свинца в виде гидрофторсиликата свинца, и работает при температуре от 30 до 40°С (86-104°С).Клей и сульфонат лигнина включены в состав электролита, чтобы помочь сформировать гладкое покрытие. Используется плотность тока от 160 до 200 А/м 2 , что дает напряжение ячейки от 0,35 до 0,65 В. Потребление энергии составляет ~0,13 кВтч/кг. Рафинирование свинца также проводят в сульфамидных средах. В 2009 году мировое производство свинца составило 4,0 миллиона тонн из добытой руды и еще 4,8 миллиона тонн из вторичных (переработанных) источников. Около 12 % мирового производства свинца подвергается электрорафинированию.

Никель также может быть очищен электрорафинированием; этот процесс конкурирует с карбонильным процессом, в котором используется летучесть карбонила никеля.

Особенно интересен аффинаж серебра, который осуществляется после разделения этого металла при выплавке меди и свинца. В то время как целью других процессов электрорафинирования металлов является получение массивного плотного продукта, с серебром преднамеренно образуются тонкие древовидные дендриты. Это достигается путем нанесения металла на подложку, такую ​​как нержавеющая сталь или углерод, из электролита, который не образует комплексов с серебром, путем нанесения покрытия из покоящегося электролита без включения добавок, способствующих гладкому отложению, и работы при высокой плотности тока.Серебряные дендриты, образовавшиеся на отрицательных электродах, можно легко собрать, поскольку они не прикрепляются прочно к поверхности электрода. Электролит обычно содержит 150 г/л серебра в виде нитрата серебра и азотную кислоту для достижения рН 1-1,5. Ячейка работает при ~35 o C (~95 o F) и плотности тока ~400 А/м 2 . Положительные электроды отлиты из серебра, полученного из шламов, образующихся при электрорафинировании меди или свинца. Электрорафинированный металл содержит от 99.Серебро 9% и 99,99%. Анодные шламы аффинажа серебра подвергаются дальнейшей обработке для извлечения золота и металлов платиновой группы.
 

Подтверждение

Эта статья была с разрешения переведена на украинский язык и размещена по адресу: http://webhostinggeeks.com/science/m02-metals-ua

Эта статья была с разрешения переведена на румынский язык и размещена по адресу: http://webhostinggeeks.com/science/electrochemistry-encyclopedia-rm

Связанные статьи

Производство алюминия
Распределение плотности тока в гальванических элементах
Гальваника
Производство металлического порошка электролизом

Чтобы узнать о других промышленных электролитических процессах, см.:

Электролиз рассола
Промышленная органика

Библиография

  • Электрохимия в обработке минералов и металлов 8 (Материалы 8 th International Symposium, From the 217 th Meeting of The Electrochemical Society, Ванкувер, Канада, 26-28 апреля 2010 г., ECS Transactions, Vol.28, № 6), Ф.М. Дойл, Р. Вудс и Г.Х. Келсолл (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 2010 г.
  • Электрохимия в обработке минералов и металлов VII (Материалы 7-го -го Международного симпозиума , с 209-го -го -го собрания Электрохимического общества, Денвер, Колорадо, 8-10 мая 2006 г., ECS Transactions, Vol. 2, № 2), FM Дойл, Г.Х. Келсолл и Р. Вудс (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 2006 г.
  • Электрохимия в переработке полезных ископаемых и металлов VI (Материалы 6-го -го Международного симпозиума , Из 203-го -го -го совещания Электрохимическое общество, Париж, Франция, 27 апреля — 2 мая 2003 г., ECS. Труды, Том.2003-18), Ф.М. Дойл, Г. Х. Келсолл и Р. Вудс (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 2003 г.
  • Гидрометаллургия 2003 г. — Пятая международная конференция в честь профессора Яна Ричи (два тома), К. Янг, А. Альфантази, К. Андерсон, А. Джеймс, Д. Драйзингер и Б. Харрис (редакторы), The Общество минералов, металлов и материалов, Уоррендейл, Пенсильвания, 2003 г.
  • Электрохимия в обработке минералов и металлов V (Материалы 5-го -го Международного симпозиума , из 197-го -го -го собрания Электрохимического общества, Торонто, Канада, 14-18 мая 2000 г., ECS Proceedings, Vol.2000-14), Р. Вудс и Ф.М. Дойл (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 2000.
  • Электрохимия в обработке минералов и металлов IV (Материалы 4-го Международного симпозиума -го , Из 189-го -го собрания Электрохимического общества, Лос-Анджелес, Калифорния, 5-10 мая 1996 г., Труды ECS, Vol. . 96-6), Р. Вудс, FM Дойл и П. Ричардсон (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 1996.
  • Промышленная электрохимия (2 -е издание ), D.Плетчер и Ф.К. Уолш, Клувер, Дордрек, 1993.
  • Электрохимия в обработке минералов и металлов III (Материалы 3-го -го Международного симпозиума , из 181-го -го -го собрания Электрохимического общества, Сент-Луис, Миссури, 17–21 мая 1992 г., ECS Proceedings, Том 92-17), Р. Вудс и ЧП Ричардсон (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 1992.
  • Электрохимия в обработке минералов и металлов II (Материалы 2-го -го Международного симпозиума , с 173-го -го -го собрания Электрохимического общества, Атланта, Джорджия, май 1988 г., ECS Proceedings, Vol.88-21), ЧП. Ричардсон и Р. Вудс (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 1988.
  • Электрохимия в обработке минералов и металлов (Материалы 1 st International Symposium, From the 165 th Meeting of The Electrochemical Society, Cincinnati, Ohio, May, 1984, ECS Proceedings, Vol. 84-10) , ЧП Ричардсон, С. Шринивасан и Р. Вудс (редакторы), ECS, Пеннингтон, Нью-Джерси, 1984.
  • Всеобъемлющий трактат по электрохимии, Vol. 2: Электрохимическая обработка, Дж.О’М. Бокрис, Б.Е. Конвей, Э. Йегер и Р. Э. Уайт (редакторы), Plenum, NY, 1981.

Списки книг по электрохимии, обзорные главы, тома трудов и полные тексты некоторых исторических публикаций также доступны в Информационном ресурсе по науке и технологиям электрохимии (ESTIR). (http://knowledge.electrochem.org/estir/)


Вернуться к: Топ – Домашняя страница энциклопедии – Содержание – Авторский указатель – Предметный указатель – Поиск – Словарь – Домашняя страница ESTIR – Домашняя страница ЭКС

Металлургический процесс | Определение с примерами | by Chemistry Page

Некоторые физические и химические процессы используются для получения чистых металлов из руды.Процесс получения чистого металла с помощью физических и химических процессов из руды называется металлургия .

Следующие процессы используются в металлургии .

  • Обогащение руды
  • Добыча металла
  • Очистка металла

Руды добываются из шахт и есть куски камня, галька, галька, песок и камни загрязняющих веществ. Эти остатки называются пустой породой или матрицей .Процесс отделения пустой породы, присутствующей в рудах, добытых в шахтах, называется обогащением руды .

Для обогащения руды сначала путем отделения крупных кусков руды вручную. После этого их разламывают наручниками на мелкие кусочки. Эти мелкие кусочки помещают в дробилки. Дробилки похожи на жернова. Который состоит из двух пластин.

Одна пластина движется, а другая остается ровной. Дробилки измельчают мелкие кусочки. Полученные таким образом мелкие кусочки помещают в штамповочную мельницу.Там, где на них частые удары молотком. Этот процесс измельчает руду в очень мелкую форму.

После измельчения крупных кусков руды для обогащения руды можно использовать несколько методов. В зависимости от характера руды и пустой породы иногда используются один или несколько из этих методов. Некоторые из следующих методов являются основными.

Этот метод в основном предназначен для обогащения сульфидных руд. При добавлении сульфидных руд к смеси нефти и воды. Затем сульфидные руды пропитываются нефтью быстрее, чем присутствующие в них примеси, а примеси, присутствующие в сульфидных рудах, пропитываются водой быстрее, чем сульфидные руды.Этот метод очень распространен в металлургии.

Таким образом, при движении воздуха в суспензии сульфидной руды, приготовленной в нефти и воде, частицы сульфидной руды пенятся и выходят на верхнюю поверхность, а примеси оседают. Этот метод также называют методом плавучести пены.

В этом методе сульфидная руда очень тонко измельчается и помещается в пруд, наполненный водой. Он содержит небольшое количество соснового масла, скипидарного масла, эвкалиптового масла или масла ксантогената натрия, чтобы пропустить сильный поток воздуха, и пропитанные нефтью сульфидные руды осаждаются в виде пены.

И другие примеси, присутствующие в руде, такие как почва, оседают на дне пруда. Таким образом получают концентрированную руду.

Полный процесс получения металла из концентрированной руды называется экстракцией металла. В зависимости от природы руды и метода, используемого для извлечения металла, в этом процессе используется несколько терминов. Ниже приведены некоторые ключевые термины, обычно используемые при извлечении металлов.

В процессе Обжига концентрированная
руда нагревается настолько, что из нее выделяются летучие металлы.Но руду не дают расплавить. Карбонатоксидазные и гидроксидные руды обычно утилизируются.

Пример: Вода, содержащаяся в Al2O3, испаряется и высвобождается.

Al2O3.2h3O → Al2O3 + 2h3O

Пример: Вода, содержащаяся в Fe2O3, испаряется и высвобождается.

Fe2O3.3h3O → Fe2O3 + 3h3O

Металл, полученный при извлечении металла из руды, часто бывает нечистым. Часто содержит примеси углерода, кремния, фосфора и др.

Способ аффинажа любого металла зависит от его природы и характера присутствующих в нем примесей. Поэтому для этого используются разные виды методов. Основным в этом является электролитический метод. Этим методом получают очень чистый металл.

Электролитический метод рафинирования металлов можно пояснить на примере рафинирования этим методом металлической меди. Для рафинирования металлической меди раствор солей металлической меди в электролитической ячейке действует как электролит, толстые пластины нечистого металла действуют как анод, а тонкие пластины чистого металла — как катод.

При электролизе в кислом растворе сульфата меди толстые пластины нечистого металлического меди на аноде начинают растворяться, а примеси накапливаются в растворе. Эти примеси называются анодным шламом. Cu образует свои катионы, которые переходят в раствор.

Подробнее…

руда | Национальное географическое общество

Руда — это месторождение в земной коре одного или нескольких ценных минералов. Наиболее ценные рудные месторождения содержат металлы, имеющие решающее значение для промышленности и торговли, такие как медь, золото и железо.

Медная руда добывается для различных промышленных целей. Медь, отличный проводник электричества, используется в качестве электрического провода. Медь также используется в строительстве. Это обычный материал для труб и сантехники.

Как и медь, золото также добывается для промышленности. Например, космические шлемы покрыты тонким слоем золота, чтобы защитить глаза космонавта от вредного солнечного излучения. Однако большая часть золота используется для создания ювелирных изделий. На протяжении тысячелетий золотую руду добывали как основу валюты или денег.Большинство стран перестали оценивать свои деньги по золотому стандарту в двадцатом веке.

Железная руда добывалась тысячи лет. Железо, второй по распространенности металл на Земле, является основным компонентом стали. Сталь — это прочный и ценный строительный материал. Железо используется во всем: от стекла до удобрений и твердотопливных ускорителей, когда-то использовавшихся для космических челноков, покидающих атмосферу Земли.

Металлы часто связаны с определенными рудами. Например, алюминий обычно содержится в руде, называемой бокситом.Алюминий, содержащийся в бокситах, используется в таре, косметике и лекарствах.

Плавка и электролиз

Когда горняки находят породу, содержащую минеральную руду, они сначала извлекают ее из земли. Это может быть огромный процесс, иногда вытесняющий миллионы тонн грязи. Затем скала дробится мощной техникой.

Металл извлекают из измельченной руды одним из двух основных способов: плавкой или электролизом.

Плавка использует тепло для отделения ценного металла от остальной руды.Для плавки обычно требуется восстановитель или другое химическое вещество, чтобы отделить металл от руды. В первых плавильнях восстановителем был углерод в форме древесного угля. Древесный уголь, сжигаемый с гематитовой рудой, например, плавит железо.

Электролиз отделяет металл от руды с помощью кислоты и электричества. Алюминий, который горит при очень высокой температуре, извлекается из бокситов электролизом. Боксит помещают в бассейн с кислотой, и через бассейн пропускают электрический ток.Электроны в токе присоединяются к кислороду и водороду, другим элементам в боксите, оставляя алюминий.

Генезис руды

Земля содержит ограниченное количество руды. По оценкам, генезис руды, процесс создания месторождения руды, занимает миллионы лет. Различают три основных типа рудогенеза: внутренние процессы, гидротермальные процессы и поверхностные процессы.

Руда может накапливаться в результате геологической активности, например, когда вулканы выносят руду из глубин планеты на поверхность.Это называется внутренним процессом. Руда также может накапливаться, когда морская вода циркулирует через трещины в земной коре и откладывает минералы в районах вокруг гидротермальных источников. Это называется гидротермальным процессом. Наконец, руда может накапливаться в результате процессов, происходящих на поверхности Земли, таких как эрозия. Этот тип рудогенеза называется поверхностным процессом.

Руда также может упасть на Землю в виде каменных обломков из других мест Солнечной системы. Эти обломки, попадающие в атмосферу в виде падающих звезд, называются метеоритами.Многие метеориты содержат большое количество железной руды.

Руда — невозобновляемый ресурс. Поскольку современное общество так сильно зависит от металлической руды для промышленности и инфраструктуры, горняки должны постоянно искать новые месторождения руды. Горнодобывающие компании исследовали все континенты, а также дно океана в поисках ценной руды. Этот дефицит вносит свой вклад в ценность руды.

 

Метод извлечения металлов | Kofa Study

Как уже говорилось, большинство элементов, особенно металлы, встречаются в комбинированных формах с другими элементами, и они называются минералами.Часто эти минералы находятся в смеси с другими земными материалами, называемыми рудами.

Руды можно разделить на четыре группы:

i. Самородная руда: Самородная руда неактивна и содержит металл в свободном состоянии. например серебро, золото, платина, ртуть, медь и т. д.

ii. Окисленная руда: Они содержат оксиды или оксисоли. оксисоли – это карбонаты, фосфаты и силикат металла. Примеры:
Оксидные руды: (гематит – Fe 2 O 3 , боксит – Al 2 O 3 .2H 2 O. и т. д.)
Карбонатные руды: (CaCO 3 , каламин – ZnCO 3 и т. д.).
нитратные руды: (NANO 3 , Kno 3 и др.)
Сульфатные руды: (барит — BASO 4 , гипс — CASO 4 .2H 2 O)

III . Сернистая руда: Они содержат сульфиды металлов, таких как железо и свинец. Примеры: FeS 2 (железный пирит), халькопирит (CuFeS 2 ), PbS (галенит), HgS (киноварь) и т. д.

iv. Галогенная руда: Они содержат галогениды металлов. Примеры: хлоридная руда: AgCl (роговое серебро), CaF 2 (плавиковый шпат) и т. д.

Металл можно извлечь из руд с помощью ряда методов, таких как концентрирование руды, выделение металла и очистка металла.

1. Обогащение руды:

Это просто означает избавление от как можно большего количества нежелательного каменистого материала, такого как камни, песок, ил и многие другие примеси, называемые пустой породой, до того, как руда превратится в металл.

Нежелательный материал можно отделить с помощью физических или химических процессов.

Для концентрирования или отделения руды от пустой породы используются различные физические и химические процессы.

Физические процессы:

К физическим методам относятся

Промывка: Смывание исходного материала струей воды для получения более тяжелых руд, как в случае с оловянными рудами.

Пенная флотация: В этом процессе руда сначала измельчается и обрабатывается маслом и водой для образования минеральной пены.Масло, которое обычно используется в процессе пенной флотации, представляет собой сосновое масло. Сосновое масло связывается с соединениями металлов, но не связывается с нежелательным каменистым материалом. Затем пена снимается продувкой воздухом. Это освобождает руду от нежелательного материала. Сульфидные руды являются примерами руд, которые можно обогащать пенной флотацией.

Магнитная сепарация: Этот метод включает пропускание магнитных руд, например медной руды, через магнитный сепаратор.

Руда мелко измельчается и проходит через магнитный валок, один из которых магнитный, а другой немагнитный.Руды с высоким содержанием металлов будут притягиваться и прикрепляться к магнитному ролику и отклоняться в кучу, а немагнитные частицы пустой породы будут отталкиваться и падать в кучу с конвейерной ленты.

Ручной сбор: При этом используется молоток для отделения руды от ненужных материалов.

Химические процессы:

Обжиг на воздухе: Если руда не является оксидом, например, сульфидные руды, концентрат руды обычно обжигают на воздухе, чтобы превратить его в оксид.Это делается потому, что с оксидами легче иметь дело при извлечении металлов, чем с сульфидными рудами. Прокаливание — это химический метод измельчения карбонатных или гидратированных руд (гидроксидов).

При обжиге или кальцинировании руду нагревают до температуры ниже точки плавления.

Например;

Руда сульфидная нагревается при температуре ниже точки плавления.

2Pbs + 3O 2 → 2PbO + 2SO 4
ZnS + 2O 2 → ZnSO 4

A образует углекислоту 905 карбонатную руду.

ZnCO 3 → ZnO + CO 2

Руда гидратированный оксид выделяет воду при воздействии тепла.

AL 2 O 3 O 3 .2H 2 O → AL 2 O → AL 2 O 3 + 2H 2 O

2 O

2. Изоляция металла (извлечение металла из руды):

Металлы найдены в комбинированных формах существуют в виде положительных ионов. Чтобы превратить их в металл, нужно добавить электроны – восстановление. Ионы металлов должны быть восстановлены до соответствующих им атомов металлов.

Пример окислительно-восстановительных реакций.

Fe 3+ + 3 e- → Fe (присоединение электронов = уменьшение)

Al 3+ + 3 e- → Al (присоединение электронов = уменьшение)

Это можно сделать химическими и термическими методами или электролизом.

Химический метод:

Менее электроположительные (реактивные) металлы (Pb, Sn, Fe, Zn) обычно получают восстановлением их оксидов коксом или оксидом углерода(II). Углерод (в виде кокса или древесного угля) дешев.Он действует не только как восстановитель, но и как топливо, обеспечивающее тепло для процесса.

Например,

\(\scriptsize \underset{медь\:оксид}{2CuO} \: + \: \underset{углерод – восстановитель\: агент}{C} \rightarrow \: \underset{медь\: metal}{2Cu} \: + \: \underset{углерод\:окись {CO_2} \)

Для восстановления руды можно использовать другие более активные металлы, такие как магний и натрий.

Электролитическое восстановление (электролиз):

Метод, применяемый при извлечении конкретного металла из руды, зависит от стабильности руды, которая, в свою очередь, зависит от положения элемента в ряду активности.

Этот метод трудно использовать для более электроположительных (реактивных) металлов (K, Na, Ca, Mg) в верхней части ряда активности и выше углерода в ряду активности.

Вместо этого должен использоваться процесс, называемый электролизом. Во время электролиза электроны добавляются непосредственно к ионам металла на катоде (отрицательном электроде). Катод действует как восстановитель, передавая электроны ионам металлов в электролите, что приводит к осаждению свободного металла.Недостатком является то, что электролиз требует много энергии и обычно дорог. Они используются только тогда, когда химический метод невозможен.

В таблице ниже приведены реакционная способность, состав элемента и метод извлечения металла.

Деятельность ряда металлов и методы извлечения металлов.

3. Очистка металла:

Металлы, извлекаемые восстановительными процессами, обычно нуждаются в дальнейшей обработке, чтобы сделать их пригодными для промышленного использования.

Контрольные вопросы:

1. Назовите любые три физических свойства металлов.
2. Назовите два металла, которые извлекаются из руд электролизом.
3. Кратко охарактеризуйте различные способы извлечения металлов из их руд.

О роли аналитической химии в процессах экстракции растворителем

Аналитическая химия играет жизненно важную роль как в разработке, так и в эксплуатации любого химического процесса, и процесс экстракции растворителем, применяемый в гидрометаллургических операциях, не является исключением.Из-за растущего внимания, которое сегодня уделяется экстракции растворителем как средству разделения металлов в растворе, представляется целесообразным пересмотреть аналитическую химию, связанную с исследованиями экстракции растворителем, разработкой процессов и операциями. В данном обзоре рассматривается только анализ водной и органической фаз для определения компонентов растворителя, а не определение металлов в этих фазах. Кроме того, основное внимание уделяется аналитическим методам, применимым к изучаемым процессам и управлению предприятием и требующим минимум инструментов и навыков оператора.Сначала обсуждается важность отбора проб, и более подробно рассматриваются проблемы, возникающие при получении репрезентативных проб из растворителя, водной фазы и суспензии. Затем следует обзор методов анализа, которые непосредственно применимы или считаются применимыми к анализу органической и водной фаз процесса экстракции растворителем. Рассмотрены аналитические методы определения различных экстрагентов, модификаторов и разбавителей, которые в настоящее время используются или рассматриваются для использования в коммерческих процессах экстракции растворителем.Сначала рассматриваются те методы, которые применимы для определения реагентов в фазе растворителя, а затем те, которые доступны для анализа водной фазы для определения растворимых компонентов фазы растворителя. В обоих случаях экстрагенты, модификаторы и разбавители рассматриваются отдельно. Наконец, обсуждаются некоторые наиболее очевидные аналитические потребности и области, в которых необходимы исследования для получения более полного понимания процесса экстракции растворителем.

Ответ по общей химии для chloe #95625

1) Металлический алюминий является самым электроположительным (-1,67 В) металлом среди перечисленных в вопросе. В промышленности его получают электролизом довольно сложной расплавленной смеси: глинозема, криолита и фтористого кальция (процесс Холла-Эру). Все расплавляется при 950-980 С и собирается (восстанавливается) алюминий на катоде. Для этого требуется большое количество электроэнергии.

2) Железо менее электроположительно (-0.44V) металл, чем алюминий, и поэтому его можно было извлекать из руды чисто химическим способом — восстановлением практически чистым углеродом. Производственный процесс получил название Доменное производство. Его химия состоит в основном из трех реакций:

2C + O 2 = 2CO

Fe 2 O 3 + 3CO = 2FE + 3CO 2FE

2FE 2 O 3 + 3C 4Fe + 3CO 2

3) Золото наиболее электроотрицательно (+1.50В) и инертный металл в данном списке. Он находится в правой части ряда реактивности. Однако из-за низкой реакционной способности его можно найти в чистом виде. После того, как золото отделено от руды, его можно очистить с помощью процессов Вольвилла или Миллера.

К сожалению, ряды реакционной способности этих металлов и их стоимость не имеют прямого отношения друг к другу. Производство алюминия потребляет фантастически огромное количество электроэнергии. В свою очередь, железо или сталь требуют огромного количества тепла и особого сорта очищенного углерода.Оба они должны быть восстановлены из руд, что тяжелее, когда металл находится левее в ряду реактивности. Золото не требует восстановления из руды. Это требует только концентрации и очистки. Таким образом, их стоимость во многом продиктована обилием этих металлов в природе. Алюминий является наиболее распространенным элементом в земной коре, и железо также очень распространено. Оба образуют ряд промышленно важных руд, которые довольно легко найти.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.