როგორ არ შეიძლება ლითონების მიღება? ლითონების მიღების ზოგადი მეთოდები. ლითონები ბუნებაში

ლითონები ბუნებაში ძირითადად ნაერთების სახით გვხვდება. მხოლოდ დაბალი ქიმიური აქტივობის მქონე ლითონები (კეთილშობილი ლითონები) გვხვდება ბუნებაში თავისუფალ მდგომარეობაში (პლატინის ლითონები, ოქრო, სპილენძი, ვერცხლი, ვერცხლისწყალი). სტრუქტურული ლითონებიდან ბუნებაში საკმარისი რაოდენობით მხოლოდ რკინა, ალუმინი და მაგნიუმი გვხვდება ნაერთების სახით. ისინი ქმნიან შედარებით მდიდარი მადნების სქელ საბადოებს. ეს აადვილებს მათ ფართომასშტაბიან მოსავალს.

ვინაიდან ნაერთებში ლითონები ოქსიდირებულ მდგომარეობაშია (აქვთ დადებითი ჟანგვის მდგომარეობა), მათი თავისუფალ მდგომარეობაში მიღება ხდება შემცირების პროცესზე:

ეს პროცესი შეიძლება განხორციელდეს ქიმიურად ან ელექტროქიმიურად.

ქიმიური შემცირებისას ნახშირბადის ან ნახშირბადის (II) მონოქსიდი ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც შემცირების აგენტი, ასევე წყალბადი, აქტიური ლითონები და სილიციუმი. ნახშირბადის მონოქსიდის (II) დახმარებით წარმოიქმნება რკინა (აფეთქება ღუმელის პროცესში), მრავალი ფერადი ლითონი (კალა, ტყვია, თუთია და ა.შ.):

წყალბადის შემცირება გამოიყენება, მაგალითად, ვოლფრამის წარმოებისთვის ვოლფრამის (VI) ოქსიდიდან:

წყალბადის, როგორც შემცირების აგენტის გამოყენება უზრუნველყოფს მიღებული ლითონის უმაღლეს სისუფთავეს. წყალბადი გამოიყენება ძალიან სუფთა რკინის, სპილენძის, ნიკელის და სხვა ლითონების წარმოებისთვის.

ლითონების წარმოების მეთოდს, რომელშიც ლითონები გამოიყენება როგორც შემცირების აგენტი, ეწოდება მეტალოთერმული . ამ მეთოდით აქტიური ლითონები გამოიყენება როგორც შემცირების აგენტი. მეტალოთერმული რეაქციების მაგალითები:

ალუმინოთერმია:

მაგნიტერმია:

მეტალოთერმული ექსპერიმენტები ლითონების წარმოებაში პირველად ჩაატარა რუსმა მეცნიერმა ნ.ნ.ბეკეტოვმა XIX საუკუნეში.

ლითონები ყველაზე ხშირად მიიღება მათი ოქსიდების შემცირებით, რომლებიც თავის მხრივ იზოლირებულია შესაბამისი ბუნებრივი მადნიდან. თუ საბადო არის სულფიდური მინერალები, მაშინ ეს უკანასკნელი ექვემდებარება ჟანგვითი გამოწვას, მაგალითად:

ლითონების ელექტროქიმიური წარმოება ხორციელდება შესაბამისი ნაერთების დნობის ელექტროლიზით. ამ გზით მიიღება ყველაზე აქტიური ლითონები, ტუტე და მიწის ტუტე ლითონები, ალუმინი და მაგნიუმი.

ელექტროქიმიური შემცირება ასევე გამოიყენება დახვეწა სხვა მეთოდებით მიღებული „ნედლი“ ლითონების (სპილენძი, ნიკელი, თუთია და სხვ.) (გაწმენდა). ელექტროლიტური გადამუშავების დროს ანოდად გამოიყენება "უხეში" (მინარევებით) ლითონი, ხოლო ამ ლითონის ნაერთების ხსნარი გამოიყენება ელექტროლიტად.

ლითონების მიღების მეთოდები ხორციელდება გამოყენებით მაღალი ტემპერატურააჰ, ეძახიან პირომეტალურგიული (ბერძნულად pyr - ცეცხლი). ბევრი ეს მეთოდი ცნობილია უძველესი დროიდან. XIX-XX საუკუნეების მიჯნაზე. დაიწყოს განვითარება ჰიდრომეტალურგიული ლითონების მიღების მეთოდები (ბერძნულად ჰიდორი - წყალი). ამ მეთოდებით, მადნის კომპონენტები გადადის წყალხსნარში და შემდეგ ლითონი იზოლირებულია ელექტროლიტური ან ქიმიური შემცირებით. ასე მიიღება, მაგალითად, სპილენძი. სპილენძის მადანი, რომელიც შეიცავს სპილენძის (II) ოქსიდს CuO მუშავდება განზავებული გოგირდის მჟავით:

სპილენძის შესამცირებლად, სპილენძის (II) სულფატის შედეგად მიღებული ხსნარი ექვემდებარება ელექტროლიზს ან ხსნარს ექვემდებარება რკინის ფხვნილს.

ჰიდრომეტალურგიულ მეთოდს დიდი მომავალი აქვს, რადგან ის შესაძლებელს ხდის პროდუქტის მიწიდან მადნის მოპოვების გარეშე მივიღოთ. (შეადარეთ ჰიდრომეტალურგიული მეთოდის უპირატესობები ქვანახშირის მიწისქვეშა გაზიფიცირებით ლითონების მისაღებად.)

Მისი Ყოველდღიური ცხოვრებისგარშემორტყმულია სხვადასხვა ლითონებით. ჩვენს მიერ გამოყენებული ნივთების უმეტესობა შეიცავს ამ ქიმიკატებს. ეს ყველაფერი იმიტომ მოხდა, რომ ადამიანები განსხვავებულები აღმოჩნდნენ სხვადასხვა გზებილითონების მიღება.

რა არის ლითონები

არაორგანული ქიმია ეხება ამ ძვირფას ნივთიერებებს ადამიანებისთვის. ლითონების წარმოება საშუალებას აძლევს ადამიანს შექმნას უფრო მოწინავე ტექნოლოგია, რომელიც აუმჯობესებს ჩვენს ცხოვრებას. Რა არიან ისინი? სანამ ლითონების მოპოვების ზოგად მეთოდებს განვიხილავთ, აუცილებელია იმის გაგება, თუ რა არის ისინი. ლითონები არის ქიმიური ელემენტების ჯგუფი მარტივი ნივთიერებების სახით დამახასიათებელი თვისებებით:

თერმული და ელექტრული გამტარობა;

მაღალი პლასტიურობა;

ბრწყინავს.

ადამიანს ადვილად შეუძლია განასხვავოს ისინი სხვა ნივთიერებებისგან. ყველა ლითონის დამახასიათებელი თვისებაა განსაკუთრებული ბზინვარების არსებობა. იგი მიიღება სინათლის სხივების არეკვით ზედაპირზე, რომელიც არ გადასცემს მათ. ბზინვარება ყველა ლითონის საერთო საკუთრებაა, მაგრამ ის ყველაზე გამოხატულია ვერცხლში.

დღემდე, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს 96 ასეთი ქიმიური ელემენტი, თუმცა ყველა მათგანი ჯერ არ არის აღიარებული ოფიციალური მეცნიერების მიერ. ისინი იყოფა ჯგუფებად მათი დამახასიათებელი თვისებების მიხედვით. განასხვავებენ შემდეგ ლითონებს:

ტუტე - 6;

ტუტე დედამიწა - 6;

გარდამავალი - 38;

ფილტვები - 11;

ნახევრადმეტალები - 7;

ლანთანიდები - 14;

აქტინოიდები - 14.

ლითონების მიღება

შენადნობის დასამზადებლად, ჯერ ლითონი უნდა მიიღოთ ბუნებრივი საბადოდან. მშობლიური ელემენტები არის ის ნივთიერებები, რომლებიც ბუნებაში გვხვდება თავისუფალ მდგომარეობაში. მათ შორისაა პლატინი, ოქრო, კალა და ვერცხლისწყალი. ისინი გამოიყოფა მინარევებისაგან მექანიკურად ან ქიმიური რეაგენტების გამოყენებით.

სხვა ლითონების მოპოვება ხდება მათი ნაერთების დამუშავებით. ისინი გვხვდება სხვადასხვა ნამარხებში. მადანი არის მინერალები და კლდეები, რომლებიც შეიცავს ლითონის ნაერთებს ოქსიდების, კარბონატების ან სულფიდების სახით. მათი მისაღებად გამოიყენება ქიმიური დამუშავება.

ოქსიდების შემცირება ნახშირით;

თუნუქის ქვისგან კალის მიღება;

გოგირდის ნაერთების წვა სპეციალურ ღუმელებში.

მადნის ქანებიდან ლითონების მოპოვების გასაადვილებლად მათ ემატება სხვადასხვა ნივთიერებები, რომლებსაც ნაკადები ეწოდება. ისინი ხელს უწყობენ არასასურველი მინარევების მოცილებას, როგორიცაა თიხა, კირქვა, ქვიშა. ამ პროცესის შედეგად მიიღება დაბალი დნობის ნაერთები, რომელსაც წიდა ეწოდება.

თუ არსებობს მინარევების მნიშვნელოვანი რაოდენობა, მადანი მდიდრდება ლითონის დნობამდე, ზედმეტი კომპონენტების უმეტესი ნაწილის ამოღებით. ამ დამუშავების ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მეთოდებია ფლოტაციური, მაგნიტური და გრავიტაციული მეთოდები.

ტუტე ლითონები

ტუტე ლითონების მასობრივი წარმოება უფრო რთული პროცესია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ისინი ბუნებაში გვხვდება მხოლოდ ქიმიური ნაერთების სახით. ვინაიდან ისინი შემცირების აგენტები არიან, მათ წარმოებას თან ახლავს ენერგიის მაღალი ხარჯები. ტუტე ლითონების მოპოვების რამდენიმე გზა არსებობს:

ლითიუმის მიღება შესაძლებელია მისი ოქსიდიდან ვაკუუმში ან მისი ქლორიდის დნობის ელექტროლიზით, რომელიც წარმოიქმნება სპოდუმენის დამუშავების დროს.

ნატრიუმი მიიღება ნახშირით სოდის კალცინით მჭიდროდ დახურულ ჭურჭელში ან ქლორიდის დნობის ელექტროლიზით კალციუმის დამატებით. პირველი მეთოდი ყველაზე შრომატევადია.

კალიუმი მიიღება მისი მარილების დნობის ელექტროლიზით ან ნატრიუმის ორთქლის ქლორიდის გავლით. იგი ასევე წარმოიქმნება გამდნარი კალიუმის ჰიდროქსიდის და თხევადი ნატრიუმის ურთიერთქმედებით 440°C ტემპერატურაზე.

ცეზიუმი და რუბიდიუმი მოიპოვება მათი ქლორიდების შემცირებით კალციუმით 700-800 °C-ზე ან ცირკონიუმით 650 °C-ზე. ტუტე ლითონების ამ გზით წარმოება უკიდურესად ენერგო ინტენსიური და ძვირია.

განსხვავებები ლითონებსა და შენადნობებს შორის

პრაქტიკულად არ არსებობს ფუნდამენტურად მკაფიო საზღვარი ლითონებსა და მათ შენადნობებს შორის, რადგან ყველაზე სუფთა, უმარტივეს ნივთიერებებსაც კი აქვთ გარკვეული რაოდენობის მინარევები. მაშ რა განსხვავებაა მათ შორის? მრეწველობაში და ეროვნული ეკონომიკის სხვა სექტორებში გამოყენებული თითქმის ყველა ლითონი გამოიყენება შენადნობების სახით, რომლებიც მიზანმიმართულად მიიღება ძირითად ქიმიურ ელემენტში სხვა კომპონენტების დამატებით.

შენადნობები

აღჭურვილობა მოითხოვს სხვადასხვა ლითონის მასალებს. ამავდროულად, სუფთა ქიმიური ელემენტები პრაქტიკულად არ გამოიყენება, რადგან მათ არ აქვთ ადამიანებისთვის აუცილებელი თვისებები. ჩვენი საჭიროებისთვის, ჩვენ გამოვიგონეთ შენადნობების წარმოების სხვადასხვა მეთოდი. ეს ტერმინი ეხება მაკროსკოპულად ერთგვაროვან მასალას, რომელიც შედგება 2 ან მეტი ქიმიური ელემენტისგან. ამ შემთხვევაში შენადნობაში ჭარბობს ლითონის კომპონენტები. ამ ნივთიერებას აქვს საკუთარი სტრუქტურა. შენადნობებში გამოირჩევა შემდეგი კომპონენტები:

ბაზა, რომელიც შედგება ერთი ან მეტი ლითონისგან;

მოდიფიკაცია და შენადნობი ელემენტების მცირე დამატებები;

მოუხსნელი მინარევები (ტექნოლოგიური, ბუნებრივი, შემთხვევითი).

ლითონის შენადნობები არის ძირითადი სტრუქტურული მასალები. ტექნოლოგიაში 5000-ზე მეტი მათგანია.

მიუხედავად ასეთი მრავალფეროვნებისა, რკინასა და ალუმინზე დაფუძნებულ შენადნობებს ადამიანებისთვის უდიდესი მნიშვნელობა აქვთ. ისინი არიან ისეთებიც, რომლებიც ყველაზე ხშირად გვხვდება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. არსებობს სხვადასხვა ტიპის შენადნობები. უფრო მეტიც, ისინი იყოფა რამდენიმე კრიტერიუმის მიხედვით. ამრიგად, გამოიყენება შენადნობების წარმოების სხვადასხვა მეთოდი. ამ კრიტერიუმის მიხედვით ისინი იყოფა:

ჩამოსხმა, რომლებიც მიიღება შერეული კომპონენტების დნობის კრისტალიზაციით.

ფხვნილი, რომელიც წარმოიქმნება ფხვნილების ნარევის დაჭერით და შემდგომში მაღალ ტემპერატურაზე ადუღებით. უფრო მეტიც, ხშირად ასეთი შენადნობების კომპონენტებია არა მხოლოდ მარტივი ქიმიური ელემენტები, არამედ მათი სხვადასხვა ნაერთები, როგორიცაა ტიტანის ან ვოლფრამის კარბიდები მყარ შენადნობებში. მათი გარკვეული რაოდენობით დამატება ცვლის მასალებს.

ფორმაში შენადნობების წარმოების მეთოდები დასრულებული პროდუქტიან ბლანკები იყოფა:

სამსხმელო (სილუმინი, თუჯი);

დეფორმირებადი (ფოლადი);

ფხვნილი (ტიტანი, ვოლფრამი).

შენადნობის ტიპები

ლითონების წარმოების სხვადასხვა მეთოდი არსებობს და მათ მიერ წარმოებულ მასალებს განსხვავებული თვისებები აქვთ. აგრეგაციის მყარ მდგომარეობაში შენადნობებია:

ჰომოგენური (ერთგვაროვანი), რომელიც შედგება იმავე ტიპის კრისტალებისაგან. მათ ხშირად უწოდებენ ერთფაზიან.

ჰეტეროგენული (არაერთგვაროვანი), რომელსაც მრავალფაზიანი ეწოდება. მათი წარმოებისას, მყარი ხსნარი (მატრიცის ფაზა) მიიღება შენადნობის საფუძვლად. ამ ტიპის ჰეტეროგენული ნივთიერებების შემადგენლობა დამოკიდებულია მისი ქიმიური ელემენტების შემადგენლობაზე. ასეთი შენადნობები შეიძლება შეიცავდეს შემდეგ კომპონენტებს: ინტერსტიციულ და შემცვლელ მყარ ხსნარებს, ქიმიურ ნაერთებს (კარბიდები, მეტალთაშორის ნაერთები, ნიტრიდები), მარტივი ნივთიერებების კრისტალები.

შენადნობების თვისებები

მიუხედავად იმისა, თუ რა მეთოდები გამოიყენება ლითონებისა და შენადნობების წარმოებისთვის, მათი თვისებები მთლიანად განისაზღვრება ფაზების კრისტალური სტრუქტურით და ამ მასალების მიკროსტრუქტურით. თითოეული მათგანი განსხვავებულია. შენადნობების მაკროსკოპული თვისებები დამოკიდებულია მათ მიკროსტრუქტურაზე. ნებისმიერ შემთხვევაში, ისინი განსხვავდებიან მათი ფაზების მახასიათებლებისგან, რაც დამოკიდებულია მხოლოდ მასალის კრისტალურ სტრუქტურაზე. ჰეტეროგენული (მრავალფაზიანი) შენადნობების მაკროსკოპული ერთგვაროვნება მიიღება ლითონის მატრიცაში ფაზების ერთგვაროვანი განაწილების შედეგად.

შენადნობების ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა შედუღება. წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი ლითონების იდენტურია. ამრიგად, შენადნობებს აქვთ თერმული და ელექტრული გამტარობა, ელასტიურობა და არეკვლა (ბრწყინვალე).

შენადნობების სახეები

შენადნობების წარმოების სხვადასხვა მეთოდმა საშუალება მისცა ადამიანს გამოეგონა დიდი რაოდენობით ლითონის მასალები სხვადასხვა თვისებებითა და მახასიათებლებით. მათი მიზნებიდან გამომდინარე, ისინი იყოფა შემდეგ ჯგუფებად:

კონსტრუქციული (ფოლადი, დურალუმინი, თუჯი). ამ ჯგუფში ასევე შედის სპეციალური თვისებების მქონე შენადნობები. ასე რომ, ისინი განსხვავდებიან შინაგანი უსაფრთხოების ან ხახუნის საწინააღმდეგო თვისებებით. მათ შორისაა სპილენძი და ბრინჯაო.

საკისრების შევსებისთვის (ბაბიტი).

ელექტრო გათბობის და საზომი მოწყობილობებისთვის (ნიკრომი, მანგანინი).

საჭრელი იარაღების წარმოებისთვის (გაიმარჯვებს).

წარმოებაში ადამიანები იყენებენ აგრეთვე ლითონის სხვა მასალებს, როგორიცაა დნობადი, სითბოს მდგრადი, კოროზიისადმი მდგრადი და ამორფული შენადნობები. ასევე ფართოდ გამოიყენება მაგნიტები და თერმოელექტრები (ბისმუტის, ტყვიის, ანტიმონის და სხვათა ტელურიდები და სელენიდები).

რკინის შენადნობები

დედამიწაზე დნობის თითქმის მთელი რკინა გამოიყენება უბრალო და რკინის დასამზადებლად, ასევე გამოიყენება თუჯის წარმოებაში. რკინის შენადნობებმა პოპულარობა მოიპოვეს იმის გამო, რომ მათ აქვთ ადამიანებისთვის სასარგებლო თვისებები. ისინი მიიღეს მარტივი ქიმიური ელემენტის სხვადასხვა კომპონენტის დამატებით. ასე რომ, იმისდა მიუხედავად, რომ სხვადასხვა რკინის შენადნობები მზადდება ერთი და იგივე ნივთიერების საფუძველზე, ფოლადსა და თუჯს განსხვავებული თვისებები აქვთ. ამის წყალობით, ისინი პოულობენ გამოყენების სხვადასხვა სფეროს. ფოლადების უმეტესობა უფრო მყარია ვიდრე თუჯის. სხვადასხვა მეთოდებიამ ლითონების მოპოვება შესაძლებელს ხდის მოპოვებას სხვადასხვა ჯიშებიამ რკინის შენადნობების (კლასები).

შენადნობების თვისებების გაუმჯობესება

გარკვეული ლითონებისა და სხვა ქიმიური ელემენტების შერწყმით, შესაძლებელია გაუმჯობესებული მახასიათებლების მქონე მასალების მიღება. მაგალითად, სუფთა ალუმინი არის 35 მპა. ამ ლითონის შენადნობის წარმოებისას სპილენძით (1.6%), თუთიით (5.6%), მაგნიუმით (2.5%), ეს მაჩვენებელი აღემატება 500 მპა-ს.

სხვადასხვა ქიმიკატების სხვადასხვა პროპორციით შერწყმით, შეიძლება მიღებულ იქნას მეტალის მასალები გაუმჯობესებული მაგნიტური, თერმული ან ელექტრული თვისებებით. ამ პროცესში მთავარ როლს ასრულებს შენადნობის სტრუქტურა, რომელიც არის მისი კრისტალების განაწილება და ატომებს შორის ობლიგაციების ტიპი.

ფოლადები და თუჯები

ეს შენადნობები მიიღება ნახშირბადით (2%). შენადნობი მასალების წარმოებისას მათ ემატება ნიკელი, ქრომი და ვანადიუმი. ყველა ჩვეულებრივი ფოლადი იყოფა ტიპებად:

ნახშირბადის დაბალი შემცველობა (0,25% ნახშირბადი) გამოიყენება სხვადასხვა სტრუქტურების დასამზადებლად;

ნახშირბადის მაღალი შემცველობა (0,55%-ზე მეტი) განკუთვნილია საჭრელი ხელსაწყოების წარმოებისთვის.

სხვადასხვა კლასის შენადნობის ფოლადები გამოიყენება მექანიკურ ინჟინერიაში და სხვა პროდუქტებში.

რკინისა და ნახშირბადის შენადნობას, რომლის პროცენტული მაჩვენებელია 2-4%, თუჯს უწოდებენ. ეს მასალა ასევე შეიცავს სილიკონს. კარგი მექანიკური თვისებების მქონე სხვადასხვა პროდუქტი ჩამოსხმულია თუჯისგან.

ფერადი ლითონები

რკინის გარდა სხვა ქიმიური ელემენტები გამოიყენება სხვადასხვა ლითონის მასალის დასამზადებლად. მათი კომბინაციის შედეგად მიიღება ფერადი შენადნობები. ადამიანების ცხოვრებაში, მასალები დაფუძნებულია:

სპილენძი, რომელსაც სპილენძი ჰქვია. ისინი შეიცავს 5-45% თუთიას. თუ მისი შემცველობა 5-20%-ია, მაშინ სპილენძს წითელს უწოდებენ, ხოლო თუ 20-36%-ს - ყვითელს. არსებობს სპილენძის შენადნობები სილიციუმის, კალის, ბერილიუმის და ალუმინის. მათ ბრინჯაოს უწოდებენ. ასეთი შენადნობების რამდენიმე სახეობა არსებობს.

ტყვია, რომელიც არის ჩვეულებრივი შედუღება (მესამე). ამ შენადნობაში ამ ქიმიური ნივთიერების 1 ნაწილი შეიცავს კალის 2 ნაწილს. საკისრების წარმოებაში გამოიყენება ბაბიტი, რომელიც წარმოადგენს ტყვიის, კალის, დარიშხანის და ანტიმონის შენადნობას.

ალუმინი, ტიტანი, მაგნიუმი და ბერილიუმი, რომლებიც მსუბუქი ფერადი შენადნობებია მაღალი სიმტკიცით და შესანიშნავი მექანიკური თვისებებით.

მოპოვების მეთოდები

ლითონებისა და შენადნობების წარმოების ძირითადი მეთოდები:

სამსხმელო, რომელშიც ხდება სხვადასხვა გამდნარი კომპონენტის გამაგრება. შენადნობების მისაღებად გამოიყენება ლითონების წარმოების პირომეტალურგიული და ელექტრომეტალურგიული მეთოდები. პირველ ვარიანტში საწვავის წვის დროს მიღებული თერმული ენერგია გამოიყენება ნედლეულის გასათბობად. პირომეტალურგიული მეთოდი აწარმოებს ფოლადს ღია ღუმელში და თუჯს აფეთქებულ ღუმელებში. ელექტრომეტალურგიულ მეთოდში ნედლეულის გაცხელება ხდება ინდუქციურ ან ელექტრული რკალის ღუმელში. ამ შემთხვევაში ნედლეული ძალიან სწრაფად დნება.

ფხვნილი, რომელშიც მისი კომპონენტების ფხვნილები გამოიყენება შენადნობის დასამზადებლად. დაწნეხვის წყალობით მათ აძლევენ გარკვეულ ფორმას და შემდეგ ადუღებენ სპეციალურ ღუმელებში.

ლითონებისა და შენადნობების წარმოების ტექნოლოგია

ლითონებისა და მათი შენადნობების წარმოების ტექნოლოგიას ე.წ მეტალურგია . მეტალურგია იყოფა ფერად - რკინისა და მისი შენადნობების წარმოებად და ფერადი - სხვა ლითონების წარმოებად.

ლითონების მისაღებად ნედლეული არის მადნები. რუდამი არის ქანები, რომელთა დამუშავება ტექნიკურად შესაძლებელია და ეკონომიკურად შესაძლებელია მათში შემავალი ლითონების მოსაპოვებლად.

როგორც წესი, ლითონის წარმოება ხდება ორ ძირითად ეტაპად:

ნედლეულის წინასწარი მომზადება.

ნედლეულის წინასწარი მომზადების პროცესში მნიშვნელოვანი ეტაპია მადნის გამდიდრება - ნარჩენი ქანების მინარევების მოცილება (მაგალითად, კვარცი, ფელდსპარი და სხვ.). გამდიდრების შემდეგ მადანში სასარგებლო კომპონენტის შემცველობა იზრდება.

ნარჩენი ქანებისგან მადნის გასაწმენდად, ფიზიკური მეთოდები გამოიყენება ნივთიერებების ნარევების გამოსაყოფად, ნარევის კომპონენტების თვისებებში განსხვავებულობის საფუძველზე. რკინის მადნის გამდიდრებისას, მაგნეტიტი (Fe 3 O 4) გამოიყოფა განგისგან. მაგნიტი.

ზოგიერთი საბადო შეიძლება გამდიდრდეს მეთოდის გამოყენებით ფლოტაციამადნის სასარგებლო კომპონენტისა და ნარჩენი ქანების დამსველებადობის სხვაობაზე დაყრდნობით.

ბევრი ლითონი ბუნებაში გვხვდება სულფიდური მადნის სახით. შემდეგ, პირველ ეტაპზე, ასეთ ნედლეულს ექვემდებარება გამოწვა. მაგალითად, რკინის პირიტების გამოწვისას წარმოიქმნება რკინის (II) ოქსიდი, რომელიც გადადის წარმოების შემდეგ ეტაპზე და გოგირდის დიოქსიდი: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + + 8SO 2.

2. თავად ლითონის აღდგენა ნედლეულისგან .

მეორე ეტაპზე ტარდება დაჟანგვა-აღდგენითი რეაქცია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ლითონი. ნახშირი (კოქსი), ნახშირბადის მონოქსიდი (CO) და წყალბადი გამოიყენება როგორც შემცირების აგენტები. ზოგიერთ შემთხვევაში, შემცირება ხორციელდება ელექტროლიზით.

ლითონებისა და შენადნობების წარმოების მეთოდები

მიიღება ლითონები და შენადნობები სხვადასხვა გზები. (ბერძნული "პიროდან" - ცეცხლი და მეტალურგია).

1. პირომეტალურგიული მეთოდი (ბერძნულიდან "პირო" - ცეცხლი და მეტალურგია). ამ გზით ლითონებისა და შენადნობების წარმოება ეფუძნება თერმული ენერგიის გამოყენებას, რომელიც გამოიყოფა საწვავის წვის ან ნედლეულში ქიმიური რეაქციების წარმოქმნის დროს. საწვავის წვის დროს გამოიყოფა თერმული ენერგია და წარმოიქმნება CO. თერმული ენერგია გამოიყენება ნედლეულის გასათბობად და დნობისთვის, ხოლო CO გამოიყენება ლითონების აღსადგენად მათი ნაერთებიდან (ოქსიდები). პირომეტალურგიული მეთოდით აწარმოებენ თუჯს აფეთქებულ ღუმელებში, ფოლადს ღია ღუმელებში და ა.შ.

2. ელექტრომეტალურგიული მეთოდი. ელექტრომეტალურგიულ პროცესში ლითონები და შენადნობები იწარმოება რკალის, ინდუქციური და სხვა ტიპის ელექტრო ღუმელებში. ელექტრო ღუმელებში ნედლეული თბება უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, ვიდრე პირომეტალურგიულ პროცესში. ნედლეული ძალიან სწრაფად დნება.

3. პლაზმური მეთოდი. პლაზმური მეტალურგიის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ 10000 C ტემპერატურაზე ლითონის ოქსიდები გარდაიქმნება პლაზმაში გარკვეული იონიზაციის ხარისხით. ვინაიდან ლითონის ატომების იონიზაციის ენერგია ნაკლებია ჟანგბადის ატომების იონიზაციის ენერგიაზე, ასეთ პლაზმაში ლითონის ატომები იონიზებულია, ხოლო ჟანგბადის ატომები ნეიტრალური რჩება.

ლითონის იონები ამოღებულია მიღებული ნარევიდან მაგნიტური ველის გამოყენებით. პლაზმური ღუმელები აწარმოებენ ვოლფრამს, მოლიბდენს, სინთეზირებენ ტიტანის კარბიდს და ა.შ. ეს მეთოდი გამოიყენება ძალიან მაღალი ხარისხის ლითონებისა და შენადნობების წარმოებისთვის.

4. ქიმიურ-მეტალურგიული მეთოდი. ეს მეთოდი აერთიანებს ქიმიურ და მეტალურგიულ პროცესებს. ტიტანი იწარმოება ამ გზით: ტიტანის ტეტრაქლორიდი (TiCI 4) მიიღება ტიტანის მადნიდან, რომელიც მცირდება მაგნიუმით (Mg).

5. ჰიდრომეტალურგიული მეთოდი. ამ მეთოდით ლითონები ამოღებულია მადნებიდან, კონცენტრატებიდან და წარმოების ნარჩენებიდან გამხსნელების გამოყენებით. შემდეგ ამ ხსნარებიდან ლითონები მიიღება ელექტროლიზით. ასე იწარმოება და იხვეწება ფერადი ლითონები: სპილენძი, თუთია, ნიკელი, კობალტი, ქრომი, ვერცხლი, ოქრო და ა.შ.

ლითონების წარმოება ჰიდრომეტალურგიული მეთოდით შედგება შემდეგი ეტაპებისაგან: მადნის მომზადება გასახსნელად; მადნის და კონცენტრატის დაშლა გამხსნელში; მიღებული ხსნარის გაწმენდა ელექტროლიზისთვის მავნე მინარევებისაგან; ელექტროლიზი.

6. ფხვნილის მეტალურგია. ეს მეთოდი აერთიანებს პროცესებს, რომელთა შედეგად წარმოიქმნება ლითონებისა და არალითონური ნაერთების ფხვნილები, საიდანაც პროდუქტები (ბლანკები, ნაწილები და ა.შ.) მზადდება დაჭერით (ფორმისა და ზომის მისაცემად), რასაც მოჰყვება აგლომერაცია.

მრეწველობაში ლითონების მოპოვების რამდენიმე გზა არსებობს. მათი გამოყენება დამოკიდებულია მიღებული ელემენტისა და გამოყენებული ნედლეულის ქიმიურ აქტივობაზე. ზოგიერთი ლითონი ბუნებაში გვხვდება სუფთა სახით, ზოგი კი მოითხოვს კომპლექსურ ტექნოლოგიურ პროცედურებს მათი იზოლირებისთვის. ზოგიერთი ელემენტის მოპოვებას რამდენიმე საათი სჭირდება, ზოგი კი მრავალწლიან დამუშავებას მოითხოვს. განსაკუთრებული პირობები. ლითონების მიღების საერთო მეთოდები შეიძლება დაიყოს შემდეგ კატეგორიებად: შემცირება, გამოწვა, ელექტროლიზი, დაშლა.

ასევე არსებობს იშვიათი ელემენტების მოპოვების სპეციალური მეთოდები, რაც გულისხმობს შექმნას განსაკუთრებული პირობებიდამუშავების გარემოში. ეს შეიძლება მოიცავდეს სტრუქტურული გისოსის იონურ დეკრისტალიზაციას ან, პირიქით, კონტროლირებად პოლიკრისტალიზაციის პროცესს, რომელიც საშუალებას აძლევს წარმოქმნას კონკრეტული იზოტოპი, რადიოაქტიური დასხივება და სხვა არასტანდარტული ექსპოზიციის პროცედურები. ისინი საკმაოდ იშვიათად გამოიყენება მათი მაღალი ღირებულებისა და ნაკლებობის გამო პრაქტიკული გამოყენებაშერჩეული ელემენტები. ამიტომ, მოდით უფრო დეტალურად ვისაუბროთ მთავარზე სამრეწველო მეთოდებილითონების მიღება. ისინი საკმაოდ მრავალფეროვანია, მაგრამ ყველა დაფუძნებულია ქიმიური ან ფიზიკური თვისებებიგარკვეული ნივთიერებები.

ლითონების მიღების ძირითადი მეთოდები

ლითონების მიღების ერთ-ერთი მთავარი გზაა მათი ოქსიდებისგან შემცირება. ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ლითონის ნაერთი, რომელიც გვხვდება ბუნებაში. შემცირების პროცესი ხდება აფეთქების ღუმელებში მაღალ ტემპერატურაზე და მეტალის ან არამეტალის შემცირების აგენტების მონაწილეობით. ლითონებიდან გამოიყენება მაღალი ქიმიური აქტივობის ელემენტები, მაგალითად, კალციუმი, მაგნიუმი, ალუმინი.

არალითონურ ნივთიერებებს მიეკუთვნება ნახშირბადის მონოქსიდი, წყალბადი და კოქსის ნახშირი. შემცირების პროცედურის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ უფრო აქტიური ქიმიური ელემენტი ან ნაერთი ცვლის ლითონს ოქსიდიდან და რეაგირებს ჟანგბადთან. ამრიგად, გამომავალი არის ახალი ოქსიდი და სუფთა ლითონი. ეს არის ლითონების წარმოების ყველაზე გავრცელებული მეთოდი თანამედროვე მეტალურგიაში.

გამოწვა სუფთა ელემენტის მიღების მხოლოდ შუალედური მეთოდია. იგი გულისხმობს ლითონის სულფიდის წვას ჟანგბადის გარემოში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ოქსიდი, რომელიც შემდეგ ექვემდებარება შემცირების პროცედურას. ეს მეთოდი ასევე საკმაოდ ხშირად გამოიყენება, რადგან სულფიდური ნაერთები ბუნებაში ფართოდ არის გავრცელებული. სუფთა ლითონის პირდაპირი წარმოება მისი გოგირდის ნაერთებიდან არ გამოიყენება ტექნოლოგიური პროცესის სირთულისა და მაღალი ღირებულების გამო. გაცილებით ადვილი და სწრაფია ორმაგი დამუშავების განხორციელება, როგორც ზემოთ აღინიშნა.

ელექტროლიზი, როგორც ლითონების წარმოების მეთოდი, გულისხმობს დენის გავლას გამდნარი ლითონის ნაერთში. პროცედურის შედეგად კათოდზე ილექება სუფთა ლითონი, ხოლო ანოდზე სხვა ნივთიერებები. ეს მეთოდი გამოიყენება ლითონის მარილებისთვის. მაგრამ ეს არ არის უნივერსალური ყველა ელემენტისთვის. მეთოდი შესაფერისია ტუტე ლითონებისა და ალუმინის წარმოებისთვის. ეს გამოწვეულია მათი მაღალი ქიმიური აქტივობით, რაც ელექტრული დენის გავლენით აადვილებს კავშირებში დამყარებული ბმების გაწყვეტას. ზოგჯერ ლითონების მოპოვების ელექტროლიტური მეთოდი გამოიყენება ტუტე მიწის ელემენტებისთვის, მაგრამ ისინი აღარ ექვემდებარებიან თავს ამ დამუშავებას და ზოგიერთი მთლიანად არ წყვეტს კავშირს არალითონთან.

ბოლო მეთოდი - დაშლა ხდება მაღალი ტემპერატურის გავლენის ქვეშ, რაც შესაძლებელს ხდის ელემენტებს შორის ბმების გაწყვეტას მოლეკულურ დონეზე. თითოეულ კავშირს დასჭირდება საკუთარი ტემპერატურის დონე, მაგრამ ზოგადად მეთოდი არ შეიცავს რაიმე ხრიკს ან მახასიათებელს. ერთადერთი წერტილი: დამუშავების შედეგად მიღებულ ლითონს შეიძლება დასჭირდეს აგლომერაციის პროცედურა. მაგრამ ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ თითქმის 100% სუფთა პროდუქტი, რადგან კატალიზატორები და სხვა ქიმიკატები არ გამოიყენება მისი განხორციელებისთვის. მეტალურგიაში ლითონების წარმოების მეთოდებს ეწოდება პირომეტალურგიული, ჰიდრომეტალურგიული, ელექტრომეტალურგიული და თერმული დაშლა. ეს არის ზემოთ მოყვანილი ოთხი მეთოდი, დასახელებული მხოლოდ არა ქიმიური, არამედ სამრეწველო ტერმინოლოგიის მიხედვით.

როგორ იღებენ ლითონს ინდუსტრიაში

ლითონის წარმოების მეთოდი დიდწილად დამოკიდებულია მის განაწილებაზე დედამიწის ნაწლავებში. მოპოვება ძირითადად ხდება მადნის სახით ელემენტების გარკვეული პროცენტით. მაღალი ხარისხის მადნები შეიძლება შეიცავდეს 90%-მდე ლითონს. დაბალი ხარისხის მადნები, რომლებიც შეიცავს ნივთიერების მხოლოდ 20-30%-ს, გადამუშავებამდე იგზავნება გადამამუშავებელ ქარხანაში.

ბუნებაში მხოლოდ კეთილშობილური ლითონები გვხვდება სუფთა სახით და მოიპოვება ნაგლეჯის სახით. სხვადასხვა ზომის. ქიმიურად აქტიური ელემენტები გვხვდება ან მარტივი მარილების სახით, ან პოლიელემენტური ნაერთების სახით, რომლებსაც აქვთ ძალიან რთული ქიმიური სტრუქტურა, მაგრამ ზოგადად საკმაოდ უბრალოდ იშლება მათ კომპონენტებად გარკვეული გავლენის ქვეშ. საშუალო და დაბალი აქტივობის ლითონები ბუნებრივ პირობებში ქმნიან ოქსიდებს და სულფიდებს. ნაკლებად ხშირად, ისინი გვხვდება მჟავა-ლითონის რთულ ნაერთებში.

სუფთა ლითონის მიღებამდე ხშირად ტარდება ერთი ან რამდენიმე პროცედურა რთული ნივთიერებების უფრო მარტივებად დაშლის მიზნით. ბევრად უფრო ადვილია ერთი პროდუქტის გამოყოფა ორ ელემენტიანი ნაერთისგან, ვიდრე მრავალელემენტიანი კომპლექსური წარმონაქმნისგან. გარდა ამისა ტექნოლოგიური პროცესიმოითხოვს ფრთხილად კონტროლს, რომლის მიღწევაც ძალიან რთულია როდის ჩვენ ვსაუბრობთო დიდი რაოდენობითმინარევები სხვადასხვა თვისებებით.

რაც შეეხება საკითხის ეკოლოგიურ მხარეს, ლითონების წარმოების ელექტროქიმიური მეთოდი შეიძლება ჩაითვალოს ყველაზე სუფთად, რადგან მისი განხორციელების დროს ატმოსფეროში არ გამოიყოფა ნივთიერებები. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მეტალურგია არის ერთ-ერთი ყველაზე მავნე ინდუსტრია ბუნებისთვის თანამედროვე სამყაროდიდი ყურადღება ექცევა უნაყოფო აღჭურვილობის შექმნის პრობლემას.

უკვე ბევრმა ქარხანამ მიატოვა ღია ღუმელის გამოყენება უფრო თანამედროვე ელექტრო მოდელების სასარგებლოდ. ისინი მოიხმარენ ბევრად მეტ ენერგიას, მაგრამ არ გამოყოფენ საწვავის წვის პროდუქტებს ატმოსფეროში. ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია ლითონების გადამუშავება. ამ მიზნით ყველა ქვეყანაში აღჭურვილია სპეციალური შემგროვებელი პუნქტები, სადაც შეგიძლიათ ჩააბაროთ შავი და ფერადი ლითონებისგან დამზადებული მეორადი ნაწილები, რომლებიც შემდეგ გადასამუშავებლად გაიგზავნება. მომავალში ისინი მზადდება ახალი პროდუქტი, რომლის გამოყენება შესაძლებელია მისი დანიშნულებისამებრ.

ლითონების მოპოვების მეთოდები ჩვეულებრივ იყოფა სამ ტიპად:

• პირომეტალურგიული (შემცირება მაღალ ტემპერატურაზე);
• ჰიდრომეტალურგიული (ხსნარებში მარილების შემცირება);
• ელექტრომეტალურგიული (ხსნარის ან დნობის ელექტროლიზი).

პირომეტალურგიულად მიღებული(მაღალ ტემპერატურაზე მადნებიდან ლითონების მოპოვების მეთოდები. ოქსიდის მადნები და ოქსიდები მცირდება ნახშირით, ნახშირბადის მონოქსიდით (II), სხვა აქტიური ლითონები(ალუმინი, მაგნიუმი)): თუჯი, ფოლადი, სპილენძი, ტყვია, ნიკელი, ქრომი და სხვა ლითონები.

FeO + C –> Fe + CO

Fe2O3 + 2Al –> 2Fe + Al2O3

ჰიდრომეტალურგიულად მიღებული(ხსნარებში მიმდინარე ქიმიურ რეაქციებზე დაფუძნებული ლითონების მიღების მეთოდები ) : ოქრო, თუთია, ნიკელი და ზოგიერთი სხვა ლითონი.

CuSO4 + Fe –> FeSO4 + Cu

ელექტრომეტალურგიულად მიღებული(ლითონების გამოყოფა მათი მარილებისგან და ოქსიდებისგან ელექტრული დენის გავლენის ქვეშ ) : ტუტე და მიწის ტუტე ლითონები, ალუმინი, მაგნიუმი და სხვა ლითონები.

ქიმიური ნივთიერებების წარმოების ტექნოლოგიის შემუშავებისას გამოიყენება თერმოდინამიკის, კინეტიკის, სითბოს ინჟინერიის, ფიზიკურ-ქიმიური ანალიზის კანონები და ა.შ., ბუნებრივია, გათვალისწინებულია ეკონომიკური პირობებიც. თუ რეაქცია შექცევადია, მიმართეთ Le Chatelier-ის პრინციპი:

თუ წონასწორობის სისტემაზე გავლენას ახდენს გარედან, მაშინ სისტემაში წონასწორობა გადაინაცვლებს რეაქციისკენ (პირდაპირი ან საპირისპირო), რაც იწვევს ამ გავლენის ნაწილობრივ კომპენსაციას.

ქიმიური მეთოდები ასევე გამოიყენება ემისიების გასასუფთავებლად, ასევე ჩამდინარე წყლებიქიმიური წარმოება

ლითონების მიღების ზოგადი მეთოდები

1. ლითონების შემცირება ოქსიდებიდან ნახშირით ან ნახშირბადის მონოქსიდით

მე x O y + C = CO 2 + Me,

მე x O y + C = CO + მე,

მე x O y + CO = CO 2 + მე

Მაგალითად,

ZnO y + C t = CO + Zn

Fe 3 O 4 + 4CO t = 4CO 2 + 3Fe

MgO + C ტ= მგ + CO

2. სულფიდების გამოწვა, რასაც მოჰყვება შემცირება (თუ ლითონი არის საბადოში მარილის ან ფუძის სახით, მაშინ ეს უკანასკნელი ჯერ ოქსიდად გარდაიქმნება)

1 ეტაპი– Me x S y +O 2 =Me x O y +SO 2

2 ეტაპი- Me x O y + C = CO 2 + Meანმე x O y + CO = CO 2 + მე

Მაგალითად,

2 ZnS + 3 ო 2 ტ= 2 ZnO + 2 ᲘᲡᲔ 2

MgCO 3 t = MgO + CO 2

3 ალუმინოთერმია (იმ შემთხვევებში, როდესაც შეუძლებელია ნახშირის ან ნახშირბადის მონოქსიდის შემცირება კარბიდის ან ჰიდრიდის წარმოქმნის გამო)

Me x O y + Al = Al 2 O 3 + Me

Მაგალითად,

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

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

2 ალ + 3 BaO ტ= 3 ბა + ალ 2 ო 3 (მიიღეთ მაღალი სისუფთავის ბარიუმი)

4. ჰიდროთერმია - მაღალი სისუფთავის ლითონების წარმოებისთვის

მე x O y + H 2 = H 2 O + Me

Მაგალითად,

WO 3 + 3H 2 t = W + 3H 2 O

MoO 3 + 3H 2 t = Mo + 3H 2 O

5. ლითონის აღდგენა ელექტრო შოკი(ელექტროლიზი)

ა) ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონები მიღებული ინდუსტრიაში ელექტროლიზით გამდნარი მარილები (ქლორიდები):

2 NaCl – დნება, ელექტრო მიმდინარე. → 2 Na+Cl2

CaCl2 – დნება, ელექტრო მიმდინარე. → Ca+Cl2

დნება ჰიდროქსიდი:

4 NaOH – დნება, ელექტრო მიმდინარე. → 4 Na + O 2 + 2 H 2 O (!!! გამოიყენება ზოგჯერ ამისთვის ნა)

ბ) ალუმინის ინდუსტრიაში იგი მიიღება ელექტროლიზით ალუმინის ოქსიდის დნება კრიოლიტში Na 3 AlF 6 (ბოქსიტიდან):

2 Al 2 O 3 – დნება კრიოლიტში, ელექტრ. მიმდინარე. → 4 Al + 3 O 2

IN) მარილის წყალხსნარების ელექტროლიზი გამოყენება შუალედური აქტივობის და არააქტიური ლითონების მისაღებად:

2 CuSO 4 +2 H 2 O – ხსნარი, ელექტრო. მიმდინარე. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4 3