I naturen finns de flesta metaller i form av kemiska föreningar. Därför, för att kunna använda dem i framtiden, var en person tvungen att hitta sätt att få fram metaller från malmer.
-
Inhemska metaller är de som finns i ett fritt tillstånd i naturen (koppar, kvicksilver, silver, guld, platina och andra). För guldbrytning används antingen mekanisk separation från föroreningar eller extraktion med hjälp av reagens.
-
De återstående metallerna presenteras i form av malmer – mineraler eller olika bergarter, som innehåller metallföreningar, från vilka de kan utvinnas industriellt. Oftast innehåller malmer metalloxider eller deras salter (karbonater, sulfider, etc.). Ofta innehåller malmer föreningar av flera metaller, då kallas de polymetalliska (bly-silver, koppar-zink, etc.).
-
De viktigaste metoderna för att erhålla metaller från malmer är förknippade med deras reduktion från oxider med hjälp av kol: gjutjärn smälts från järnmalm, tenn från tennsten och andra metaller från deras oxider.
-
När metall erhålls från svavelmalm omvandlas den först till en svavelförening genom eldning i en speciell ugn.
Metallurgi
Att få fram metaller från malmer är en metallurgis uppgift. Denna term avser både vetenskapen om industriella metoder för att producera metaller, och den industrigren som är direkt tillägnad detta.
Varje metallurgisk process reduceras till reduktion av metallkatjoner med olika reduktionsmedel. För att utföra processen för att erhålla metall från malm är det nödvändigt att välja ett reduktionsmedel i enlighet med metallens aktivitet, ta hänsyn till miljömässiga och ekonomiska faktorer, såväl som den tekniska genomförbarheten av processen.
Teknik för att erhålla metaller:
- pyrometallurgisk;
- hydrometallurgisk;
- elektrometallurgisk.
Inom pyrometallurgi sker återvinning från metallmalm vid höga temperaturer och reduktionsmedel (kol, väte, koldioxid, magnesium eller aluminium). Till exempel erhålls koppar från cuprit Cu2O, och tenn erhålls från kassiterit SnO2 genom att kalcinera dem med koks (kol). Det är också viktigt att skilja metall från icke-metall.
Video om metoder för att få fram metaller från malmer
Sulfidmalmer rostas först med luft, och den resulterande oxiden reduceras med kol. Karbonatmalmer bränns också med kol: vid höga temperaturer sönderdelas karbonater och bildar oxider, som redan reduceras av kol. Med hjälp av kolreduktion är det möjligt att få sådana grundämnen som järn, zink, koppar, kadmium, bly, tenn, germanium och andra metaller som inte bildar starka karbider med kol. Aktiva metaller och väte kan också fungera som reduktionsmedel. Med denna metod kan en ganska ren metall isoleras. Vanligtvis används aluminium, som har en mycket hög värme för oxidbildning.
Hydrometallurgi
Hon är engagerad i utvinning av metaller från deras vattenhaltiga saltlösningar. Denna process är uppdelad i två steg:
- malmföreningen löses i motsvarande reagens, vilket resulterar i en metallsaltlösning;
- metallen från den resulterande lösningen förskjuts av en mer aktiv metall, eller så sker elektrolytisk reduktion.
Till exempel, för att erhålla ren koppar från en malm som innehåller CuO, behandlas den förra med utspädd svavelsyra. Sedan erhålls ren koppar från sulfatlösningen genom elektrolys eller undanträngning med järn. Zink, silver, molybden, uran och guld erhålls med en liknande teknik.
Elektrometallurgi
Detta är namnet på återvinningen av metaller genom elektrolys av en smälta eller lösning av deras föreningar. Så det är möjligt att erhålla metaller från malmer av alkali- och jordalkalimetaller och aluminium. Smältor av metallhydroxider, oxider eller klorider genomgår elektrolys.
Erhålla alkalimetaller
Mer komplex är processen för massproduktion av alkalimetaller, som på grund av sin höga aktivitet endast existerar i naturen i bunden form. Dessa är starka reduktionsmedel, så deras återhämtning kräver mycket energi. De erhålls på flera sätt.
- Litium erhålls i vakuum från oxid eller genom elektrolys av dess klorid, som erhålls genom bearbetning av spodumen.
- Genom att kalcinera soda och kol i en tättsluten degel erhålls natrium. En mindre tidskrävande metod är elektrolysen av en natriumkloridsmälta i närvaro av kalcium.
- Kalium erhålls också genom elektrolys av smälta salter eller genom att leda natriumånga genom dess klorid. Det kan också erhållas genom att kontakta flytande natrium och smält kaliumhydroxid vid 440 grader.
- Ännu mer aktivt rubidium och cesium erhålls genom att reducera deras klorider vid 700-800 grader med kalcium, eller vid 650 grader med zirkonium. Sådan framställning av metaller från malmer vid höga temperaturer visar sig vara extremt dyr och energikrävande.
Skillnaden mellan metaller och legeringar
Det finns ingen tydlig och grundläggande gräns mellan dem, eftersom även de renaste metallerna innehåller åtminstone spår av föroreningar. Faktum är att alla metaller som används av industrin och alla andra grenar av mänsklig aktivitet är legeringar, som erhålls genom att målmedvetet lägga till andra grundämnen eller föreningar till basmetallen.
Engineering kräver metalliska material med många egenskaper. Rena metaller används praktiskt taget inte, eftersom de inte har de egenskaper vi behöver. Därför har människor utvecklat ett stort antal metallegeringar, som har blivit det viktigaste strukturella materialet för alla typer av produkter. En legering förstås som ett makroskopiskt homogent material som består av två eller flera kemiska grundämnen, vars huvudandel är metall. Legeringar har sin egen struktur. Här är komponenterna som utgör alla legeringar:
- en bas innefattande en eller flera metaller;
- små legerings- eller modifierande tillsatser;
- kvarvarande föroreningar (naturliga, tekniska, slumpmässiga).