Mga ideya sa negosyo 

Paano hindi makukuha ang mga metal? Pangkalahatang pamamaraan ng pagkuha ng mga metal. Mga metal sa kalikasan

Ang mga metal ay matatagpuan sa kalikasan pangunahin sa anyo ng mga compound. Ang mga metal lamang na may mababang aktibidad ng kemikal (mga marangal na metal) ang matatagpuan sa kalikasan sa isang libreng estado (mga metal na platinum, ginto, tanso, pilak, mercury). Sa mga istrukturang metal, tanging ang bakal, aluminyo, at magnesiyo ang matatagpuan sa sapat na dami sa kalikasan sa anyo ng mga compound. Bumubuo sila ng makapal na deposito ng medyo mayaman na mga ores. Ginagawa nitong mas madali silang anihin sa isang malaking sukat.

Dahil ang mga metal sa mga compound ay nasa isang oxidized na estado (may positibong estado ng oksihenasyon), ang pagkuha ng mga ito sa isang libreng estado ay bumaba sa isang proseso ng pagbawas:

Ang prosesong ito ay maaaring isagawa sa kemikal o electrochemically.

Sa pagbabawas ng kemikal, kadalasang ginagamit ang carbon o carbon (II) monoxide bilang pampababa, gayundin ang hydrogen, mga aktibong metal, at silikon. Sa tulong ng carbon monoxide (II), ang iron ay ginawa (sa proseso ng blast furnace), maraming non-ferrous na metal (lata, lead, zinc, atbp.):

Ang pagbabawas ng hydrogen ay ginagamit, halimbawa, upang makagawa ng tungsten mula sa tungsten(VI) oxide:

Ang paggamit ng hydrogen bilang isang ahente ng pagbabawas ay nagsisiguro ng pinakamataas na kadalisayan ng resultang metal. Ang hydrogen ay ginagamit upang makagawa ng napakadalisay na bakal, tanso, nikel at iba pang mga metal.

Ang isang paraan para sa paggawa ng mga metal kung saan ang mga metal ay ginagamit bilang isang ahente ng pagbabawas ay tinatawag metalothermic . Sa pamamaraang ito, ang mga aktibong metal ay ginagamit bilang isang ahente ng pagbabawas. Mga halimbawa ng mga reaksiyong metallothermic:

aluminothermy:

Magniethermy:

Ang mga eksperimento sa metallothermic sa paggawa ng mga metal ay unang isinagawa ng siyentipikong Ruso na si N. N. Beketov noong ika-19 na siglo.

Ang mga metal ay kadalasang nakuha sa pamamagitan ng pagbawas ng kanilang mga oxide, na kung saan ay nakahiwalay sa kaukulang natural na mineral. Kung ang pinagmulan ng mineral ay sulfide mineral, ang huli ay sasailalim sa oxidative roasting, halimbawa:

Ang paggawa ng electrochemical ng mga metal ay isinasagawa sa pamamagitan ng electrolysis ng mga natutunaw ng kaukulang mga compound. Sa ganitong paraan, nakukuha ang mga pinaka-aktibong metal, alkali at alkaline earth metal, aluminyo, at magnesiyo.

Ginagamit din ang electrochemical reduction para sa pagdadalisay (paglilinis) ng "raw" na mga metal (tanso, nikel, sink, atbp.) na nakuha sa pamamagitan ng iba pang mga pamamaraan. Sa panahon ng electrolytic refining, ang isang "magaspang" (na may mga impurities) na metal ay ginagamit bilang isang anode, at isang solusyon ng mga compound ng metal na ito ay ginagamit bilang isang electrolyte.

Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal na isinasagawa gamit mataas na temperatura ah, tumatawag sila pyrometallurgical (sa Greek pyr - apoy). Marami sa mga pamamaraang ito ay kilala mula noong sinaunang panahon. Sa pagliko ng XIX-XX na siglo. magsimulang umunlad hydrometallurgical mga paraan ng pagkuha ng mga metal (sa Greek hydor - tubig). Sa mga pamamaraang ito, ang mga bahagi ng mineral ay inililipat sa isang may tubig na solusyon at ang metal ay pagkatapos ay ihiwalay sa pamamagitan ng electrolytic o pagbabawas ng kemikal. Ito ay kung paano nakuha ang tanso, halimbawa. Ang copper ore na naglalaman ng copper (II) oxide CuO ay ginagamot sa dilute sulfuric acid:


Upang mabawasan ang tanso, ang resultang solusyon ng tanso (II) sulpate ay maaaring sumailalim sa electrolysis o ang solusyon ay nakalantad sa bakal na pulbos.

Ang hydrometallurgical method ay may magandang kinabukasan, dahil ginagawang posible na makakuha ng isang produkto nang hindi kumukuha ng mineral mula sa lupa. (Ihambing ang mga pakinabang ng hydrometallurgical method para sa pagkuha ng mga metal na may underground gasification ng karbon.)

Sa kanyang Araw-araw na buhay napapaligiran ng iba't ibang metal. Karamihan sa mga bagay na ginagamit namin ay naglalaman ng mga kemikal na ito. Nangyari ang lahat dahil iba ang nakita ng mga tao iba't ibang paraan pagkuha ng mga metal.

Ano ang mga metal

Ang inorganic na kimika ay tumatalakay sa mga mahahalagang sangkap na ito para sa mga tao. Ang produksyon ng mga metal ay nagpapahintulot sa tao na lumikha ng mas advanced na teknolohiya na nagpapabuti sa ating buhay. Ano sila? Bago isaalang-alang ang mga pangkalahatang paraan ng pagkuha ng mga metal, kinakailangan upang maunawaan kung ano ang mga ito. Ang mga metal ay isang pangkat ng mga elemento ng kemikal sa anyo ng mga simpleng sangkap na may mga katangiang katangian:

Thermal at electrical conductivity;

Mataas na plasticity;

Shine.

Ang isang tao ay madaling makilala ang mga ito mula sa iba pang mga sangkap. Ang isang katangian ng lahat ng mga metal ay ang pagkakaroon ng isang espesyal na ningning. Nakukuha ito sa pamamagitan ng pagpapakita ng mga sinag ng liwanag sa isang ibabaw na hindi nagpapadala sa kanila. Ang kinang ay isang karaniwang pag-aari ng lahat ng mga metal, ngunit ito ay pinaka-binibigkas sa pilak.

Sa ngayon, natuklasan ng mga siyentipiko ang 96 tulad ng mga kemikal na elemento, bagaman hindi pa lahat ng mga ito ay kinikilala ng opisyal na siyensiya. Nahahati sila sa mga grupo depende sa kanilang mga katangian ng katangian. Ang mga sumusunod na metal ay nakikilala:

Alkalina - 6;

Alkaline earth - 6;

Transisyonal - 38;

Baga - 11;

Semi-metal - 7;

Lanthanides - 14;

Actinoids - 14.

Pagkuha ng mga metal

Upang makagawa ng isang haluang metal, kailangan mo munang makuha ang metal mula sa natural na ore. Ang mga katutubong elemento ay ang mga sangkap na matatagpuan sa kalikasan sa isang malayang estado. Kabilang dito ang platinum, ginto, lata, at mercury. Ang mga ito ay pinaghihiwalay mula sa mga impurities nang mekanikal o gumagamit ng mga kemikal na reagents.

Ang iba pang mga metal ay nakuha sa pamamagitan ng pagproseso ng kanilang mga compound. Ang mga ito ay matatagpuan sa iba't ibang mga fossil. Ang mineral ay mineral at mga bato, na naglalaman ng mga metal compound sa anyo ng mga oxide, carbonates o sulfide. Upang makuha ang mga ito, ginagamit ang pagproseso ng kemikal.

Pagbawas ng mga oxide na may karbon;

Pagkuha ng lata mula sa lata na bato;

Pagsusunog ng mga compound ng asupre sa mga espesyal na hurno.

Upang mapadali ang pagkuha ng mga metal mula sa mga batong ore, ang iba't ibang mga sangkap na tinatawag na flux ay idinagdag sa kanila. Tumutulong sila sa pag-alis ng mga hindi gustong impurities tulad ng luad, limestone, buhangin. Bilang resulta ng prosesong ito, ang mga low-melting compound na tinatawag na slag ay nakuha.

Kung mayroong isang malaking halaga ng mga impurities, ang mineral ay pinayaman bago tunawin ang metal sa pamamagitan ng pag-alis ng karamihan sa mga hindi kinakailangang sangkap. Ang pinaka-tinatanggap na ginagamit na mga pamamaraan ng pagproseso na ito ay flotation, magnetic at gravitational na pamamaraan.

Mga metal na alkali

Ang mass production ng mga alkali metal ay isang mas kumplikadong proseso. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga ito ay nangyayari sa kalikasan lamang sa anyo ng mga kemikal na compound. Dahil ang mga ito ay nagpapababa ng mga ahente, ang kanilang produksyon ay sinamahan ng mataas na gastos sa enerhiya. Mayroong ilang mga paraan upang kunin ang mga metal na alkali:

Maaaring makuha ang Lithium mula sa oksido nito sa isang vacuum o sa pamamagitan ng electrolysis ng pagkatunaw ng chloride nito na nabuo sa panahon ng pagproseso ng spodumene.

Ang sodium ay nakukuha sa pamamagitan ng calcining soda na may karbon sa mahigpit na saradong crucibles o sa pamamagitan ng electrolysis ng chloride melt na may pagdaragdag ng calcium. Ang unang paraan ay ang pinaka-labor-intensive.

Ang potasa ay nakukuha sa pamamagitan ng electrolysis ng pagkatunaw ng mga asin nito o sa pamamagitan ng pagpasa ng sodium vapor sa pamamagitan ng chloride nito. Nabubuo din ito sa pamamagitan ng interaksyon ng molten potassium hydroxide at likidong sodium sa temperatura na 440°C.

Ang cesium at rubidium ay mina sa pamamagitan ng pagbabawas ng kanilang mga chlorides sa calcium sa 700-800 °C o zirconium sa 650 °C. Ang paggawa ng mga alkali metal sa ganitong paraan ay lubhang masinsinang enerhiya at mahal.

Mga pagkakaiba sa pagitan ng mga metal at haluang metal

Halos walang malinaw na hangganan sa pagitan ng mga metal at ng kanilang mga haluang metal, dahil kahit na ang pinakadalisay, pinakasimpleng mga sangkap ay may ilang dami ng mga dumi. Kaya ano ang pagkakaiba sa pagitan nila? Halos lahat ng mga metal na ginagamit sa industriya at iba pang sektor ng pambansang ekonomiya ay ginagamit sa anyo ng mga haluang metal, na sadyang nakuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba pang mga bahagi sa pangunahing elemento ng kemikal.

Mga haluang metal

Ang mga kagamitan ay nangangailangan ng iba't ibang mga materyales na metal. Kasabay nito, ang mga dalisay na elemento ng kemikal ay halos hindi ginagamit, dahil wala silang mga katangian na kinakailangan para sa mga tao. Para sa aming mga pangangailangan, nag-imbento kami ng iba't ibang paraan para sa paggawa ng mga haluang metal. Ang terminong ito ay tumutukoy sa isang macroscopically homogenous na materyal na binubuo ng 2 o higit pang kemikal na elemento. Sa kasong ito, ang mga bahagi ng metal ay nangingibabaw sa haluang metal. Ang sangkap na ito ay may sariling istraktura. Ang mga sumusunod na sangkap ay nakikilala sa mga haluang metal:

Isang base na binubuo ng isa o higit pang mga metal;

Maliit na pagdaragdag ng mga elemento ng pagbabago at alloying;

Hindi naalis na mga dumi (teknolohiya, natural, hindi sinasadya).

Ang mga haluang metal ay ang pangunahing mga materyales sa istruktura. Mayroong higit sa 5,000 sa kanila sa teknolohiya.

Sa kabila ng iba't ibang mga haluang metal, ang mga nakabatay sa bakal at aluminyo ay pinakamahalaga sa mga tao. Sila ang madalas na nakakaharap sa pang-araw-araw na buhay. Mayroong iba't ibang uri ng mga haluang metal. Bukod dito, nahahati sila ayon sa ilang pamantayan. Kaya, ang iba't ibang mga pamamaraan para sa paggawa ng mga haluang metal ay ginagamit. Ayon sa pamantayang ito, nahahati sila sa:

Cast, na nakuha sa pamamagitan ng pagtunaw ng pagkikristal ng mga halo-halong sangkap.

Powder, na nilikha sa pamamagitan ng pagpindot ng pinaghalong mga pulbos at kasunod na sintering sa mataas na temperatura. Bukod dito, kadalasan ang mga bahagi ng naturang mga haluang metal ay hindi lamang mga simpleng elemento ng kemikal, kundi pati na rin ang kanilang iba't ibang mga compound, tulad ng titanium o tungsten carbide sa matitigas na haluang metal. Ang kanilang karagdagan sa ilang mga dami ay nagbabago sa mga materyales.

Mga pamamaraan para sa paggawa ng mga haluang metal sa anyo tapos na produkto o ang mga blangko ay nahahati sa:

Pandayan (silumin, cast iron);

Deformable (bakal);

Pulbos (titanium, tungsten).

Mga uri ng haluang metal

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan para sa paggawa ng mga metal, at ang mga materyales na ginawa sa pamamagitan ng mga ito ay may iba't ibang mga katangian. Sa solidong estado ng pagsasama-sama, ang mga haluang metal ay:

Homogeneous (homogeneous), na binubuo ng mga kristal ng parehong uri. Madalas silang tinatawag na single-phase.

Heterogenous (non-uniform), tinatawag na multiphase. Kapag gumagawa ng mga ito, ang isang solidong solusyon (matrix phase) ay kinuha bilang batayan ng haluang metal. Ang komposisyon ng mga heterogenous na sangkap ng ganitong uri ay nakasalalay sa komposisyon ng mga elemento ng kemikal nito. Ang nasabing mga haluang metal ay maaaring maglaman ng mga sumusunod na bahagi: interstitial at substitutional solid solution, mga kemikal na compound (carbides, intermetallic compound, nitride), crystallites ng mga simpleng sangkap.

Mga katangian ng mga haluang metal

Hindi alintana kung anong mga paraan ng paggawa ng mga metal at haluang metal ang ginagamit, ang kanilang mga katangian ay ganap na tinutukoy ng mala-kristal na istraktura ng mga phase at ang microstructure ng mga materyales na ito. Ang bawat isa sa kanila ay magkakaiba. Ang mga macroscopic na katangian ng mga haluang metal ay nakasalalay sa kanilang microstructure. Sa anumang kaso, naiiba sila sa mga katangian ng kanilang mga yugto, na nakasalalay lamang sa kristal na istraktura ng materyal. Ang macroscopic homogeneity ng heterogenous (multiphase) alloys ay nakuha bilang resulta ng pare-parehong pamamahagi ng mga phase sa metal matrix.

Ang pinakamahalagang pag-aari ng mga haluang metal ay ang weldability. Kung hindi man sila ay magkapareho sa mga metal. Kaya, ang mga haluang metal ay may thermal at electrical conductivity, ductility at reflectivity (brilliance).

Mga uri ng haluang metal

Ang iba't ibang mga pamamaraan para sa paggawa ng mga haluang metal ay nagpapahintulot sa tao na mag-imbento ng isang malaking bilang ng mga metal na materyales na may iba't ibang mga katangian at katangian. Ayon sa kanilang layunin, nahahati sila sa mga sumusunod na grupo:

Structural (bakal, duralumin, cast iron). Kasama rin sa pangkat na ito ang mga haluang metal na may mga espesyal na katangian. Kaya't naiiba ang mga ito sa intrinsic na kaligtasan o mga katangian ng anti-friction. Kabilang dito ang tanso at tanso.

Para sa pagpuno ng mga bearings (babbitt).

Para sa electric heating at mga kagamitan sa pagsukat (nichrome, manganin).

Para sa paggawa ng mga tool sa pagputol (manalo).

Sa produksyon, gumagamit din ang mga tao ng iba pang uri ng mga metal na materyales, tulad ng fusible, heat-resistant, corrosion-resistant at amorphous alloys. Ang mga magnet at thermoelectrics (telurides at selenides ng bismuth, lead, antimony at iba pa) ay malawakang ginagamit din.

Mga haluang metal

Halos lahat ng bakal na natunaw sa Earth ay ginagamit para sa produksyon ng simple at iron Ito ay ginagamit din sa produksyon ng cast iron. Ang mga haluang metal na bakal ay nakakuha ng kanilang katanyagan dahil sa katotohanan na mayroon silang mga katangian na kapaki-pakinabang sa mga tao. Nakuha ang mga ito sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang bahagi sa isang simpleng elemento ng kemikal. Kaya, sa kabila ng katotohanan na ang iba't ibang mga haluang metal ay ginawa batay sa parehong sangkap, ang bakal at cast iron ay may iba't ibang mga katangian. Salamat dito, nakakahanap sila ng iba't ibang mga lugar ng aplikasyon. Karamihan sa mga bakal ay mas matigas kaysa sa cast iron. Iba't ibang pamamaraan ang pagkuha ng mga metal na ito ay ginagawang posible na makuha iba't ibang uri(mga grado) ng mga haluang bakal na ito.

Pagpapabuti ng mga katangian ng mga haluang metal

Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng ilang mga metal at iba pang elemento ng kemikal, maaaring makuha ang mga materyales na may pinabuting katangian. Halimbawa, ang purong aluminyo ay 35 MPa. Kapag gumagawa ng isang haluang metal na ito na may tanso (1.6%), sink (5.6%), magnesiyo (2.5%), ang figure na ito ay lumampas sa 500 MPa.

Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng iba't ibang mga kemikal sa iba't ibang sukat, ang mga metal na materyales na may pinahusay na magnetic, thermal o electrical properties ay maaaring makuha. Ang pangunahing papel sa prosesong ito ay nilalaro ng istraktura ng haluang metal, na kung saan ay ang pamamahagi ng mga kristal nito at ang uri ng mga bono sa pagitan ng mga atomo.

Mga bakal at cast iron

Ang mga haluang metal na ito ay nakukuha ng carbon (2%). Kapag gumagawa ng mga alloyed na materyales, ang nickel, chromium, at vanadium ay idinagdag sa kanila. Ang lahat ng mga ordinaryong bakal ay nahahati sa mga uri:

Ang low-carbon (0.25% carbon) ay ginagamit para sa paggawa ng iba't ibang istruktura;

Ang mataas na carbon (higit sa 0.55%) ay inilaan para sa paggawa ng mga tool sa paggupit.

Ang iba't ibang grado ng mga bakal na haluang metal ay ginagamit sa mechanical engineering at iba pang mga produkto.

Ang isang haluang metal ng bakal at carbon, ang porsyento nito ay 2-4%, ay tinatawag na cast iron. Ang materyal na ito ay naglalaman din ng silikon. Ang iba't ibang mga produkto na may mahusay na mga mekanikal na katangian ay inihagis mula sa cast iron.

Mga non-ferrous na metal

Bilang karagdagan sa bakal, ang iba pang mga elemento ng kemikal ay ginagamit upang gumawa ng iba't ibang mga materyales na metal. Bilang resulta ng kanilang kumbinasyon, ang mga non-ferrous na haluang metal ay nakuha. Sa buhay ng mga tao, ang mga materyales batay sa:

Copper, tinatawag na tanso. Naglalaman sila ng 5-45% zinc. Kung ang nilalaman nito ay 5-20%, kung gayon ang tanso ay tinatawag na pula, at kung ito ay 20-36%, ito ay tinatawag na dilaw. May mga haluang metal na tanso na may silikon, lata, beryllium, at aluminyo. Ang mga ito ay tinatawag na bronze. Mayroong ilang mga uri ng naturang mga haluang metal.

Lead, na ordinaryong panghinang (tertiary). Sa haluang ito, ang 1 bahagi ng kemikal na sangkap na ito ay naglalaman ng 2 bahagi ng lata. Sa paggawa ng mga bearings, ginagamit ang Babbitt, na isang haluang metal ng lead, lata, arsenic at antimony.

Aluminum, titanium, magnesium at beryllium, na mga magaan na non-ferrous na haluang metal na may mataas na lakas at mahusay na mekanikal na katangian.

Mga paraan ng pagkuha

Ang mga pangunahing pamamaraan para sa paggawa ng mga metal at haluang metal:

Foundry, kung saan nangyayari ang solidification ng iba't ibang mga natunaw na sangkap. Upang makakuha ng mga haluang metal, ginagamit ang pyrometallurgical at electrometallurgical na pamamaraan para sa paggawa ng mga metal. Sa unang opsyon, ang thermal energy na nakuha sa panahon ng fuel combustion ay ginagamit upang init ang hilaw na materyal. Ang pyrometallurgical method ay gumagawa ng bakal sa open-hearth furnace at cast iron sa blast furnace. Sa pamamaraang electrometallurgical, ang mga hilaw na materyales ay pinainit sa induction o electric arc furnaces. Sa kasong ito, ang mga hilaw na materyales ay natutunaw nang napakabilis.

Powder, kung saan ang mga pulbos ng mga bahagi nito ay ginagamit upang gawin ang haluang metal. Salamat sa pagpindot, binibigyan sila ng isang tiyak na hugis at pagkatapos ay sintered sa mga espesyal na oven.

Teknolohiya ng paggawa ng mga metal at haluang metal

Ang teknolohiya para sa paggawa ng mga metal at ang kanilang mga haluang metal ay tinatawag metalurhiya . Ang metalurhiya ay nahahati sa ferrous - ang produksyon ng bakal at mga haluang metal nito at non-ferrous - ang produksyon ng iba pang mga metal

Ang mga hilaw na materyales para sa pagkuha ng mga metal ay ores. Rudami ay mga bato na teknikal na posible at ekonomikong magagawa upang iproseso upang makuha ang mga metal na nilalaman nito.

Karaniwan, ang paggawa ng metal ay nangyayari sa dalawang pangunahing yugto:

Paunang paghahanda ng mga hilaw na materyales.

Sa proseso ng paunang paghahanda ng mga hilaw na materyales, isang mahalagang yugto ang pagpapayaman ng ore - pag-alis ng mga dumi ng basurang bato (halimbawa, kuwarts, feldspar, atbp.). Pagkatapos ng pagpapayaman, ang nilalaman ng kapaki-pakinabang na bahagi sa mineral ay tumataas.

Upang linisin ang ore mula sa basurang bato, ang mga pisikal na pamamaraan ay ginagamit upang paghiwalayin ang mga pinaghalong sangkap batay sa mga pagkakaiba sa mga katangian ng mga bahagi ng pinaghalong. Kapag nakikinabang sa iron ore, ang magnetite (Fe 3 O 4) ay nahihiwalay sa paggamit ng gangue magnet.

Ang ilang mga ores ay maaaring pagyamanin gamit ang pamamaraan lutang, batay sa pagkakaiba sa pagkabasa ng kapaki-pakinabang na bahagi ng ore at waste rock.

Maraming mga metal ang nangyayari sa kalikasan bilang mga sulfide ores. Pagkatapos, sa unang yugto, ang mga naturang hilaw na materyales ay napapailalim sa litson. Halimbawa, kapag nagpapaputok ng iron pyrites, nabuo ang iron (II) oxide, na pumapasok sa susunod na yugto ng produksyon, at sulfur dioxide: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + + 8SO 2

2. Pagbawi ng metal mismo mula sa mga hilaw na materyales .

Sa ikalawang yugto, ang isang reaksyon ng pagbabawas ng oksihenasyon ay isinasagawa, bilang isang resulta kung saan nabuo ang isang metal. Ang karbon (coke), carbon monoxide (CO) at hydrogen ay ginagamit bilang mga ahente ng pagbabawas. Sa ilang mga kaso, ang pagbabawas ay isinasagawa sa pamamagitan ng electrolysis.

Mga pamamaraan para sa paggawa ng mga metal at haluang metal

Ang mga metal at haluang metal ay nakuha iba't ibang paraan. (mula sa Greek na "pyro" - apoy at metalurhiya).

1. Pyrometallurgical method (mula sa Greek na "pyro" - apoy at metalurhiya). Sa ganitong paraan, ang produksyon ng mga metal at haluang metal ay batay sa paggamit ng thermal energy, na inilabas sa panahon ng pagkasunog ng gasolina o ang paglitaw ng mga reaksiyong kemikal sa mga hilaw na materyales. Sa panahon ng pagkasunog ng gasolina, ang thermal energy ay inilabas at CO ay nabuo. Ang thermal energy ay ginagamit upang magpainit at matunaw ang mga hilaw na materyales, at ang CO ay ginagamit upang ibalik ang mga metal mula sa kanilang mga compound (oxides). Ang paraan ng pyrometallurgical ay gumagawa ng cast iron sa mga blast furnace, bakal sa open-hearth furnace, atbp.

2. Electrometallurgical na pamamaraan. Sa proseso ng electrometallurgical, ang mga metal at haluang metal ay ginawa sa arc, induction at iba pang mga uri ng electric furnace. Sa mga electric furnace, ang mga hilaw na materyales ay pinainit sa mas mataas na temperatura kaysa sa proseso ng pyrometallurgical. Ang hilaw na materyal ay natutunaw nang napakabilis.

3. Paraan ng plasma. Ang kakanyahan ng metalurhiya ng plasma ay na sa temperatura na 10,000 C, ang mga metal oxide ay na-convert sa plasma na may isang tiyak na antas ng ionization. Dahil ang enerhiya ng ionization ng mga atomo ng metal ay mas mababa kaysa sa enerhiya ng ionization ng mga atomo ng oxygen, sa gayong plasma ang mga atomo ng metal ay na-ionize, at ang mga atomo ng oxygen ay nananatiling neutral.

Ang mga metal ions ay tinanggal mula sa nagresultang timpla gamit ang isang magnetic field. Ang mga plasma furnace ay gumagawa ng tungsten, molibdenum, synthesize ng titanium carbide, atbp. Ang pamamaraang ito ay ginagamit upang makagawa ng napakataas na kalidad na mga metal at haluang metal.

4. Paraan ng kemikal-metallurhiko. Pinagsasama ng pamamaraang ito ang mga kemikal at metalurhiko na proseso. Ang titanium ay ginawa sa ganitong paraan: ang titanium tetrachloride (TiCI 4) ay nakuha mula sa titanium ore, na nababawasan ng magnesium (Mg).

5. Hydrometallurgical method. Sa pamamaraang ito, ang mga metal ay tinanggal mula sa mga ores, concentrates at basura ng produksyon gamit ang mga solvents. Ang mga metal ay nakukuha mula sa mga solusyong ito sa pamamagitan ng electrolysis. Ito ay kung paano ginawa at pinino ang mga non-ferrous na metal: tanso, sink, nikel, kobalt, kromo, pilak, ginto, atbp.

Ang produksyon ng mga metal sa pamamagitan ng hydrometallurgical method ay binubuo ng mga sumusunod na yugto: paghahanda ng mineral para sa paglusaw; dissolving ore at tumutok sa isang solvent; paglilinis ng nagresultang solusyon mula sa mga impurities na nakakapinsala sa electrolysis; electrolysis.

6. Powder metalurhiya. Pinagsasama ng pamamaraang ito ang mga proseso na nagreresulta sa paggawa ng mga pulbos ng mga metal at non-metallic compound, kung saan ang mga produkto (blangko, bahagi, atbp.) ay ginawa sa pamamagitan ng pagpindot (upang magbigay ng hugis at sukat) na sinusundan ng sintering.

Mayroong ilang mga paraan upang makakuha ng mga metal sa industriya. Ang kanilang paggamit ay nakasalalay sa aktibidad ng kemikal ng elementong nakuha at ang mga hilaw na materyales na ginamit. Ang ilang mga metal ay nangyayari sa kalikasan sa dalisay na anyo, habang ang iba ay nangangailangan ng mga kumplikadong teknolohikal na pamamaraan upang ihiwalay ang mga ito. Ang pagkuha ng ilang elemento ay tumatagal ng ilang oras, habang ang iba ay nangangailangan ng maraming taon ng pagproseso. mga espesyal na kondisyon. Ang mga karaniwang pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na kategorya: pagbabawas, pag-ihaw, electrolysis, agnas.

Mayroon ding mga espesyal na pamamaraan para sa pagkuha ng mga bihirang elemento, na kinabibilangan ng paglikha mga espesyal na kondisyon sa kapaligiran ng pagpoproseso. Maaaring kabilang dito ang ionic decrystallization ng structural lattice o, sa kabaligtaran, isang kontroladong proseso ng polycrystallization na nagbibigay-daan sa paggawa ng isang partikular na isotope, radioactive irradiation at iba pang hindi karaniwang pamamaraan ng pagkakalantad. Sila ay ginagamit medyo bihira dahil sa kanilang mataas na gastos at kakulangan ng praktikal na aplikasyon mga napiling elemento. Samakatuwid, ipaalam sa amin tumira nang mas detalyado sa pangunahing mga pamamaraang pang-industriya pagkuha ng mga metal. Ang mga ito ay medyo iba-iba, ngunit ang lahat ay batay sa paggamit ng kemikal o pisikal na katangian ilang mga sangkap.

Pangunahing paraan ng pagkuha ng mga metal

Ang isa sa mga pangunahing paraan upang makakuha ng mga metal ay ang kanilang pagbawas mula sa mga oxide. Ito ay isa sa mga pinaka-karaniwang metal compound na matatagpuan sa kalikasan. Ang proseso ng pagbabawas ay nagaganap sa mga blast furnace sa ilalim ng mataas na temperatura at may partisipasyon ng mga metal o di-metal na mga ahente ng pagbabawas. Mula sa mga metal, ang mga elemento na may mataas na aktibidad ng kemikal ay ginagamit, halimbawa, kaltsyum, magnesiyo, aluminyo.

Kabilang sa mga non-metallic substance ang carbon monoxide, hydrogen at coking coals. Ang kakanyahan ng pamamaraan ng pagbabawas ay ang isang mas aktibong elemento ng kemikal o tambalan ay inilipat ang metal mula sa oksido at tumutugon sa oxygen. Kaya, ang output ay isang bagong oksido at purong metal. Ito ang pinakakaraniwang paraan ng paggawa ng mga metal sa modernong metalurhiya.

Ang pag-ihaw ay isa lamang intermediate na paraan ng pagkuha ng purong elemento. Ito ay nagsasangkot ng pagsunog ng metal sulfide sa isang kapaligiran ng oxygen, na nagreresulta sa pagbuo ng isang oksido, na pagkatapos ay sasailalim sa isang pamamaraan ng pagbabawas. Ang pamamaraang ito ay ginagamit din nang madalas, dahil ang mga compound ng sulfide ay laganap sa kalikasan. Ang direktang produksyon ng purong metal mula sa mga sulfur compound nito ay hindi ginagamit dahil sa pagiging kumplikado at mataas na halaga ng teknolohikal na proseso. Ito ay mas madali at mas mabilis na magsagawa ng dobleng pagproseso, tulad ng ipinahiwatig sa itaas.

Ang electrolysis, bilang isang paraan ng paggawa ng mga metal, ay nagsasangkot ng pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng isang natunaw na metal compound. Bilang resulta ng pamamaraan, ang purong metal ay idineposito sa katod, at ang iba pang mga sangkap ay idineposito sa anode. Ang pamamaraang ito ay naaangkop sa mga metal na asing-gamot. Ngunit hindi ito pangkalahatan para sa lahat ng elemento. Ang pamamaraan ay angkop para sa produksyon ng mga alkali metal at aluminyo. Ito ay dahil sa kanilang mataas na aktibidad ng kemikal, na, sa ilalim ng impluwensya ng electric current, ay ginagawang madaling masira ang mga bono na itinatag sa mga koneksyon. Kung minsan ang electrolytic na paraan ng pagkuha ng mga metal ay ginagamit para sa mga elemento ng alkaline earth, ngunit hindi na nila ipinahiram ang kanilang mga sarili nang mahusay sa paggamot na ito, at ang ilan ay hindi ganap na nasisira ang bono sa non-metal.

Ang huling paraan - ang agnas ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura, na ginagawang posible na masira ang mga bono sa pagitan ng mga elemento sa antas ng molekular. Ang bawat koneksyon ay mangangailangan ng sarili nitong antas ng temperatura, ngunit sa pangkalahatan ang pamamaraan ay hindi naglalaman ng anumang mga trick o tampok. Ang tanging punto: ang metal na nakuha bilang isang resulta ng pagproseso ay maaaring mangailangan ng isang sintering procedure. Ngunit ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng halos 100% purong produkto, dahil ang mga catalyst at iba pang mga kemikal ay hindi ginagamit para sa pagpapatupad nito. Sa metalurhiya, ang mga pamamaraan para sa paggawa ng mga metal ay tinatawag na pyrometallurgical, hydrometallurgical, electrometallurgical at thermal decomposition. Ito ang apat na pamamaraan na ibinigay sa itaas, pinangalanan lamang hindi ayon sa kemikal, ngunit ayon sa pang-industriyang terminolohiya.

Paano nakukuha ang metal sa industriya

Ang paraan ng paggawa ng metal ay higit na nakasalalay sa pamamahagi nito sa mga bituka ng lupa. Pangunahing nangyayari ang pagmimina sa anyo ng mineral na may tiyak na porsyento ng mga elemento. Ang mga high-grade ores ay maaaring maglaman ng hanggang 90% na metal. Ang mga low-grade ores, na naglalaman lamang ng 20-30% ng substance, ay ipinapadala sa isang processing plant bago iproseso.

Tanging ang mga marangal na metal ay matatagpuan sa kalikasan sa kanilang dalisay na anyo at mina sa anyo ng mga nuggets. iba't ibang laki. Ang mga aktibong elemento ng kemikal ay matatagpuan alinman sa anyo ng mga simpleng asing-gamot o sa anyo ng mga polyelement compound, na may isang napaka-komplikadong kemikal na istraktura, ngunit sa pangkalahatan ay medyo nabubulok sa kanilang mga bahagi sa ilalim ng isang tiyak na impluwensya. Ang mga metal ng katamtaman at mababang aktibidad sa ilalim ng mga natural na kondisyon ay bumubuo ng mga oxide at sulfide. Hindi gaanong karaniwan, ang mga ito ay matatagpuan sa mga kumplikadong acid-metal compound.

Bago makakuha ng purong metal, ang isa o higit pang mga pamamaraan ay madalas na isinasagawa upang mabulok ang mga kumplikadong sangkap sa mas simple. Mas madaling ihiwalay ang isang produkto mula sa isang compound na may dalawang elemento kaysa sa isang multi-element complex formation. Bukod sa teknolohikal na proseso nangangailangan ng maingat na kontrol, na napakahirap makamit kung kailan pinag-uusapan natin O malalaking dami mga impurities na may iba't ibang katangian.

Tulad ng para sa kapaligiran na bahagi ng isyu, ang electrochemical na paraan ng pagkuha ng mga metal ay maaaring ituring na pinakamalinis, dahil sa panahon ng pagpapatupad nito walang mga sangkap na inilabas sa kapaligiran. Kung hindi, ang metalurhiya ay isa sa mga pinaka nakakapinsalang industriya para sa kalikasan, samakatuwid modernong mundo Maraming pansin ang binabayaran sa problema ng paglikha ng mga kagamitan na walang basura.

Sa ngayon, maraming mga pabrika ang nag-abandona sa paggamit ng mga open-hearth furnace pabor sa mas modernong mga de-koryenteng modelo. Kumokonsumo sila ng mas maraming enerhiya, ngunit hindi naglalabas ng mga produkto ng pagkasunog ng gasolina sa kapaligiran. Ang pag-recycle ng mga metal ay napakahalaga din. Para sa layuning ito, ang mga espesyal na punto ng koleksyon ay nilagyan sa lahat ng mga bansa kung saan maaari mong ibigay ang mga ginamit na bahagi na gawa sa ferrous at non-ferrous na mga metal, na pagkatapos ay ipapadala para sa recycling. Sa hinaharap sila ay gagawin mula sa bagong produkto, na maaaring gamitin alinsunod sa nilalayon nitong layunin.

Ang mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal ay karaniwang nahahati sa tatlong uri:

  • pyrometallurgical (pagbabawas sa mataas na temperatura);
  • hydrometallurgical (pagbawas mula sa mga asing-gamot sa mga solusyon);
  • electrometallurgical (electrolysis ng solusyon o matunaw).

Pyrometallurgically nakuha(mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal mula sa ores sa ilalim ng mataas na temperatura. Ang mga oxide ores at oxide ay nababawasan ng karbon, carbon monoxide (II), higit pa aktibong mga metal(aluminyo, magnesiyo)): cast iron, steel, copper, lead, nickel, chrome at iba pang metal.

FeO + C -> Fe + CO

Fe2O3 + 2Al –> 2Fe + Al2O3

Hydrometallurgically nakuha(pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal batay sa mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa mga solusyon ) : ginto, sink, nikel at ilang iba pang mga metal.

CuSO4 + Fe –> FeSO4 + Cu

Electrometallurgically nakuha(paghihiwalay ng mga metal mula sa kanilang mga asing-gamot at oxide sa ilalim ng impluwensya ng electric current ) : alkali at alkaline earth na mga metal, aluminyo, magnesiyo at iba pang mga metal.



Kapag bumubuo ng teknolohiya para sa paggawa ng mga kemikal, ang mga batas ng thermodynamics, kinetics, heat engineering, physical at chemical analysis, atbp. Natural, ang mga kondisyon sa ekonomiya ay isinasaalang-alang din. Kung ang reaksyon ay mababalik, mag-apply Prinsipyo ng Le Chatelier:

Kung ang isang sistema sa ekwilibriyo ay naiimpluwensyahan mula sa labas, ang ekwilibriyo sa sistema ay lilipat patungo sa reaksyon (direkta o baligtad) na humahantong sa bahagyang kabayaran ng impluwensyang ito.

Ginagamit din ang mga pamamaraan ng kemikal upang linisin ang mga emisyon, gayundin Wastewater paggawa ng kemikal

Pangkalahatang pamamaraan para sa pagkuha ng mga metal

1. Pagbawas ng mga metal mula sa mga oxide na may karbon o carbon monoxide

Me x O y + C = CO 2 + Ako,

Ako x O y + C = CO + Ako,

Ako x O y + CO = CO 2 + Ako

Halimbawa,

ZnO y + C t = CO + Zn

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

MgO + C t= Mg + CO

2. Pag-ihaw ng sulfide na sinusundan ng pagbawas (kung ang metal ay nasa ore sa anyo ng isang asin o base, kung gayon ang huli ay unang na-convert sa oksido)

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

2 yugto- Ako x O y + C = CO 2 + AkooAko x O y + CO = CO 2 + Ako

Halimbawa,

2 ZnS + 3 O 2 t= 2 ZnO + 2 KAYA 2

MgCO 3 t = MgO + CO 2

3 Aluminothermy (sa mga kaso kung saan imposibleng mabawasan ng karbon o carbon monoxide dahil sa pagbuo ng carbide o hydride)

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

Halimbawa,

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

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

2 Sinabi ni Al + 3 BaO t= 3 Ba + Sinabi ni Al 2 O 3 (makakuha ng mataas na kadalisayan ng barium)

4. Hydrothermy - para sa produksyon ng mataas na kadalisayan ng mga metal

Ako x O y + H 2 = H 2 O + Ako

Halimbawa,

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

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

5. Pagbawi ng metal electric shock(electrolysis)

A) Mga metal na alkali at alkaline earth nakuha sa industriya sa pamamagitan ng electrolysis mga natunaw na asin (mga klorido):

2 NaCl – matunaw, electric kasalukuyang. → 2 Na+Cl2

CaCl2 – matunaw, electric kasalukuyang. → Ca+Cl2

natutunaw ang hydroxide:

4 NaOH – matunaw, electric kasalukuyang. → 4 Na + O 2 + 2 H 2 O (!!! ginagamit paminsan-minsan para sa Na)

B) aluminyo sa industriya ito ay nakukuha sa pamamagitan ng electrolysis natutunaw ang aluminyo oksido sa cryolite Na 3 AlF 6 (mula sa bauxite):

2 Al 2 O 3 – matunaw sa cryolite, electr. kasalukuyang. → 4 Al + 3 O 2

SA) Electrolysis ng may tubig na mga solusyon sa asin gamitin upang makakuha ng mga metal ng intermediate na aktibidad at hindi aktibo:

2 CuSO 4 +2 H 2 O – solusyon, electric kasalukuyang. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4 3