Способи отримання металів із руд

У природі більшість металів існує як хімічних сполук. Тому щоб мати можливість використовувати їх надалі, людина мала знайти способи отримання металів з руд.

• Самородні метали – ті, що існують у вільному стані у природі (мідь, ртуть, срібло, золото, платина та інші). Для видобутку золота застосовується або механічне відділення домішок, або вилучення з допомогою реагентів.

• Інші метали представлені у вигляді руд – мінералів або різних гірських порід, у складі яких є сполуки металів, з яких їх можна видобути промисловим способом. Найчастіше руди містять оксиди металів чи його солі (карбонати, сульфіди тощо. буд.). Часто в рудах знаходяться з’єднання кількох металів, тоді їх називають поліметалевими (свинцево-срібні, мідно-цинкові тощо).

• Основні способи отримання металів із руд пов’язані з відновленням їх із оксидів за допомогою вуглецю: із залізної руди виплавляється чавун, з олов’яного каменю – олово, а інших металів – із їх оксидів.

• При отриманні металу із сірчистої руди вона спочатку перетворюється на сірчисту сполуку випалом у спеціальній печі.

Металургія

Отримання металів із руд є завданням металургії. Цим терміном називається як наука про промислові методи одержання металів, так і безпосередньо присвячена цьому галузь індустрії.

Будь-який металургійний процес зводиться до відновлення катіонів металів різними відновниками. Щоб здійснити процес одержання металу з руди, потрібно підібрати відновник відповідно до активності металу, врахувати екологічні та економічні фактори, а також технологічну доцільність процесу.

Технології отримання металів:

• пірометаллургічна;
• гідрометалургійна;
• електрометалургійна.

У пірометаллургії відновлення з руди металу відбувається за високих температур і відновників (вуглецю, водню, двоокису вуглецю, магнію або алюмінію). Наприклад, мідь одержують із куприту Cu2O, а олово – з каситериту SnO2, прожарюючи їх із коксом (вуглецем). Важливо також відрізняти метал від неметалу.

Відео про способи отримання металів із руд

Сульфідні руди піддаються спочатку випалу з доступом повітря, а оксид, що вийшов в результаті, відновлюють вугіллям. Карбонатні руди також прожарюють з вугіллям: за високої температури карбонати розпадаються, утворюючи оксиди, які вже відновлюються вугіллям. За допомогою відновлення вуглецем можна отримати такі елементи, як залізо, цинк, мідь, кадмій, свинець, олово, германій та інші метали, що не утворюють з вуглецем міцних карбідів. Відновниками можуть виступати також активні метали та водень. За допомогою цього можна виділити досить чистий метал. Зазвичай використовується алюміній, що має дуже велику теплоту утворення оксиду.

Гідрометалургія

Вона займається відновленням металів з їх водяних сольових розчинів. Цей процес поділено на два етапи:

• рудне з’єднання розчиняється у відповідному реагенті, в результаті виходить розчин солі металу;
• метал з отриманого розчину витісняється активнішим металом або відбувається електролітичне відновлення.

Наприклад, щоб із руди, що містить CuO, отримати чисту мідь, на першу впливають розбавленою сірчаною кислотою. Потім із розчину сульфату електролізом або витісненням залізом виходить чиста мідь. За близькою технологією отримують цинк, срібло, молібден, уран та золото.

Електрометалургія

Так називається відновлення металів шляхом електролізу розплаву або розчину їх сполук. Так, можливе отримання металів із руд лужних та лужноземельних металів та алюмінію. Електроліз піддаються розплави гідроксидів, оксидів або хлоридів металів.

Одержання лужних металів

Більш складним є процес масового отримання лужних металів, які через високу активність існують у природі лише у зв’язаному вигляді. Це сильні відновники, тому їхнє відновлення вимагає великих витрат енергії. Їх одержують декількома способами.

• Літій одержують у вакуумі з оксиду або електролізом його хлориду, який виходить при переробці сподумену.
• Прожарюючи соду і вугілля в щільно закритому тиглі, одержують натрій. Менш трудомісткий метод – електроліз розплаву хлориду натрію в присутності кальцію.
• Калій також виходить при електроліз розплавів солей або пропусканням крізь його хлорид парів натрію. Можна також отримати при контакті рідкого натрію і розплаву гідроксиду калію при 440 градусах.
• Ще активніші рубідій і цезій отримують шляхом відновлення їх хлоридів при 700-800 градусів кальцієм, або при 650 градусах цирконієм. Таке отримання металів з руд за високих температур виявляється вкрай дорого і енерговитратно.

Різниця між металами та сплавами

Чіткої та принципової межі між ними не існує, адже навіть найчистіші метали містять хоча б сліди домішок. Фактично всі використовувані промисловістю та будь-якими іншими галузями людської діяльності метали є сплавами, які виходять цілеспрямованим додаванням до основного металу інших елементів або сполук.

Для техніки необхідні металеві матеріали з численними властивостями. Чисті метали практично не знаходять застосування, оскільки не мають потрібних нам властивостей. Тому люди розробили величезну кількість металевих сплавів, які стали основним конструкційним матеріалом для всіляких виробів. Під сплавом розуміється макроскопічно однорідний матеріал, що складається із двох або більше хімічних елементів, основна частка яких припадає на метали. Сплави мають власну структуру. Ось компоненти, з яких складаються будь-які сплави:

• основа, що включає один або більше металів;
• невеликі легуючі або модифікуючі добавки;
• залишкові домішки (природні, технологічні, випадкові).