Содержание
Существует несколько способов получения металлов в промышленности. Их применение зависит от химической активности получаемого элемента и используемого сырья.
Некоторые металлы встречаются в природе в чистом виде, другие же требуют сложных технологических процедур для их выделения. Добыча одних элементов занимает несколько часов, другие же требуют многолетней обработки в особых условиях.
Общие способы получения металлов можно разделить на следующие категории: восстановление, обжиг, электролиз, разложение.
Есть также специальные методы получения редчайших элементов, которые подразумевают создание специальных условий в среде обработки.
Сюда может входить ионная декристаллизация структурной решетки или же наоборот, проведение контролируемого процесса поликристаллизации, которые позволяют получать определенный изотоп, радиоактивное облучение и другие нестандартные процедуры воздействия.
Они используются довольно редко ввиду высокой дороговизны и отсутствия практического применения выделенных элементов. Поэтому остановимся подробнее на основных промышленных способах получения металлов. Они довольно разнообразны, но все основаны на использовании химических или физических свойств определенных веществ.
Основные способы получения металлов
Одним из основных способов получения металлов является их восстановление из оксидов. Это одно из самых распространенных соединений металлов, которые встречаются в природе.
Процесс восстановления протекает в доменных печах под воздействием высоких температур и при участии металлических или неметаллических восстановителей.
Из металлов используют элементы с высокой химической активностью, например, кальций, магний, алюминий.
Среди неметаллических веществ применяются оксид углерода, водород и коксующиеся угли.
Суть процедуры восстановления заключается в том, что более активный химический элемент или соединение вытесняет металл из оксида и вступает в реакцию с кислородом.
Таким образом, на выходе образуется новый оксид и чистый металл. Это самый распространенный способ получения металлов в современной металлургии.
Обжиг является лишь промежуточным методом получения чистого элемента. Он предполагает сжигание сульфида металла в кислородной среде, в результате чего образуется оксид, который затем подвергается процедуре восстановления.
Этот метод также применяется довольно часто, так как сульфидные соединения широко распространены в природе. Прямое получение чистого металла из его соединений серой не используют по причине сложности и дороговизны технологического процесса.
Гораздо проще и быстрее провести двойную обработку, как было указано выше.
Электролиз, как способ получения металлов подразумевает пропускание тока через расплав металлического соединения. В результате процедуры чистый металл оседает на катоде, а остальные вещества – на аноде. Такой способ применим к солям металлов. Но он не является универсальным для всех элементов. Подходит способ для получения щелочных металлов и алюминия.
Это связано с их высокой химической активностью, которая под воздействием электрического тока позволяет с легкостью нарушать установленные в соединениях связи.
Иногда электролитический способ получения металлов применяют к щелочноземельным элементам, но они уже не так хорошо поддаются данной обработке, а некоторые и вовсе не разрывают полностью связь с неметаллом.
Последний способ – разложение происходит под воздействием высоких температур, которые позволяют разорвать связи между элементами на молекулярном уровне.
Для каждого соединения потребуется свой температурный уровень, но в целом метод не содержит каких-либо хитростей или особенностей. Единственный момент: полученный в результате обработки металл, может потребовать проведения процедуры спекания.
Но этот способ позволяет получить практически на 100% чистый продукт, так как для его проведения не применяются катализаторы и другие химические вещества.
В металлургии способы получения металлов называют пирометаллургическим, гидрометаллургическим, электрометаллургическим и термическим разложением. Это четыре приведенных выше способа, только названные не по химической, а по промышленной терминологии.
Как получают металл в промышленности
Способ производства металла во многом зависит от его распространения в недрах земли. Добыча в основном происходит в виде руды с определенным процентным содержанием элементов. Богатые руды могут содержать до 90% металла. Бедные руды, которые содержат всего 20-30% вещества, перед обработкой отправляют на обогатительную фабрику.
В чистом виде в природе встречаются только благородные металлы, которые добывают в виде самородков различного размера.
Химически активные элементы встречаются либо в виде простых солей, либо в виде полиэлементных соединений, которые имеют очень сложное химическое строение, но в основном достаточно просто разлагаются на составляющие при определенном воздействии.
Металлы средней и малой активности в природных условиях образуют оксиды и сульфиды. Реже их можно встретить в составе сложных кислотно-металлических соединений.
Перед получением чистого металла зачастую производится одна или несколько процедур разложения сложных веществ на более простые.
Гораздо проще выделять один продукт из двухэлементного соединения, чем из многоэлементного сложного образования.
К тому же технологический процесс требует тщательного контроля, который очень сложно обеспечить, когда речь идет о большом количестве примесей с разными свойствами.
Что касается экологической стороны вопроса, то самым чистым можно признать электрохимический способ получения металлов, так как при его проведении в атмосферу не выделяется никаких веществ. В остальном же металлургия является одним из самых вредных для природы производств, поэтому в современном мире уделяется большое внимание проблеме создания безотходного оборудования.
Уже сейчас многие заводы отказались от использования мартеновских печей в пользу более современных электрических моделей. Они потребляют гораздо больше энергии, но не выбрасывают в атмосферу продукты сгорания топлива. Очень важной является и вторичная переработка металлов.
Для этого во всех странах оборудованы специальные пункты приема, в которых можно сдавать вышедшие из эксплуатации детали из черных и цветных металлов, которые затем отправятся на переработку.
В будущем из них изготовят новую продукцию, которую можно будет использовать в соответствии с назначением.
Получение металлов в химии
Онлайн калькуляторы
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Справочник
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Заказать решение
Не можете решить контрольную?! Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
- 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:
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
Примеры решения задач
Понравился сайт? Расскажи друзьям!
Общие способы получения металлов
Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.
- Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.
- Получение металлов из руд — задача металлургии.
- Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.
- Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:
- М n+ + ne−→M
- Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.
-
- В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:
- • пирометаллургический;
- • гидрометаллургический;
- • электрометаллургический.
Пирометаллургия
сфалерит (цинковая обманка)
Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:
- FeСO3 = FеО + СO2 ↑ ; FеО + С = Fе + СО ↑
сидерит (шпатовый железняк) - Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).
- В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:
- 1) МоO3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия)
- К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.
- 2) TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)
- ЗМnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O3 (алюминотермия)
- Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида
которого очень велика (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:
C + O2 = CO2, CO2 + C ↔ 2CO
3Fe2O3 + CO = 2(Fe2Fe32)O4+ CO2
(Fe2Fe32)O4+ CO= 3FeO + CO2
FeO + CO= Fe + CO2
(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);
Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)2 и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.
Гидрометаллургия
- Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.
- Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:
- СuО + Н2SО4 = СuSO4 + Н2
- Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:
- СuSO4. + Fе = Сu + FеSO4
- Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.
Электрометаллургия
Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.
Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.
а) NaCl (электролиз расплава) → 2Na + Cl2
в) 2Al2O3(электролиз расплава) → 2Al + 3O2↑
г) 2Cr2(SO4) + 6H2O(электролиз) → 4Cr↓ + 3O2↑ +6H2SO4
д) 2MnSO4 + 2H2O (электролиз) → 2Mn↓ + O2↑+2H2SO4
е) FeCl2(электролиз раствора) → Fe↓ + Cl2↑
Как получить металл высокого качества в Rust
Есть как минимум, три честных и бесплатных (я о донате) способа, как получить металл высокого качества в Rust. Вот вам сразу все эти варианты:
Давайте разберём всё и по порядку.
Первый вариант добычи
Наверняка вы видели хотя бы один раз за время игры вот такие коричневые камни, как справа на рисунке ниже.
Именно они дают возможность добывать железную руду. Ваша задача – разбить такой камень ПОЛНОСТЬЮ, чтобы в инвентаре у вас оказалось две единицы руды металла высокого качества. После эту руду необходимо переплавить, и у вас будет МВК.
С процессом плавления в печах, будем надеяться, вы знакомы. Обращаю ваше внимание, что колотить камень нужно, строго ударяя киркой по блестяшкам, которые видно только в свете фонарика или дня. Если бить просто так, ничего вы не получите.
Второй вариант, как получить металл высокого качества в Rust
Собирайте все железные элементы, которые можно встретить в бочках и ящиках, находящихся вдоль дороги. Подойдут пружины, трубы, шестерёнки, корпуса полуавтоматов и винтовок.
Несите все эти штуки к утилизатору, сложите туда, нажмите на кнопку «запуск» и через несколько секунд, разобравшись, компоненты наградят вас несколькими единицами металла высокого качества.
Больше перерабатывайте, богаче добыча.
Третий вариант
Когда вы сбиваете вертолёт или уничтожаете танк, кузова от этих машин смерти ещё долгое время стоят на месте уничтожения. Спустя несколько минут, вы сможете разобрать их, как камни.
Дайте им только возможность остыть. Периодически подходите и бейте по кузову киркой.
Если слышите шипение, значит ещё рано, а как только после каждого удара у него начнут уходить жизни, разбивайте полностью, и добудете металл высокого качества.
Примечательно то, что, если у вас нет навыка или возможности уничтожить вертолёт или танк, вы всегда сможете дождаться, когда прилетит патруль Чинука – транспортного вертолёта. С ним вам бороться не придётся.
Просто понаблюдайте за его полётом и дождитесь, когда на карте появится закрытый ящик. Это будет означать, что он, как и положено, потерпел крушение. Бегите к месту событий, и сможете разобрать его на запчасти, как и боевой вертолёт с танком.
Так же вокруг остатков иногда лежат рюкзаки мертвых пассажиров, где вы найдёте MP5 с патронами.
Заключение
Есть ещё бонусный вариант – найти или установить горнорудный карьер, который добывает полезные ископаемые. Однако такая штука достаточно прожорлива, требует тщательной охраны и работает крайне медленно. В общем, на мой взгляд, убытков от него больше, чем преимуществ, а вы уже решайте сами.
У нас на сайте есть более подробная статья о том, как поставить горнорудный карьер. Учтите так же и то, что он, скорее всего, будет добывать не металл высокого качества в чистом виде, а руду этого металла. Так что рядом должна быть ещё и печь.
Однако нужно признать, что камни колотить – это куда более утомительное занятие и способ добычи, чем иметь карьер. Выгода карьера только в его пассивности.
Он может работать круглыми сутками, пока вы спите или занимаетесь другими делами в реальной жизни.
- Tweet
- Share 0
- +1
- VKontakte
Тэги:
Перечислите общие способы получения металлов . – Школьные Знания.com
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. .
Демонстрационный опыт 1. Получение меди из оксида с помощью водорода.
Cu +2O + H2 = Cu0 + H2O (водородотермия)
Демонстрационный опыт 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 = 2Fe3O4 + 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.
Демонстрационный опыт 3. Взаимодействие железа с раствором медного купороса.
Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.
Электрометаллургический способ.
Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Просмотр фрагмента медиалекции. (CD)
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 .
- 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.
ПОИСК
В металлургической промышленности электролизом расплавленных соединений и водных растворов получают металлы, а также производят электролитическое рафинирование — очистку металлов от вредных примесей и извлечение ценных компонентов. [c.299]
Электролизом расплавов получают металлы, имеющие сильно отрицательные электродные потенциалы, и некоторые их сплавы. [c.299]
В результате протекания той или иной начальной реакции металл и раствор приобретают электрический заряд. В процессе (I) металл получает отрицательный, а раствор — положительный заряд, в процессе (II) —наоборот. Заряжение металла и раствора сопровождается изменением и и переходом системы в равновесное состояние. Этот процесс можно проследить на примере системы (I) ( /50 > > Ум). Отрицательный заряд, который получает металл за счет начавшейся реакции (I), приводит к понижению энергии катионов на металле точка а и вместе с ней вся кривая а ак (рис. 170, диаграмма [c.471]
Восстановленный фосфор растворяется в железе и полностью переходит в чугун. Поэтому получить металл с низким содержанием фосфора можно только на основе низкофосфористой шихты. [c.66]
Основные виды цветных металлов, применяемых в машиностроении,— алюминий, медь, цинк, олово, свинец и их сплавы.
Заводы цветного литья получают металлы, как правило, в виде слитков (за исключением меди, которая поставляется в виде плоских электролитически очищенных катодов).
В зависимости от масштабов производства и размеров слитков используется самая разнообразная техника литья. [c.313]
Тщательным восстановлением окислов могут быть получены металлы, обладающие весьма чистой поверхностью. Однако не исключена возможность, что эти металлы содержат значительные количества растворенных примесей (например, атомов газа-восстановителя, в частности водорода), которые могут [c.142]
В гидроэлектрометаллургии установились два понятия плотности тока технологическая и экономическая плотности тока.
Технологическую плотность тока можно изменять в широких пределах, одновременно изменяя другие параметры (например, кислотность, температуру, концентрацию), что позволяет при разных плотностях тока получать металл высокого качества с сопоставимыми выходами по току.
Поэтому необходимо решать, какую из возможных технологических плотностей тока слеДует выбрать для наиболее экономичного проведения процесса. Этот вопрос рассматривается в комплексе с другими факторами, связанными с изменением плотности, тока расходом электроэнергии, расходом воды на охлаждение, капитальными затратами.
Так определяется экономическая плотность тока. При повышении плотности тока растет производительность, т. е. уменьшаются капитальные затраты на единицу продукции, но увеличиваются потери электроэнергии и расход воды на охлаждение. [c.253]
Получение металлов электролизом расплавленных солей может быть осуществлено при температурах электролиза выше температуры плавления катодного металла или ниже ее. Легкие металлы на практике получают при температурах выше температуры плавления.
В случае проведения электролиза при температурах, ниже температуры плавления металла, на катоде образуется твердый кристаллический осадок. Существенно, что при электролизе расплавленных солей электрокристаллизация протекает без тех затруднений, которые обычны в водных растворах.
Поэтому металл кристаллизуется в условиях, более близких к равновесным, чем при кристаллизации из водных растворов. Это приводит к образованию хорошо формирующихся кристаллов и дендритов. При определенных условиях (высокая чистота электролита, пониженные температуры, низкие плотности тока и др.
) удается получать металлы и в виде плотных осадков. [c.475]
В результате окислительной плавки получается металл Доре (95—97% kg, 2—5% Аи, 2—3% Си), поступающий на электролитическое рафинирование серебра. Первый шлак поступает в печь для плавки анодов, второй — содовый шлак идет на извлечение селена -и теллура. [c.218]
В большинстве случаев ртуть рафинируют дистилляцией в вакууме с применением железной или кварцевой аппаратуры, при этом удается получить металл, содержащий около 1 10 % меди и серебра. [c.278]
Из сравнения состава электролитического никеля с данными табл. 85 видно, что обычно получается металл марки Н-1. Получение никеля того или иного сорта зависит не только от режима электролиза и ухода за ним, но в основном От глубины очистки раствора. [c.380]
Для получения более чистого индия осуществляют повторный электролиз в свежем растворе. Получается металл с 99,99% 1п с выходом 60% от количества первичного металла. [c.559]
Электролитический таллий дополнительно очищают зонной плавкой. После 160 проходов получается металл с содержанием 99,9964% Т1 и, наконец, в сочетании с предварительным двухступенчатым электролизом удается получить металл чистотою 99,9995%. [c.563]
Очищенную азотнокислую соль таллия подвергают электролизу с применением платиновых электродов. Анодное и катодное пространства разделяют.
Анод заключен в керамиковую или пластмассовую диафрагму, и в нее заливают раствор с 0,1-н. НЫОз. В катодное пространство подают раствор 90 г/л ТШОз. Плотность тока поддерживают 1000 а/м .
При этом получают металл очень высокой чистоты. [c.564]
Металлургическим путем может быть получен металл с содержанием 99,95% Т1, электролитически можно получить металл, содержащий 99,999% Т1. Таллий и его соединения применяют во многих отраслях народного хозяйства. Окись таллия используют для изготовления оптических стекол с высоким коэффициентом преломления. [c.564]
Как получают металлы из их оксидов [c.154]
При восстановлении оксида металла (II) водородом получают металл и воду [c.145]
В результате протекания той или иной начальной реакции металл и раствор приобретают электрический заряд. В процессе (I) металл получает отрицательный, а раствор —положительный заряд, в процессе (II) —наоборот.
Заряжение металла и раствора сопровождается изменением и и переходом системы в равновесное состояние. Этот процесс можно проследить на примере системы (I) > > Ум).
Отрицательный заряд, который получает металл за счет начавшейся реакции (1), приводит к понижению энергии катионов на металле точка а и вместе с ней вся кривая а ак (рис. 170, диаграмма I) перемещаются вниз.
Положительный заряд, который получает раствор, вызывает повышение энергии катионов в растворе точка Ь и кривая кЬЬ” перемещаются вверх. При равенстве и а и 0 на границе раствор —металл устанавливается равновесие [c.471]
В задачу электрометаллургии входят получение и очистка металлов с использованием электрического тока. Электрометаллургия включает в себя электроэкстракцию и электрорафинирование. Электроэкстракция состоит в получении металлов из растворов или расплавов путем электролиза. Часто таким способом удается получить металлы [c.11]
Электрохимические процессы широко используются в современной технике, в аналитической химии, в научных исследованиях. Так, электрохимическим методом в промышленности получают металлы (алюминий, цинк, никель, магний, натрий, литий, бериллий и др.
), хлор, гидроксид натрия, водород, кислород, ряд органических соединений, рафинируют металлы (медь, алюминий). Электрохимические методы широко используют для нанесения металлических покрытий, для полирования, фрезерования и сверления металлов.
С каждым днем все больше применяются химические источники электрической энергии — гальванические элементы и аккумуляторы — в технике и научных лабораториях. В аналитической практике и научных исследованиях широко применяют такие электрохимические методы исследования, как потенциометрический, полярографический и т. п.
Электрохимические системы в виде так называемых хемотронных приборов с успехом применяют в электронике и вычислительной технике. [c.313]
Заряжение металла и раствора сопровождается изменением У и У. Допустим, что Усол> что соответствует рис. 11.1.
Отрицательный заряд, который получает металл, приводит к понижению энергии ионов на металле и точка а, а вместе с ней вся кривая ааа” перемещаются вниз (кривая а а1а )- Положительный заряд, который получает раствор, повышает энергию ионов в растворе, поэтому точка Ь и вся кривая Ь ЬЬ” перемещаются вверх (кривая Электростатическое взаимодействие между металлом и ионами раствора препятствует беспредельному переходу ионов в одном направлении. В итоге, когда иа Оь, в системе металл — раствор устанавливается подвижное равновесие. На границе двух фаз формируется двойной электрический слой, которому соответствует определенное значение потенциала. Как было указано выше, условием равновесия в системах с заряженными частицами является равенство электрохимических потенциалов каждого сорта частиц (г) в контактирующих фазах I и II. Так как а, = ц, + 2,7 ф, а при равно- [c.166]
Чтобы получить металл или сплав без алюминия, следует брать его несколько меньше теоретически рассчитанного на 1—2%- [c.21]
Близость химических свойств всех изотопов данного элемента приводит к тому, что на практике обычными химическими методами получают не отдельные изотопы, а сразу смесь (комплекс) их.
Например, добывая железо из руды, получают металл, состоящий из атомов Ре , Ре , Ре и Ре , находящихся в определенном количественном соотношении. Выплавляя олово, сразу получают 10 его изотопов и т. д.
[c.23]
Гидроксиды Са, Зг, Ва, Ка — сильные основания Mg(0H)2— слабое основание, но несколько лучше диссоциирующее, чем многие другие слабые основания Ве(0Н)2 — амфотерное соединение.
Кроме кислорода, щелочноземельные металлы легко реагируют с галогенами, серой, азотом и многими другими элементарными окислителями. образующиеся при этом соединения носят преимущественно ионный характер. Соединения же бериллия преимущественно ковалентны.
Получают металлы ПА группы, за исключением бария, электролизом расплавов солей, восстанавливая ионы Ме на катоде до свободных металлов Ме ++2е=Ме. [c.194]
Электролитический марганец содержит значительное количество водорода, но, переплавляя его в индукционной печи, получают металл до 99,9% чистоты. [c.123]
Раствор соединений ПЭ, перешедший в царскую водку и не содержащий Pt, Os и Ru, подвергают действию Fe”S04. При этом в осадок переходит металлическое золото, а Rh, Ir и Pd остаются в растворе.
Rh и 1г отделяют окислением хлоритом или бромитом в бикарбонатном буфере. При этом осаждаются соответствующие гидратированные окислы.
Они, как и другие соединения ПЭ, термически неустойчивы (практически все соединения при/>200°С разлагаются), поэтому простым прокаливанием окислов получают металл. [c.160]
Для присоединения концевых патрубков из углеродистой стали к гибкому элементу применяют автоматическую сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа. В качестве электрода применяют проволоку Св-07Х25Н13 диаметром 1 мм. Это позволяет получить металл шва высокого качества.
Перед сваркой конец гибкого элемента прихватывают к патрубку. При этом гибкий элемент цилиндрическими концами надевают на наружную, предварительно обработанную резцом, поверхность патрубков. Характер соединения — встык с зазором до 1,5 мм. Сварка производится аппаратом АДСП-401.
В процессе сварки компенсатор закреплен концами в патронах. Скорость сварки 20—25 м/ч. При сварке образуется аустенитная структура металла сварного шва с небольшим (1 —1,5%) содержанием феррита. Прочность и герметичность сварных швов проверяют гидроиспытанием на специальном стенде.
[c.114]
Атмосфера, гидросфера и внешняя часть литосферы являются источниками всех природных ресурсов, обеспечивающих все наши потребнскти. Мы используем азот, кислород, неон, аргон и некоторые другие газы из атмосферы.
Из гидросферы берем воду и некоторые растворенные минеральные вещества. Однако для удовлетворения большинства наших потребностей мы полагаемся на литосферу – твердую часть Земли. Эвм цГ Именно здесь мы находим нефть и металлсодержащие руды.
(Руда — это камень или минерал природного происхождения, из которого с экономической точки зрения выгодно получать металл или другое вещество.) Даже самые глубокие наши шахты выглядят как царапина на поверхности коры Земли.
Если представить Землю размером с яблоко, то все доступные природные богатства содержатся [c.135]
На цеолитпых катализаторах можно осуществлять окислительновосстановительные реакции за счет ионов металлов переменной валентности. Для этого последние должны вводиться в решетку цеолита путем обмена с первоначальным ионом щелочного или щелочноземельного металла.
В этом случае ион металла переменной валентности сохраняет свою индивидуальность и механизм его действия аналогичен таковому в гомогенном катализе. Восстановлением ионов металла в решетке цеолитов удается получать металлы в атомнодисперсном состоянии.
Эти возможности представляются весьма интересными в отношении проведения на цеолитах высокоселективных и высокопроизводительных процессов. [c.41]
Получение. Соли или оксиды Ga, In, TI выделяют в результате сложной переработки отходов производства алюминия и обработки полиметаллических руд. Электролизом подкисленных водных растворов солей или восстановлением оксидов (углем, водородом) получают металлы.
Выделенные металлы очищают зонной плавкой или методами амальгамной металлургии (см. разд. 7.4.3 и 8.9). О легкости их получения путем восстан вления свидетельствуют следующие данные если для АЬОз AGf = — 1582 кДж/мо ль то для GazOa и ПгОз эта величина значительно меньше, она соответственно составляет —998 и —832 кДж/моль.
Производство металлов Ga, In и TI составляет десятки тонн в год. [c.344]
Н. П. Федотьевым предложен способ получения чистого кобальта из раствора Со804 с применением анодов из нержавеющей стали. Анодное и катодное пространства разделены диафрагмой.
Циркуляция раздельная — через катодное и анодное пространство. Католит очищают от никеля осаждением диметилглиоксимом, а анолит от железа — содой. В результате получают металл с содержанием 99,9% Со.
[c.404]
Осаждающийся галлий стекает на дно ванны и его выпускают через кран. Раствбр проходит через несколько ванн и вновь возвращается для насыщения окисью галлия. Отработанные щелока с содержанием 1—5 г/л Оа освобождают от галлия вытеснением его алюминием. При этом получается металла, содержащий 99,9% Qa. [c.548]
Оборотный раствор поступает на нейтрализацию чистой окисью цинка, получаемой из очищенного первичного раствора путем осаждения чистой едкой щелочью или содой.
Этим способам можно получить металл, содержащий 99,999% цинка. Получение чистого металла осуществимо и с применением растворимых анодов из цинка, легированных небольшими количествами чистого алюминия (АЮОО).
В этом случае применяется ванна, [c.585]
Соли азотистой кислоты — нитриты термически более устойчивы, чем иитраты. Некоторые нитриты (NaNO), KNO2) плавятся без разложения.
El e нитраты при нагревании разлагаются, иричем разложение иитратов может происходить но-разному в зависимости от условий проведения реакции и природы катиона соли.
Нитраты активных металлов разлагаются до нитритов и Кислорода, металлов средней активности —до оксидов металла, оксида азота (IV) и кислорода, при разложении нитратов малоактивных металлов можно получить металл в чистом виде [c.163]
Массовое содержание хрома, молибдена и вольфрама в земной коре оценивается в 2 10″, 1 10″ и 7 10 % соответственно. Хром встречается в природе главным образом в виде хромистого железняка FeO СггОз, при восстановлении которого углем получают сплав железа с хромом — феррохром, используемый в металлургии при производстве хромистых сталей.
Чистый хром получают методом алюминотермии. Наиболее распространенным соединением молибдена является минерал молибденовый блеск M0S2, из которого получают металл в виде порошка. Компактный молибден получают методом порошковой металлургии прессования порошка в заготовку и спекания заготовки. Этим же методом получают и компактный вольфрам. [c.
288]
Восстановление РЗЭ до металлического состояния в промышленности проводят обычно путем электролиза расплавов безводных галогенидов РЗЭ (фторидов и хлоридов), или малые партии получают металлотермически (см. выше).
Электролиз водных растворов солей РЗЭ не позволяет получить металл, поскольку РЗЭ в металлическом состоянии с водой активно взаимодействуют (особенно при нагревании), образуя гидроокиси, например [c.
69]
С помощью окислительно-восстановительных реакций получают металлы, органические и неорганические соединения, проводят очистку различных веществ, природных и сточных вод, газовых выбросов электростанций и заводов и т. п.
Рассмотрим в качестве примера получение металлических покрытий на поверхностях металлических и неметаллических изделий химическим способом, основанным на реакциях окисления — восстановления.
При таком способе изделие помещается в раствор, содержащий ионы металла — покрытия и восстановитель, например гипофосфит натрия ЫаНаРОг, гидразин фор- [c.189]
4.2.1. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов
- Металлургия — это комплексная отрасль промышленности, которая занимается производством металлов.
- Поскольку большинство металлов в природе существует в виде различных соединений, то химическая суть металлургических процессов заключается в восстановлении металлов:
- Me+n + nē → Me0
- В зависимости от того, какой используется восстановитель и каковы условия, при которых проводят процессы восстановления различают пиро-, гидро-, электро- и биометаллургию.
Пирометаллургия (от греч. огонь и металлургия) представляет собой все химические способы восстановления металлов из руд, осуществляемые с применением высоких температур.
В качестве восстановителей в пирометаллургии используют уголь (кокс), оксид углерода (II), водород, активные металлы, кремний.
Оксидные руды чаще всего восстанавливают коксом или оксидом углерода (II) — этот процесс носит название карботермия:
Для извлечения металлов пирометаллургическим способом из сульфидных руд их сначала подвергают предварительному отжигу:
А затем, полученный оксид восстанавливают коксом:
Тугоплавкие металлы, например, молибден и вольфрам, восстанавливают водородом:
Известен способ восстановления металлов кремнием, называемый силикотермией:
Гидрометаллургия представляет собой метод получения металлов, заклющийся в преобразовании природных соединений металлов в растворимую форму с последующим восстановлением металла из раствора.
О возможности применения гидрометаллургических процессов для извлечения металлов еще в 1763 г.. Говорил М. В. Ломоносов.
Гидрометаллургического способами добывают благородные (золото, серебро, платину), цветные (медь, никель, цинк, кобальт), редкие (цирконий, гафний, тантал) и другие металлы:
NiSO4 + Zn = Ni + ZnSO4
К преимуществам данного способа относится возможность его использования для получения металлов при их малом содержании в руде, которую невозможно перерабатывать обычными способами; снижение во многих случаях загрязнения окружающей среды, например, при обжиге сульфидных руд.
Электрометаллургия — это способ получения металлов с применением электрического тока — электролиза. Электролизом расплавов получают самые активные металлы (от лития до марганца в ряду активности), электролизом водных растворов — менее активные (Zn, Cu, Ni, Cr и т.д.).
Биометалургия основана на биохимических процессах, протекающих при использовании микроорганизмов. Известно, что микроорганизмы типа литотрофы (с лат.
– «поедающие камни») могут преобразовывать нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты.
Сейчас с применением микроорганизмов добывают медь (в США данный метод достигает 10% от общего ее производства), уран, рений, серебро, никель, свинец, а также некоторые редкие металлы.
Основные методы получения металлов
Большинство
металлов находятся в природе в виде
соединений с другими элементами, и
только немногие встречаются в чистом
виде, например: серебро, золото, медь,
свинец.
Минералы (природные химические
соединения) и горные породы, содержащие
соединения металлов называются рудами.
Руды содержат оксиды, сульфиды, карбонаты,
галогениды металлов.
Получение
металлов из руд составляет задачу
металлургии.
Металлургические
процессы,протекающие при высоких
температурах, называются
пирметаллургическими.
Таким путем получают чугун и сталь,
используя вещества-восстановители.
Важнейшими
восстановителями являются углерод и
монооксид углерода.
Для металлов, не
восстанавливаемых ни углеродом, ни СО,
используют более сильные восстановители:
водород, кремний и некоторые достаточно
активные металлы – магний, алюминий.
Методы, в которых в качестве восстановителей
используют металлы, называются
металлотермией
(иногда в названии присутствует
металл-восстановитель, например:
алюмотермия).
- Примеры процессов
c
использованием различных восстановителей. - Fe2O3
+ 3CO
= 3Fe
+ 3CO2 - Иногда, при
переработке сульфидных руд, проводят
первоначальный обжиг в специальных
печах – окисляют руду до оксидов, и
только затем восстанавливают до металла: - 2ZnS + O2
= 2ZnO + 2SO2 ZnO + C = Zn + CO - Такие металлы, как
хром, марганец, получают, главным образом,
алюмотермией, а также восстановлением
кремнием: - Cr2O3
+ 2Al
= 2Cr
+ Al2O3 - Процесс алюмотермии
протекает с большим выделением теплоты.
Процессы
извлечения металлов из руд с помощью
водных растворов называются
гидрометаллургическими.
Таким путем получают золото. Золотосодержащую
породу обрабатывают раствором NaCN,
и золото переходит в раствор в виде
комплекса [Au(CN)2]-.
Затем используют цинк в качестве
восстановителя:
2[Au(CN)2]-
+ Zn
= [Zn(CN)4]2-
+ Au
Третьим способом
получения металлов является электролиз
растворов или расплавов. Электролизом
раствора оксида алюминия в расплавленном
криолите получают алюминий; электролизом
расплава MgCl2
получают магний.
Получение металлов высокой чистоты
В ряде отраслей
техники требуется получение металлов
высокой степени чистоты. Например, для
ядерных реакторов нужен химически
чистый цирконий без примеси гафния. Для
электронной промышленности необходим
германий, в котором не должно быть более
одного атома фосфора, мышьяка или сурьмы
на миллион атомов германия.
Исследование
металлов в чистом состоянии показало,
что некогда существовавшие представления
об их свойствах являются ошибочными.
Так, например, чистые титан, хром оказались
настолько пластичными, что их можно
ковать, прокатывать в тонкие листы и
пр.
Алюминий высокой чистоты мягок, как
свинец, а его электропроводимость
значительно выше.
можно получить электролизом, но степень
их чистоты недостаточно высокая, поэтому
для получения металлов ОСЧ – особой
чистоты, используют специальные методы:
вакууме (получают ОСЧ литий, щелочно-земельные
металлы, хром, марганец, бериллий);
соединений на раскаленной поверхности
(получают ОСЧ титан, цирконий, хром,
тантал, ниобий, кремний и др.);
так называемой «зонной плавки» (получают
германий, кремний, олово, алюминий,
висмут и галлий).
Зонная плавка
основана на различной растворимости
примесей в твердой и жидкой фазах
очищаемого металла. Лодочку или тигель
специальной формы со слитком металла
передвигают с очень медленной скоростью
(несколько мм в час) через печь При этом
происходит расплавление небольшого участка (зоны) металла.
По мере продвижения
тигля зона жидкого металла перемещается
от одного конца слитка к другому. Примеси,
содержащиеся в металле, собираются в
зоне плавления, перемещаются вместе с
ней и после окончания плавки оказываются
в конце слитка.
Многократное повторение
операции дает возможность получить
металл высокой степени чистоты.
Дополнения к теме
«Физико-хмический анализ»
Многочисленные
работы Ник. Семен. Курнакова по выяснению
природы металлических сплавов внесли
ясность в понимание процессов, происходящих
при затвердевании сплавов. В частности,
при изучении сплавов были открыты
химические соединения, состав которых
может меняться в широких пределах.
Эти
соединения, состав которых может меняться
в широких пределах, Курнаков назвал
бертоллидами, по имени французского
химика Бертолле, допустившего их
существование. Тогда как соединения
постоянного состава (подчиняющиеся
закону постоянства состава), были названы
дальтониды.
Стехиометрическое соотношение
компонентов, образующих химическое
соединение постоянного состава
соблюдается только в парообразном
состоянии, в молекулярных кристаллах
и жидкостях. Исходя из вышесказанного,
можно дать более развернутое определение,
что такое химическое соединение.
Химическое соединение – это вещество
постоянного или переменного состава,
образованное из атомов одного или
нескольких химических элементов, с
качественно своеобразным химическим
и кристаллохимическим строением.
При сплавлении
металлов может образоваться твердый
раствор или химическое соединение
переменного состава. В отличие от твердых
растворов (общее между растворами и
хим. соединениями – однородность и
наличие теплового эффекта при образовании),
соединение переменного состава
характеризуется только ему присущим
кристаллохимическим строением,
отличающимся от строения исходных
компонентов.
Условием образования
