Металлыг яаж олж авахгүй байх вэ? Металл олж авах ерөнхий аргууд. Байгаль дахь металлууд
Металл нь байгальд голчлон нэгдлийн хэлбэрээр байдаг. Зөвхөн химийн идэвхжил багатай металууд (эрхэм металлууд) байгальд чөлөөт төлөвт (цагаан алт, алт, зэс, мөнгө, мөнгөн ус) байдаг. Бүтцийн металлуудаас зөвхөн төмөр, хөнгөн цагаан, магни нь байгальд нэгдлийн хэлбэрээр хангалттай хэмжээгээр агуулагддаг. Тэд харьцангуй баялаг хүдрийн зузаан ордуудыг үүсгэдэг. Энэ нь тэднийг их хэмжээгээр хураахад хялбар болгодог.
Нэгдлүүд дэх металууд исэлдсэн төлөвт (эерэг исэлдэлтийн төлөвтэй) байдаг тул тэдгээрийг чөлөөт төлөвт олж авах нь бууралтын процесст хүргэдэг.
Энэ процессыг химийн болон цахилгаан химийн аргаар хийж болно.
Химийн бодисыг багасгахад нүүрстөрөгч эсвэл нүүрстөрөгчийн (II) дан ислийг ихэвчлэн устөрөгч, идэвхтэй металл, цахиур зэрэг бууруулагч болгон ашигладаг. Нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн (II) тусламжтайгаар төмрийг (домен зууханд), олон өнгөт метал (цагаан тугалга, хар тугалга, цайр гэх мэт) үйлдвэрлэдэг.
Жишээлбэл, вольфрам (VI) ислээс вольфрам үйлдвэрлэхэд устөрөгчийн бууралтыг ашигладаг.
Устөрөгчийг багасгах бодис болгон ашиглах нь үүссэн металлын хамгийн өндөр цэвэршилтийг баталгаажуулдаг. Устөрөгчийг маш цэвэр төмөр, зэс, никель болон бусад металлыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Металлыг бууруулах бодис болгон ашигладаг металл үйлдвэрлэх аргыг нэрлэдэг металлотермик . Энэ аргын хувьд идэвхтэй металлыг бууруулагч болгон ашигладаг. Металлотермик урвалын жишээ:
алюминотерми:
Магнитерми:
Металл үйлдвэрлэх металлотермик туршилтыг анх 19-р зуунд Оросын эрдэмтэн Н.Н.Бекетов хийсэн.
Металлыг ихэвчлэн тэдгээрийн исэлийг багасгах замаар олж авдаг бөгөөд энэ нь эргээд холбогдох байгалийн хүдрээс тусгаарлагддаг. Хэрэв хүдэр нь сульфидын эрдэс бодис юм бол сүүлийнх нь исэлдэлтийн шаталтанд өртдөг, жишээлбэл:
Металлын цахилгаан химийн үйлдвэрлэлийг холбогдох нэгдлүүдийн хайлмал электролизээр гүйцэтгэдэг. Ийм аргаар хамгийн идэвхтэй металлууд, шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металууд, хөнгөн цагаан, магни зэргийг олж авдаг.
Цахилгаан химийн бууралтыг мөн ашигладаг цэвэршүүлэх бусад аргаар олж авсан "түүхий" металл (зэс, никель, цайр гэх мэт) (цэвэршүүлэх). Электролитийн аргаар цэвэршүүлэх явцад "барзгар" (бохирдолтой) металлыг анод болгон, энэ металлын нэгдлүүдийн уусмалыг электролит болгон ашигладаг.
Металл олж авах аргуудыг ашиглан хийдэг өндөр температураа, тэд дууддаг пирометаллургийн (Грек хэлээр пир - гал). Эдгээр аргуудын ихэнх нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. XIX-XX зууны төгсгөлд. хөгжиж эхэлнэ гидрометаллургийн металл олж авах арга (Грек хэлээр Hydor - ус). Эдгээр аргуудын тусламжтайгаар хүдрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг усан уусмал руу шилжүүлж, дараа нь металыг электролитийн эсвэл химийн аргаар ангижруулдаг. Жишээлбэл, зэсийг ингэж авдаг. Зэс (II) оксид CuO агуулсан зэсийн хүдрийг шингэрүүлсэн хүхрийн хүчлээр боловсруулдаг.
Зэсийг багасгахын тулд үүссэн зэс (II) сульфатын уусмалыг электролиз хийх эсвэл уусмалыг төмрийн нунтагт оруулна.
Гидрометаллургийн арга нь газрын гүнээс хүдэр олборлохгүйгээр бүтээгдэхүүн авах боломжтой учраас их ирээдүйтэй. (Нүүрсийг далд хийжүүлэх замаар металл авах гидрометаллургийн аргын давуу талыг харьцуул.)
Түүний дотор Өдөр тутмын амьдралянз бүрийн металлаар хүрээлэгдсэн. Бидний хэрэглэдэг ихэнх эд зүйлс эдгээр химийн бодисуудыг агуулдаг. Хүмүүс өөр өөр зүйл олж мэдсэн учраас энэ бүхэн болсон янз бүрийн арга замуудметалл авах.
Металл гэж юу вэ
Органик бус хими нь хүмүүсийн хувьд эдгээр үнэ цэнэтэй бодисуудтай холбоотой байдаг. Металл үйлдвэрлэл нь хүмүүст бидний амьдралыг сайжруулах илүү дэвшилтэт технологийг бий болгох боломжийг олгодог. Тэд юу вэ? Металл олж авах ерөнхий аргуудыг авч үзэхээсээ өмнө тэдгээр нь юу болохыг ойлгох шаардлагатай. Металл нь дараах шинж чанартай энгийн бодис хэлбэрийн химийн элементүүдийн бүлэг юм.
Дулаан ба цахилгаан дамжуулалт;
Өндөр уян хатан чанар;
Гэрэлтэх.
Хүн тэдгээрийг бусад бодисоос амархан ялгаж чаддаг. Бүх металлын онцлог шинж чанар нь тусгай гялалзах явдал юм. Энэ нь гэрлийн цацрагийг дамжуулдаггүй гадаргуу дээр тусгах замаар олж авдаг. Гялалзах нь бүх металлын нийтлэг шинж чанар боловч мөнгөнд хамгийн тод илэрдэг.
Өнөөдрийг хүртэл эрдэмтэд 96 ийм химийн элементийг нээсэн боловч бүгдийг нь албан ёсны шинжлэх ухаан хүлээн зөвшөөрөөгүй байна. Тэдний онцлог шинж чанараас хамааран тэдгээрийг бүлэгт хуваадаг. Дараахь металлуудыг ялгадаг.
шүлтлэг - 6;
Шүлтлэг дэлхий - 6;
Шилжилтийн - 38;
Уушиг - 11;
Хагас металл - 7;
лантанидууд - 14;
Актиноидууд - 14.
Металл олж авах
Хайлш хийхийн тулд эхлээд байгалийн хүдрээс метал авах ёстой. Төрөлхийн элементүүд нь байгальд чөлөөт төлөвт байдаг бодисууд юм. Үүнд цагаан алт, алт, цагаан тугалга, мөнгөн ус орно. Тэдгээрийг механик аргаар эсвэл химийн урвалж ашиглан хольцоос тусгаарладаг.
Бусад металлыг нэгдлүүдийг нь боловсруулж гаргаж авдаг. Тэд янз бүрийн олдворуудаас олддог. Хүдэр нь ашигт малтмал ба чулуулаг, исэл, карбонат эсвэл сульфид хэлбэрээр металлын нэгдлүүдийг агуулсан. Тэдгээрийг олж авахын тулд химийн боловсруулалт хийдэг.
Ислийг нүүрсээр бууруулах;
Цагаан тугалга чулуунаас цагаан тугалга авах;
Тусгай зууханд хүхрийн нэгдлүүдийг шатаах.
Хүдрийн чулуулгаас металл гаргаж авах ажлыг хөнгөвчлөхийн тулд тэдгээрт флюс гэж нэрлэгддэг янз бүрийн бодисуудыг нэмдэг. Эдгээр нь шавар, шохойн чулуу, элс гэх мэт хүсээгүй хольцыг арилгахад тусалдаг. Энэ процессын үр дүнд шаар гэж нэрлэгддэг бага хайлдаг нэгдлүүдийг гаргаж авдаг.
Хэрэв их хэмжээний хольц байгаа бол метал хайлуулахын өмнө ихэнх шаардлагагүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зайлуулж хүдрийг баяжуулдаг. Энэхүү боловсруулалтын хамгийн өргөн хэрэглэгддэг аргууд нь флотаци, соронзон, таталцлын аргууд юм.
Шүлтлэг металлууд
Шүлтлэг металлыг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх нь илүү төвөгтэй процесс юм. Энэ нь байгальд зөвхөн химийн нэгдлүүдийн хэлбэрээр байдагтай холбоотой юм. Эдгээр нь бууруулагч бодис учраас тэдгээрийн үйлдвэрлэл нь эрчим хүчний өндөр өртөгтэй байдаг. Шүлтлэг металлыг гаргаж авах хэд хэдэн арга байдаг.
Лити нь вакуум дахь ислээс эсвэл сподуменыг боловсруулах явцад үүссэн хлоридын хайлмалаас электролиз хийх замаар олж авч болно.
Натри нь нягт хаалттай тигелд нүүрсээр натри шохойжуулж эсвэл кальци нэмсэн хлоридын хайлмал электролизээр гаргаж авдаг. Эхний арга нь хамгийн их хөдөлмөр шаарддаг.
Кали нь түүний давсны хайлмал электролиз эсвэл натрийн уурыг хлоридоор дамжуулж олж авдаг. Мөн хайлсан калийн гидроксид ба шингэн натрийн харилцан үйлчлэлээр 440°С-ийн температурт үүсдэг.
Цезий, рубидиумыг 700-800 0С-т кальци эсвэл 650 0С-т циркониар хлоридыг нь багасгаж олборлодог. Ийм аргаар шүлтлэг металл үйлдвэрлэх нь маш их эрчим хүч шаарддаг бөгөөд өндөр өртөгтэй байдаг.
Металл ба хайлшийн ялгаа
Металл ба тэдгээрийн хайлшийн хооронд үндсэндээ тодорхой зааг байдаггүй, учир нь хамгийн цэвэр, энгийн бодисууд хүртэл тодорхой хэмжээний хольцтой байдаг. Тэгэхээр тэдний хооронд ямар ялгаа байна вэ? Аж үйлдвэр болон үндэсний эдийн засгийн бусад салбарт ашигладаг бараг бүх металлыг химийн үндсэн элементэд бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмснээр зориудаар олж авсан хайлш хэлбэрээр ашигладаг.
Хайлш
Тоног төхөөрөмж нь төрөл бүрийн металл материал шаарддаг. Үүний зэрэгцээ цэвэр химийн элементүүдийг бараг ашигладаггүй, учир нь тэдгээр нь хүмүүст шаардлагатай шинж чанартай байдаггүй. Бидний хэрэгцээнд зориулж хайлш үйлдвэрлэх янз бүрийн аргыг зохион бүтээсэн. Энэ нэр томъёо нь 2 ба түүнээс дээш химийн элементээс бүрдэх макроскопийн хувьд нэгэн төрлийн материалыг хэлнэ. Энэ тохиолдолд хайлш дахь металлын бүрэлдэхүүн хэсгүүд давамгайлдаг. Энэ бодис нь өөрийн гэсэн бүтэцтэй байдаг. Дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хайлшаар ялгадаг.
Нэг буюу хэд хэдэн металлаас бүрдэх суурь;
Өөрчлөх, хайлшлах элементүүдийн жижиг нэмэлтүүд;
Цэвэрлэгдээгүй хольц (технологийн, байгалийн, санамсаргүй).
Металл хайлш нь үндсэн бүтцийн материал юм. Тэдний 5000 гаруй нь технологийн салбарт байдаг.
Ийм олон төрлийн хайлштай хэдий ч төмөр, хөнгөн цагаан дээр суурилсан хайлш нь хүмүүст хамгийн чухал ач холбогдолтой юм. Эдгээр нь өдөр тутмын амьдралд хамгийн их тохиолддог зүйл юм. Янз бүрийн төрлийн хайлш байдаг. Түүнээс гадна тэдгээрийг хэд хэдэн шалгуурын дагуу хуваадаг. Тиймээс хайлш үйлдвэрлэх янз бүрийн аргыг ашигладаг. Энэ шалгуурын дагуу тэдгээрийг дараахь байдлаар хуваана.
Холимог бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хайлуулж талсжуулах замаар гаргаж авсан цутгамал.
Нунтаг хольцыг дарж, дараа нь өндөр температурт нунтаглах замаар үүссэн нунтаг. Түүнээс гадна ийм хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь зөвхөн энгийн химийн элементүүд төдийгүй хатуу хайлш дахь титан эсвэл вольфрамын карбид зэрэг янз бүрийн нэгдлүүд юм. Тэдгээрийг тодорхой хэмжээгээр нэмэх нь материалыг өөрчилдөг.
хэлбэрээр хайлш үйлдвэрлэх арга бэлэн бүтээгдэхүүнэсвэл хоосон зайг дараахь байдлаар хуваана.
Цутгамал (силумин, цутгамал төмөр);
Деформацид ордог (ган);
Нунтаг (титан, вольфрам).
Хайлшийн төрлүүд
Металл үйлдвэрлэх өөр өөр аргууд байдаг бөгөөд тэдгээрээр үйлдвэрлэсэн материалууд нь өөр өөр шинж чанартай байдаг. Агрегацын хатуу төлөвт хайлш нь:
Нэг төрлийн талстуудаас бүрдэх нэгэн төрлийн (нэг төрлийн). Тэдгээрийг ихэвчлэн нэг фазын гэж нэрлэдэг.
Гетероген (нэг төрлийн бус), олон үе шат гэж нэрлэдэг. Тэдгээрийг үйлдвэрлэхдээ хатуу уусмалыг (матрицын үе шат) хайлшийн үндэс болгон авдаг. Энэ төрлийн гетероген бодисын найрлага нь түүний химийн элементүүдийн найрлагаас хамаардаг. Ийм хайлш нь дараахь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулж болно: завсрын болон орлуулах хатуу уусмал, химийн нэгдлүүд (карбид, металл хоорондын нэгдлүүд, нитридүүд), энгийн бодисын талстууд.
Хайлшийн шинж чанар
Металл ба хайлшийг үйлдвэрлэх ямар аргыг ашиглахаас үл хамааран тэдгээрийн шинж чанар нь фазын талст бүтэц, эдгээр материалын бичил бүтцээр бүрэн тодорхойлогддог. Тэд тус бүр нь өөр өөр байдаг. Хайлшийн макроскоп шинж чанар нь тэдгээрийн бичил бүтцээс хамаардаг. Ямар ч тохиолдолд тэдгээр нь фазын шинж чанараас ялгаатай бөгөөд энэ нь зөвхөн материалын болор бүтэцээс хамаардаг. Металл матриц дахь фазын жигд тархалтын үр дүнд гетероген (олон фазын) хайлшийн макроскопийн нэгэн төрлийн байдлыг олж авдаг.
Хайлшийн хамгийн чухал шинж чанар бол гагнах чадвар юм. Үгүй бол тэдгээр нь металтай ижил байна. Тиймээс хайлш нь дулаан, цахилгаан дамжуулалт, уян хатан чанар, тусгал (гялалзах) шинж чанартай байдаг.
Хайлшийн төрлүүд
Хайлш үйлдвэрлэх янз бүрийн аргууд нь хүмүүст янз бүрийн шинж чанар, шинж чанартай олон тооны металл материалыг зохион бүтээх боломжийг олгосон. Зориулалтын дагуу тэдгээрийг дараахь бүлэгт хуваадаг.
Бүтцийн (ган, дуралюминий, цутгамал төмөр). Энэ бүлэгт мөн тусгай шинж чанартай хайлш орно. Тиймээс тэдгээр нь аюулгүй байдал эсвэл үрэлтийн эсрэг шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Үүнд гууль, хүрэл орно.
Холхивчийг дүүргэх зориулалттай (babbitt).
Цахилгаан халаагуур, хэмжих хэрэгслийн хувьд (никром, манганин).
Зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд (ялах болно).
Үйлдвэрлэлд хүмүүс хайлдаг, халуунд тэсвэртэй, зэврэлтэнд тэсвэртэй, аморф хайлш зэрэг бусад төрлийн металл материалыг ашигладаг. Соронзон ба термоэлектрик (висмут, хар тугалга, сурьма болон бусад телурид ба селенид) өргөн хэрэглэгддэг.
Төмрийн хайлш
Дэлхий дээр хайлуулсан бараг бүх төмрийг энгийн болон төмрийн үйлдвэрлэлд ашигладаг.Мөн цутгамал төмрийн үйлдвэрлэлд ашигладаг. Төмрийн хайлш нь хүмүүст ашигтай шинж чанартай байдгаараа алдартай болсон. Тэдгээрийг энгийн химийн элементэд янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмснээр олж авсан. Тиймээс янз бүрийн төмрийн хайлшийг ижил бодис дээр үндэслэн хийдэг ч ган, цутгамал төмөр нь өөр өөр шинж чанартай байдаг. Үүний ачаар тэд өөр өөр хэрэглээний талбарыг олж авдаг. Ихэнх ган нь цутгамал төмрөөс илүү хатуу байдаг. Төрөл бүрийн аргаЭдгээр металлыг олж авах нь олж авах боломжтой болгодог янз бүрийн сортуудЭдгээр төмрийн хайлшийн (зэрэг) .
Хайлшийн шинж чанарыг сайжруулах
Зарим металл болон бусад химийн элементүүдийг хайлуулах замаар сайжруулсан шинж чанартай материалыг олж авах боломжтой. Жишээлбэл, цэвэр хөнгөн цагаан нь 35 МПа. Зэс (1.6%), цайр (5.6%), магни (2.5%) бүхий энэ металлын хайлшийг үйлдвэрлэхэд энэ үзүүлэлт 500 МПа-аас давсан байна.
Төрөл бүрийн химийн бодисыг өөр өөр хувь хэмжээгээр нэгтгэснээр соронзон, дулааны эсвэл цахилгааны шинж чанар сайтай металл материалыг олж авах боломжтой. Энэ процесст гол үүрэг нь хайлшийн бүтэц, түүний талстуудын тархалт, атомуудын хоорондох холбооны төрөл юм.
Ган ба цутгамал төмөр
Эдгээр хайлшийг нүүрстөрөгчөөр (2%) олж авдаг. Хайлштай материал үйлдвэрлэхдээ тэдгээрт никель, хром, ванадий нэмнэ. Бүх энгийн ганг дараахь төрлүүдэд хуваана.
Бага нүүрстөрөгч (0.25% нүүрстөрөгч) нь янз бүрийн бүтэц үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг;
Өндөр нүүрстөрөгч (0.55% -иас дээш) нь зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэх зориулалттай.
Механик инженерчлэл болон бусад бүтээгдэхүүнд төрөл бүрийн хайлштай ган ашигладаг.
Төмөр ба нүүрстөрөгчийн хайлш, 2-4% -ийг цутгамал төмөр гэж нэрлэдэг. Энэ материал нь цахиур агуулсан байдаг. Механик шинж чанар сайтай төрөл бүрийн бүтээгдэхүүнийг цутгамал төмрөөс цутгадаг.
Өнгөт металл
Төрөл бүрийн металл материал хийхэд төмрөөс гадна бусад химийн элементүүдийг ашигладаг. Тэдгээрийн хослолын үр дүнд өнгөт хайлшийг олж авдаг. Хүмүүсийн амьдралд материалууд нь:
Зэсийг гууль гэж нэрлэдэг. Тэд 5-45% цайр агуулдаг. Хэрэв түүний агууламж 5-20% байвал гуулийг улаан, 20-36% бол шар гэж нэрлэдэг. Цахиур, цагаан тугалга, берилли, хөнгөн цагаан зэрэг зэсийн хайлш байдаг. Тэднийг хүрэл гэж нэрлэдэг. Ийм хайлш хэд хэдэн төрөл байдаг.
Энгийн гагнуур (гуравдагч) болох хар тугалга. Энэ хайлшаар энэ химийн бодисын 1 хэсэг нь цагаан тугалганы 2 хэсгийг агуулдаг. Холхивч үйлдвэрлэхэд хар тугалга, цагаан тугалга, хүнцэл, сурьмагийн хайлш болох Баббитийг ашигладаг.
Хөнгөн цагаан, титан, магни, бериллий нь өндөр бат бэх, маш сайн механик шинж чанартай хөнгөн өнгөт хайлш юм.
Олж авах аргууд
Металл ба хайлш үйлдвэрлэх үндсэн аргууд:
Төрөл бүрийн хайлсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хатуурал үүсдэг цутгах үйлдвэр. Хайлшийг олж авахын тулд металл үйлдвэрлэх пирометаллургийн болон цахилгаан металлургийн аргыг ашигладаг. Эхний хувилбарт түлшний шаталтын явцад олж авсан дулааны энергийг түүхий эдийг халаахад ашигладаг. Пирометаллургийн аргаар ил зууханд ган, тэсэлгээний зууханд цутгамал төмрийг үйлдвэрлэдэг. Цахилгаан металлургийн аргаар түүхий эдийг индукцийн эсвэл цахилгаан нуман зууханд халаана. Энэ тохиолдолд түүхий эд нь маш хурдан хайлдаг.
Нунтаг, түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нунтагыг хайлш хийхэд ашигладаг. Даралтын ачаар тэдгээрийг тодорхой хэлбэрт оруулж, дараа нь тусгай зууханд шингээдэг.
Металл ба хайлш үйлдвэрлэх технологи
Металл ба тэдгээрийн хайлшийг үйлдвэрлэх технологийг нэрлэдэг металлурги . Металлурги нь хар төмөр ба түүний хайлш, өнгөт металлын үйлдвэрлэл гэж хуваагддаг.
Металл авах түүхий эд нь хүдэр юм. Рудами тэдгээрт агуулагдах металлыг гаргаж авахын тулд боловсруулах техникийн болон эдийн засгийн хувьд боломжтой чулуулаг юм.
Ихэвчлэн металл үйлдвэрлэл нь хоёр үндсэн үе шаттайгаар явагддаг.
Түүхий эдийг урьдчилан бэлтгэх.
Түүхий эдийг урьдчилан бэлтгэх явцад чухал үе шат бол хүдэр баяжуулах - хаягдал чулуулгийн хольцыг (жишээлбэл, кварц, хээрийн жонш гэх мэт) зайлуулах явдал юм. Баяжуулсны дараа хүдэр дэх ашигтай бүрэлдэхүүн хэсгийн агууламж нэмэгддэг.
Хүдрийг хаягдал чулуулгаас цэвэрлэхийн тулд хольцын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн шинж чанарын ялгаан дээр үндэслэн бодисын хольцыг ялгах физик аргыг ашигладаг. Төмрийн хүдрийг баяжуулахдаа магнетитийг (Fe 3 O 4) гангаас ялгадаг. соронз.
Уг аргыг ашиглан зарим хүдрийг баяжуулж болно флотаци, хүдэр болон хаягдал чулуулгийн ашигтай бүрэлдэхүүн хэсгийн чийгшлийн ялгааг үндэслэн .
Байгальд олон металлууд сульфидын хүдэр хэлбэрээр байдаг. Дараа нь эхний шатанд ийм түүхий эдэд өртдөг шарах. Жишээлбэл, төмрийн пиритийг шатаах үед төмрийн (II) исэл үүсэх ба энэ нь үйлдвэрлэлийн дараагийн шатанд ордог бөгөөд хүхрийн давхар исэл: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + + 8SO 2.
2. Түүхий эдээс металлыг өөрөө гаргаж авах .
Хоёр дахь шатанд исэлдүүлэх-бууруулах урвал явагддаг бөгөөд үүний үр дүнд метал үүсдэг. Нүүрс (кокс), нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (CO), устөрөгчийг бууруулагч бодис болгон ашигладаг. Зарим тохиолдолд бууралтыг электролизээр хийдэг.
Металл ба хайлш үйлдвэрлэх арга
Металл болон хайлшийг олж авдаг янз бүрийн арга замууд. (Грек хэлнээс "пиро" - гал ба төмөрлөг).
1. Пирометаллургийн арга (Грек хэлнээс "пиро" - гал ба металлурги). Ийм байдлаар металл, хайлш үйлдвэрлэх нь түлш шатаах эсвэл түүхий эдэд химийн урвал явагдах үед ялгардаг дулааны энергийг ашиглахад суурилдаг. Түлшний шаталтын үед дулааны энерги ялгарч, CO үүснэ. Дулааны энергийг түүхий эдийг халаах, хайлуулах, СО нь металлыг тэдгээрийн нэгдлээс (оксид) нөхөн сэргээхэд ашигладаг. Пирометаллургийн аргаар тэсэлгээний зууханд цутгамал төмөр, ил зууханд ган гэх мэт үйлдвэрлэдэг.
2. Цахилгаан металлургийн арга. Цахилгаан металлургийн процесст металл, хайлшийг нуман, индукц болон бусад төрлийн цахилгаан зууханд үйлдвэрлэдэг. Цахилгаан зууханд түүхий эдийг пирометаллургийн процессоос илүү өндөр температурт халаадаг. Түүхий эд нь маш хурдан хайлдаг.
3. Плазмын арга. Плазмын металлургийн мөн чанар нь 10 000 С-ийн температурт металлын исэл нь тодорхой хэмжээний иончлолоор плазм болгон хувиргадаг. Металлын атомын иончлолын энерги нь хүчилтөрөгчийн атомын иончлолын энергиэс бага байдаг тул ийм плазмд металлын атомууд иончлогдож, хүчилтөрөгчийн атомууд төвийг сахисан хэвээр байна.
Металлын ионуудыг соронзон орон ашиглан үүссэн хольцоос зайлуулна. Плазмын зуух нь вольфрам, молибден үйлдвэрлэх, титан карбидыг нийлэгжүүлэх гэх мэт. Энэ аргыг маш өндөр чанартай металл, хайлш үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
4. Хими-металлургийн арга. Энэ арга нь химийн болон металлургийн процессыг хослуулсан. Титаныг ийм аргаар үйлдвэрлэдэг: титаны тетрахлорид (TiCI 4) нь магни (Mg) -ээр бууруулсан титаны хүдрээс гарган авдаг.
5. Гидрометаллургийн арга. Энэ аргын тусламжтайгаар хүдэр, баяжмал, үйлдвэрлэлийн хаягдлаас металлыг уусгагч ашиглан зайлуулдаг. Дараа нь эдгээр уусмалаас металыг электролизээр гаргаж авдаг. Зэс, цайр, никель, кобальт, хром, мөнгө, алт гэх мэт өнгөт металлыг ингэж үйлдвэрлэж, цэвэршүүлдэг.
Гидрометаллургийн аргаар металл үйлдвэрлэх нь дараах үе шатуудаас бүрдэнэ: хүдрийг уусгахад бэлтгэх; хүдэр ба баяжмалыг уусгагчд уусгах; үүссэн уусмалыг электролизд хортой хольцоос цэвэрлэх; электролиз.
6. Нунтаг металлурги. Энэ арга нь металл болон металл бус нэгдлүүдийн нунтаг үйлдвэрлэх процессуудыг нэгтгэж, тэдгээрээс бүтээгдэхүүн (хоосон, эд анги гэх мэт) дарж (хэлбэр, хэмжээ өгөх) дараа нь агломержуулах замаар хийдэг.
Аж үйлдвэрт металл олж авах хэд хэдэн арга байдаг. Тэдний хэрэглээ нь олж авсан элементийн химийн идэвхжил, ашигласан түүхий эдээс хамаарна. Зарим металлууд байгальд цэвэр хэлбэрээр байдаг бол зарим нь тэдгээрийг тусгаарлахын тулд нарийн төвөгтэй технологийн процедур шаарддаг. Зарим элементүүдийг олборлоход хэдэн цаг зарцуулдаг бол зарим нь олон жилийн боловсруулалт шаарддаг. онцгой нөхцөл. Металл олж авах нийтлэг аргуудыг дараахь ангилалд хувааж болно: багасгах, шарах, электролиз, задрал.
Мөн ховор элементүүдийг олж авах тусгай аргууд байдаг бөгөөд үүнд бий болгох орно онцгой нөхцөлболовсруулах орчинд . Үүнд бүтцийн торны ионы талсжилт, эсвэл эсрэгээр тодорхой изотоп, цацраг идэвхт цацраг болон бусад стандарт бус өртөлтийн процедурыг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог хяналттай поликристалжуулалтын процесс орно. Өндөр өртөгтэй, дутагдалтай тул тэдгээрийг маш ховор ашигладаг практик хэрэглээсонгосон элементүүд. Тиймээс гол зүйл дээр илүү дэлгэрэнгүй авч үзье аж үйлдвэрийн аргаметалл авах. Тэдгээр нь нэлээд олон янз байдаг боловч бүгд химийн бодис ашиглахад суурилдаг физик шинж чанартодорхой бодисууд.
Металл олж авах үндсэн аргууд
Металл олж авах гол арга замуудын нэг бол тэдгээрийг исэлдүүлэхээс ангижруулах явдал юм. Энэ нь байгальд байдаг хамгийн түгээмэл металлын нэгдлүүдийн нэг юм. Бууруулах процесс нь тэсэлгээний зууханд өндөр температурт, металл болон металл бус ангижруулагчийн оролцоотойгоор явагддаг. Металлуудаас химийн өндөр идэвхжилтэй элементүүдийг, жишээлбэл, кальци, магни, хөнгөн цагаан зэргийг ашигладаг.
Металл бус бодисуудад нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, устөрөгч, коксжих нүүрс орно. Бууруулах процедурын мөн чанар нь илүү идэвхтэй химийн элемент эсвэл нэгдэл нь металыг исэлээс зайлуулж, хүчилтөрөгчтэй урвалд ордог. Тиймээс гаралт нь шинэ исэл ба цэвэр металл юм. Энэ бол орчин үеийн металлургийн металл үйлдвэрлэх хамгийн түгээмэл арга юм.
Шарах нь зөвхөн цэвэр элементийг олж авах завсрын арга юм. Энэ нь хүчилтөрөгчийн орчинд металлын сульфидыг шатаах, улмаар исэл үүсгэх, дараа нь бууруулах процедурт хамрагдах явдал юм. Сульфидын нэгдлүүд байгальд өргөн тархсан тул энэ аргыг ихэвчлэн ашигладаг. Технологийн үйл явц нь нарийн төвөгтэй, өндөр өртөгтэй тул хүхрийн нэгдлээс цэвэр металлыг шууд үйлдвэрлэхэд ашигладаггүй. Дээр дурдсанчлан давхар боловсруулалт хийх нь илүү хялбар бөгөөд хурдан юм.
Металл үйлдвэрлэх арга болох электролиз нь хайлсан металлын нэгдлээр гүйдэл дамжуулах явдал юм. Процедурын үр дүнд катод дээр цэвэр металл, анод дээр бусад бодисууд хуримтлагддаг. Энэ аргыг металлын давсанд хэрэглэнэ. Гэхдээ энэ нь бүх элементүүдийн хувьд түгээмэл биш юм. Энэ арга нь шүлтлэг металл, хөнгөн цагаан үйлдвэрлэхэд тохиромжтой. Энэ нь тэдгээрийн химийн өндөр идэвхжилтэй холбоотой бөгөөд цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор холболтонд үүссэн холбоог таслахад хялбар болгодог. Заримдаа метал олж авах электролитийн аргыг шүлтлэг шороон элементүүдэд ашигладаг боловч тэдгээр нь энэ эмчилгээнд тийм ч сайн тохирохоо больсон, зарим нь металл бустай холбоог бүрэн тасалдаггүй.
Сүүлийн арга - задрал нь өндөр температурын нөлөөн дор явагддаг бөгөөд энэ нь молекулын түвшинд элементүүдийн хоорондын холбоог таслах боломжтой болгодог. Холболт бүр өөрийн гэсэн температурын түвшинг шаарддаг боловч ерөнхийдөө арга нь ямар ч заль мэх, онцлог шинж чанарыг агуулдаггүй. Цорын ганц цэг: боловсруулалтын үр дүнд олж авсан метал нь синтеринг хийх шаардлагатай байж болно. Гэхдээ энэ арга нь түүнийг хэрэгжүүлэхэд катализатор болон бусад химийн бодис ашигладаггүй тул бараг 100% цэвэр бүтээгдэхүүн авах боломжийг олгодог. Металлургийн хувьд металл үйлдвэрлэх аргыг пирометаллургийн, гидрометаллургийн, цахилгаан металлургийн болон дулааны задрал гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь дээр дурдсан дөрвөн арга бөгөөд зөвхөн химийн бодисоор биш, харин үйлдвэрлэлийн нэр томъёоны дагуу нэрлэгдсэн байдаг.
Аж үйлдвэрт металыг хэрхэн
Металл үйлдвэрлэх арга нь дэлхийн гэдэс дотор тархахаас ихээхэн хамаардаг. Олборлолт нь үндсэндээ тодорхой хувийн элемент агуулсан хүдэр хэлбэрээр явагддаг. Өндөр агуулгатай хүдэр нь 90% хүртэл металл агуулж болно. Бодисын 20-30%-ийг л агуулсан бага агуулгатай хүдрийг боловсруулахын өмнө боловсруулах үйлдвэрт илгээдэг.
Зөвхөн үнэт металлууд байгальд цэвэр хэлбэрээр байдаг бөгөөд бөөм хэлбэрээр олборлодог. янз бүрийн хэмжээтэй. Химийн идэвхтэй элементүүд нь энгийн давс хэлбэрээр эсвэл полиэлементийн нэгдлүүдийн хэлбэрээр олддог бөгөөд тэдгээр нь маш нарийн химийн бүтэцтэй боловч ерөнхийдөө тодорхой нөлөөн дор бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд задардаг. Байгалийн нөхцөлд дунд ба бага идэвхжилтэй металлууд нь исэл ба сульфид үүсгэдэг. Илүү бага тохиолдолд тэдгээрийг хүчил-металлын нарийн төвөгтэй нэгдлүүдээс олж болно.
Цэвэр металл авахын өмнө нарийн төвөгтэй бодисыг энгийн бодис болгон задлах нэг буюу хэд хэдэн процедурыг ихэвчлэн хийдэг. Хоёр элементийн нэгдлээс нэг бүтээгдэхүүнийг тусгаарлах нь олон элементийн цогцолбор формацаас хамаагүй хялбар байдаг. Түүнээс гадна технологийн процесснарийн хяналт шаарддаг бөгөөд үүнийг хэзээ хүрэх нь маш хэцүү байдаг бид ярьж байнаО их хэмжээгээрөөр өөр шинж чанартай хольц.
Асуудлын байгаль орчны талын хувьд металл үйлдвэрлэх цахилгаан химийн аргыг хамгийн цэвэр гэж үзэж болно, учир нь түүнийг хэрэгжүүлэх явцад агаар мандалд ямар ч бодис ялгардаггүй. Тэгэхгүй бол металлурги бол байгальд хамгийн хор хөнөөлтэй салбаруудын нэг орчин үеийн ертөнцХог хаягдалгүй тоног төхөөрөмж бий болгох асуудалд ихээхэн анхаарал хандуулдаг.
Аль хэдийн олон үйлдвэрүүд ил зуухны хэрэглээг орхиж, илүү орчин үеийн цахилгаан загваруудыг сонгох болсон. Тэд илүү их эрчим хүч хэрэглэдэг боловч түлшний шаталтын бүтээгдэхүүнийг агаар мандалд ялгаруулдаггүй. Металлыг дахин боловсруулах нь бас маш чухал юм. Энэ зорилгоор бүх улс орнуудад тусгай цуглуулах цэгүүд тоноглогдсон бөгөөд та хар ба өнгөт металлаар хийсэн эд ангиудыг шилжүүлж, дараа нь дахин боловсруулахад илгээнэ. Ирээдүйд тэдгээрийг хийх болно шинэ бүтээгдэхүүнүүд, зориулалтын дагуу ашиглах боломжтой.
Металл олж авах аргыг ихэвчлэн гурван төрөлд хуваадаг.
- пирометаллургийн (өндөр температурт бууруулах);
- гидрометаллургийн (ууссан дахь давсыг багасгах);
- цахилгаан металлургийн (уусмал эсвэл хайлмал электролиз).
Пирометаллургийн аргаар олж авсан(өндөр температурт хүдрээс металл гаргаж авах арга . Ислийн хүдэр, исэл нь нүүрс, нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II), илүү их хэмжээгээр буурдаг идэвхтэй металлууд(хөнгөн цагаан, магни)): ширэм, ган, зэс, хар тугалга, никель, хром болон бусад металл.
FeO + C –> Fe + CO
Fe2O3 + 2Al –> 2Fe + Al2O3
Гидрометаллургийн аргаар олж авсан(уусмал дахь химийн урвалын үндсэн дээр металл авах арга ) : алт, цайр, никель болон бусад зарим металлууд.
CuSO4 + Fe –> FeSO4 + Cu
Цахилгаан металлургийн аргаар олж авсан(цахилгаан гүйдлийн нөлөөн дор металыг давс, исэлээс нь салгах ) : шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металл, хөнгөн цагаан, магни болон бусад металлууд.
Химийн бодис үйлдвэрлэх технологийг боловсруулахдаа термодинамик, кинетик, дулааны инженерчлэл, физик-химийн шинжилгээ гэх мэт хуулиудыг ашигладаг.Угаасаа эдийн засгийн нөхцөл байдлыг харгалзан үздэг. Хэрэв урвал буцах боломжтой бол түрхэнэ Ле Шательегийн зарчим:
Хэрэв тэнцвэрт байдалд байгаа системд гаднаас нөлөөлж байвал системийн тэнцвэрт байдал нь урвал руу (шууд эсвэл урвуу) шилжих бөгөөд энэ нөлөөллийг хэсэгчлэн нөхөхөд хүргэдэг.
Химийн аргыг мөн ялгаруулалтыг цэвэрлэхэд ашигладаг Бохир усхимийн үйлдвэрлэл
Металл олж авах ерөнхий аргууд
1. Нүүрс эсвэл нүүрстөрөгчийн дутуу исэл бүхий исэлээс металлыг багасгах
Me x O y + C = CO 2 + Me,
Би x O y + C = CO + Би,
Me x O y + CO = CO 2 + Me
Жишээлбэл,
ZnO y + C t = CO + Zn
Fe 3 O 4 + 4CO t = 4CO 2 + 3Fe
MgO + C т= Mg + CO
2. Сульфидыг шарж, дараа нь багасгах (хэрэв метал нь хүдэрт давс эсвэл суурь хэлбэрээр байвал сүүлчийнх нь исэлд хувирдаг)
1 үе шат– Me x S y +O 2 =Me x O y +SO 2
2 үе шат- Me x O y + C = CO 2 + MeэсвэлMe x O y + CO = CO 2 + Me
Жишээлбэл,
2 ZnS + 3 О 2 т= 2 ZnO + 2 SO 2
MgCO 3 t = MgO + CO 2
3 Алюминотерми (карбид, гидрид үүссэний улмаас нүүрс эсвэл нүүрстөрөгчийн дутуу ислээр багасгах боломжгүй тохиолдолд)
Me x O y + Al = Al 2 O 3 + Me
Жишээлбэл,
4SrO + 2Al t = Sr(AlO 2) 2 + 3Sr
3MnO 2 + 4Al t = 3Mn + 2Al 2 O 3
2 Ал + 3 БаО т= 3 Ба + Ал 2 О 3 (өндөр цэвэршилттэй бари авах)
4. Гидротерми - өндөр цэвэршилттэй металл үйлдвэрлэх зориулалттай
Me x O y + H 2 = H 2 O + Me
Жишээлбэл,
WO 3 + 3H 2 t = W + 3H 2 O
MoO 3 + 3H 2 t = Mo + 3H 2 O
5. Металл нөхөн сэргээх цахилгаан цохих(электролиз)
A) Шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металлууд үйлдвэрт электролизийн аргаар олж авдаг хайлсан давс (хлоридууд):
2 NaCl - хайлмал, цахилгаан Одоогийн. → 2 Na+Cl2
CaCl2 - хайлмал, цахилгаан Одоогийн. → Ca+Cl2
гидроксидын хайлмал:
4 NaOH - хайлмал, цахилгаан Одоогийн. → 4 Na + O 2 + 2 H 2 O (!!! хааяа ашигладаг На)
B) Хөнгөн цагаан үйлдвэрт электролизийн аргаар гаргаж авдаг хөнгөн цагаан ислийн хайлмал криолит дотор Na 3 AlF 6 (бокситээс):
2 Al 2 O 3 – криолит дахь хайлмал, цахилгаан. Одоогийн. → 4 Al + 3 O 2
IN) Давсны усан уусмалын электролиз ашиглах завсрын болон идэвхгүй металлыг олж авах:
2 CuSO 4 +2 H 2 O – шийдэл, цахилгаан. Одоогийн. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4 3