...
Elämän hakkeroinnit, hyödylliset vinkit, suositukset. Artikkelit miehille ja naisille. Kirjoitamme tekniikasta ja kaikesta mielenkiintoisesta.

Menetelmät metallien saamiseksi malmeista

5

Luonnossa useimmat metallit esiintyvät kemiallisten yhdisteiden muodossa. Siksi ihmisen oli löydettävä tapoja saada metalleja malmeista voidakseen käyttää niitä tulevaisuudessa.

  • Alkuperäiset metallit ovat niitä, jotka ovat luonnossa vapaassa tilassa (kupari, elohopea, hopea, kulta, platina ja muut). Kullan louhintaan käytetään joko mekaanista erotusta epäpuhtauksista tai uuttamista reagensseilla.

  • Loput metallit ovat malmien – mineraalien tai erilaisten kivien muodossa, jotka sisältävät metalliyhdisteitä, joista ne voidaan uuttaa teollisesti. Useimmiten malmit sisältävät metallioksideja tai niiden suoloja (karbonaatteja, sulfideja jne.). Usein malmit sisältävät useiden metallien yhdisteitä, ja niitä kutsutaan polymetallisiksi (lyijy-hopea, kupari-sinkki jne.).

  • Pääasialliset menetelmät metallien saamiseksi malmeista liittyvät niiden pelkistämiseen oksideista hiilen avulla: rautamalmista sulatetaan valurautaa, tinakivestä tinaa ja niiden oksideista muita metalleja.

  • Kun metallia saadaan rikkimalmista, se muunnetaan ensin rikkiyhdisteeksi polttamalla erityisessä uunissa.

Metallurgia

Metallien saaminen malmeista on metallurgian tehtävä. Tämä termi viittaa sekä metallien tuotantomenetelmien tieteeseen että siihen suoraan omistautuneeseen teollisuudenalaan.

Mikä tahansa metallurginen prosessi pelkistyy metallikationien pelkistämiseen erilaisilla pelkistysaineilla. Metallin saamisprosessin suorittamiseksi malmista on tarpeen valita pelkistävä aine metallin aktiivisuuden mukaisesti, ottaa huomioon ympäristölliset ja taloudelliset tekijät sekä prosessin teknologinen toteutettavuus.

Tekniikat metallien saamiseksi:

  • pyrometallurgiset;
  • hydrometallurgiset;
  • sähkömetallurginen.

Pyrometallurgiassa talteenotto metallimalmista tapahtuu korkeissa lämpötiloissa ja pelkistävissä aineissa (hiili, vety, hiilidioksidi, magnesium tai alumiini). Esimerkiksi kuparia saadaan kupriitti Cu2O:sta ja tinaa kasiteriitista SnO2 kalsinoimalla niitä koksilla (hiilellä). On myös tärkeää erottaa metalli ei-metallista.

Video menetelmistä metallien saamiseksi malmeista

Sulfidimalmit pasutetaan ensin ilmalla, ja tuloksena oleva oksidi pelkistetään hiilellä. Karbonaattimalmeja kalsinoidaan myös hiilellä: korkeissa lämpötiloissa karbonaatit hajoavat muodostaen oksideja, joita kivihiili jo pelkistää. Hiilen pelkistyksen avulla on mahdollista saada sellaisia ​​alkuaineita kuten rauta, sinkki, kupari, kadmium, lyijy, tina, germanium ja muut metallit, jotka eivät muodosta vahvoja karbideja hiilen kanssa. Aktiiviset metallit ja vety voivat toimia myös pelkistysaineina. Tällä menetelmällä voidaan eristää melko puhdas metalli. Tyypillisesti käytetään alumiinia, jolla on erittäin korkea oksidinmuodostuslämpö.

Hydrometallurgia

Hän harjoittaa metallien talteenottoa niiden vesipitoisista suolaliuoksista. Tämä prosessi on jaettu kahteen vaiheeseen:

  • malmiyhdiste liuotetaan vastaavaan reagenssiin, jolloin saadaan metallisuolaliuos;
  • metalli syrjäytetään tuloksena olevasta liuoksesta aktiivisemmalla metallilla tai tapahtuu elektrolyyttinen pelkistys.

Esimerkiksi puhtaan kuparin saamiseksi CuO:ta sisältävästä malmista ensin mainittua käsitellään laimealla rikkihapolla. Sitten puhdasta kuparia saadaan sulfaattiliuoksesta elektrolyysillä tai syrjäyttämällä raudalla. Sinkki, hopea, molybdeeni, uraani ja kulta saadaan samanlaisella tekniikalla.

Elektrometallurgia

Tämä on metallien talteenoton nimi niiden yhdisteiden sulan tai liuoksen elektrolyysillä. Joten on mahdollista saada metalleja alkali- ja maa-alkalimetallimalmeista ja alumiinista. Metallihydroksidien, -oksidien tai -kloridien sulat käyvät läpi elektrolyysin.

Alkalimetallien saaminen

Menetelmät metallien saamiseksi malmeistaMonimutkaisempi on alkalimetallien massatuotantoprosessi, jotka korkean aktiivisuutensa vuoksi esiintyvät luonnossa vain sitoutuneessa muodossa. Nämä ovat vahvoja pelkistäviä aineita, joten niiden talteenotto vaatii paljon energiaa. Niitä saadaan useilla tavoilla.

  • Litiumia saadaan tyhjössä oksidista tai elektrolyysillä sen kloridista, joka saadaan käsittelemällä spodumeenia.
  • Kalsinoimalla soodaa ja hiiltä tiiviisti suljetussa upokkaassa saadaan natriumia. Vähemmän aikaa vievä menetelmä on natriumkloridisulan elektrolyysi kalsiumin läsnä ollessa.
  • Kaliumia saadaan myös sulaiden suolojen elektrolyysillä tai johtamalla natriumhöyry sen kloridin läpi. Se voidaan saada myös saattamalla kosketukseen nestemäisen natriumin ja sulan kaliumhydroksidin kanssa 440 asteessa.
  • Vielä aktiivisempaa rubidiumia ja cesiumia saadaan pelkistämällä niiden klorideja 700-800 asteessa kalsiumilla tai 650 asteessa zirkoniumilla. Tällainen metallien saaminen malmeista korkeissa lämpötiloissa osoittautuu erittäin kalliiksi ja energiaintensiiviseksi.

Ero metallien ja metalliseosten välillä

Niiden välillä ei ole selkeää ja perustavaa laatua olevaa rajaa, koska puhtaimmatkin metallit sisältävät ainakin pieniä määriä epäpuhtauksia. Itse asiassa kaikki teollisuuden ja muiden ihmisen toiminnan alojen käyttämät metallit ovat metalliseoksia, joita saadaan lisäämällä tarkoituksellisesti muita alkuaineita tai yhdisteitä perusmetalliin.

Menetelmät metallien saamiseksi malmeistaSuunnittelu vaatii metallimateriaaleja, joilla on lukuisia ominaisuuksia. Puhtaita metalleja ei käytännössä käytetä, koska niillä ei ole tarvitsemiamme ominaisuuksia. Siksi ihmiset ovat kehittäneet valtavan määrän metalliseoksia, joista on tullut kaikenlaisten tuotteiden tärkein rakennemateriaali. Seoksella tarkoitetaan makroskooppisesti homogeenista materiaalia, joka koostuu kahdesta tai useammasta kemiallisesta alkuaineesta, joista suurin osa on metallia. Seoksilla on oma rakenne. Tässä ovat komponentit, jotka muodostavat minkä tahansa seoksen:

  • emäs, joka sisältää yhtä tai useampaa metallia;
  • pienet seostavat tai muuntavat lisäaineet;
  • jäännösepäpuhtaudet (luonnolliset, teknologiset, satunnaiset).

Tämä verkkosivusto käyttää evästeitä parantaakseen käyttökokemustasi. Oletamme, että olet kunnossa, mutta voit halutessasi kieltäytyä. Hyväksyä Lisätietoja