Загальні способи добування металів – Загальні відомості про металічні елементи та метали
ХІМІЯ – Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання
РОЗДІЛ II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
8. Металічні елементи та їхні сполуки. Метали
8.1. Загальні відомості про металічні елементи та метали
8.1.5. Загальні способи добування металів
У вигляді самородних металів трапляється незначна кількість малоактивних металів: золото, платина, срібло. Більшість металічних елементів трапляється в природі у вигляді сполук – оксидів, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів, нітратів, ортофосфатів – руд.
Руда – природна
– поліметалічні руди, які містять свинець, цинк, зазвичай мідь і як постійні домішки – срібло, золото, іноді кадмій, індій, галій і деякі інші рідкісні метали;
– радіоактивні руди містять метали радіоактивних елементів (уран, радій, торій);
– комплексні руди – складна за вмістом сировина, з якої економічно вигідно добувати декілька металів або інших корисних компонентів. Наприклад, мідно-нікелева руда, з якої, крім нікелю і міді, добувають
Іноді рудою називають також деякі види неметалічної мінеральної сировини: азбестова, баритова, графітова, фосфорна, сірчана, агрономічна руда1.
3а вмістом корисного компонента руди поділяють на:
– природно-багаті – вміст, корисного компонента у 2-3 рази вищий від кондиційного (придатного для безпосереднього використання);
– середні – вміст корисного компонента дорівнює або на 10-50 % вищий від кондиційного;
– бідні (потребують збагачення) – вміст корисного компонента на межі кондиційного.
Із плином часу і розвитком добувної та переробної промисловості зростають і можливості використання бідних джерел сировини. За умов вичерпання ресурсів природно-багатих родовищ бідні руди можуть переходити у розряд середніх.
Вирішенням проблеми добування металів із природних сполук займається наука і промислова галузь – металургія. Розрізняють чорну (металургію заліза) та кольорову металургію (металургію всіх інших металів). Останню умовно поділяють на металургію важких (мідь, свинець, цинк, олово, нікель) і легких (алюміній, титан, магній) металів. Хімізм металургійних процесів полягає у відновленні металічних елементів:
Відновлення здійснюють за допомогою різних відновників, завдяки чому одержують метали в чистому вигляді. Відновлюють метали за допомогою коксу (вуглецю), карбон(ІІ) оксиду, водню, активних металів (алюмінію, магнію), а також постійного електричного струму.
Значна частина металургійних процесів грунтується на відновленні оксидів металічних елементів. Якщо ж використовують сульфідні руди, то їх попередньо нагрівають за наявності повітря (випалюють). При цьому сульфід металічного елемента перетворюється на оксид:
Залежно від природи відновника та умов перебігу реакції відновлення, розрізняють:
– пірометалургію;
– гідроелектрометалургію;
– електрометалургію.
Пірометалургія – це галузь металургії, де проводять відновлення металів з руд за дуже високої температури за допомогою різних відновників (С, CO, Н2, Al, Mg):
При здійсненні реакцій за участі активних металів або коксу одержують розплави металів, а при використанні газоподібних відновників (Н2, СО) добувають металічні порошки (порошкова металургія). Іншим різновидом пірометалургії є плазменна металургія, яка дає змогу відновлювати метали безпосередньо з руд. Її вадою є висока енергоємність.
Гідроелектрометалургія. Цей шлях одержання металів за допомогою водних розчинів передбачає здійснення двох процесів:
1) переведення природної сполуки певного металічного елемента (оксиду, солі) у розчин шляхом розчинення в кислоті:
2) відновлення металу з одержаного розчину солі:
– за допомогою більш активного металу:
– електролізом.
Загалом електроліз розчинів використовують для добування з руд значної кількості металів, перш за все кольорових і благородних: Cu, Ві, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Cd, Zn, Mn, Cr. Сьогодні близько 20 % світового виробництва міді, 50-70 % цинку та нікелю, 100 % алюмінію й урану (з їхніх оксидів), кадмію, кобальту тощо базується на гідроелектрометалургії (електроекстракціі).
Електрометалургія – це добування металів електролізом розплавів солей. Так добувають, наприклад, лужні, лужноземельні метали. Власне, це єдиний спосіб їхнього добування, тому щр оксиди цих металічних елементів неможливо відновити коксом, воднем або карбон(ІІ) оксидом.
_____________________________________________________________
1 Використовують для виробництва мінеральних добрив або для покращення грунту в агрономічних цілях.
