Metallar hansı təbii maddələrdən əmələ gəlir? Metalların və ərintilərin alınması üsulları

Sənayedə metal əldə etməyin bir neçə yolu var. Onların istifadəsi alınan elementin kimyəvi aktivliyindən və istifadə olunan xammaldan asılıdır. Bəzi metallar təbiətdə təmiz formada olur, digərləri isə onları təcrid etmək üçün mürəkkəb texnoloji prosedurlar tələb edir. Bəzi elementlərin çıxarılması bir neçə saat çəkir, digərləri isə xüsusi şəraitdə uzun illər emal tələb edir. Metalların alınması üçün ümumi üsulları aşağıdakı kateqoriyalara bölmək olar: reduksiya, qovurma, elektroliz, parçalanma.

Nadir elementlərin alınması üçün emal mühitində xüsusi şəraitin yaradılmasını nəzərdə tutan xüsusi üsullar da mövcuddur. Buraya struktur şəbəkənin ion dekristalizasiyası və ya əksinə, xüsusi izotopun, radioaktiv şüalanmanın və digər qeyri-standart məruz qalma prosedurlarının istehsalına imkan verən idarə olunan polikristallaşma prosesi daxil ola bilər. Seçilmiş elementlərin yüksək qiyməti və praktik tətbiqinin olmaması səbəbindən olduqca nadir hallarda istifadə olunur. Buna görə də metalların istehsalının əsas sənaye üsulları üzərində daha ətraflı dayanaq. Onlar olduqca müxtəlifdir, lakin hamısı müəyyən maddələrin kimyəvi və ya fiziki xüsusiyyətlərinin istifadəsinə əsaslanır.

Metalların alınmasının əsas üsulları

Metalların alınmasının əsas yollarından biri onların oksidlərdən reduksiyasıdır. Təbiətdə tapılan ən çox yayılmış metal birləşmələrindən biridir. Reduksiya prosesi yüksək temperaturda və metal və ya qeyri-metal reduksiyaedicilərin iştirakı ilə domna sobalarında baş verir. Metallardan yüksək kimyəvi aktivliyə malik elementlər, məsələn, kalsium, maqnezium, alüminium istifadə olunur.

Qeyri-metal maddələrə karbonmonoksit, hidrogen və kokslaşan kömürlər daxildir. Reduksiya prosedurunun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, daha aktiv kimyəvi element və ya birləşmə metalı oksiddən çıxarır və oksigenlə reaksiya verir. Beləliklə, çıxış yeni oksid və təmiz metaldır. Bu, müasir metallurgiyada metalların istehsalının ən geniş yayılmış üsuludur.

Qovurma yalnız saf element əldə etməyin aralıq üsuludur. Bu, oksigen mühitində metal sulfidin yandırılmasını nəzərdə tutur, nəticədə oksidin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir, sonra azalma proseduruna məruz qalır. Bu üsul da olduqca tez-tez istifadə olunur, çünki sulfid birləşmələri təbiətdə geniş yayılmışdır. Təmiz metalın kükürd birləşmələrindən birbaşa istehsalı texnoloji prosesin mürəkkəbliyi və yüksək qiyməti səbəbindən istifadə edilmir. Yuxarıda göstərildiyi kimi ikiqat emal aparmaq daha asan və daha sürətlidir.

Elektroliz, metal istehsal üsulu olaraq, cərəyanın ərimiş metal birləşməsindən keçməsini əhatə edir. Prosedur nəticəsində saf metal katodda, digər maddələr isə anodda çökdürülür. Bu üsul metal duzlarına aiddir. Ancaq bütün elementlər üçün universal deyil. Metod qələvi metalların və alüminiumun istehsalı üçün uygundur. Bu, onların yüksək kimyəvi aktivliyi ilə əlaqədardır ki, bu da elektrik cərəyanının təsiri altında birləşmələrdə qurulan bağların qırılmasını asanlaşdırır. Bəzən qələvi torpaq elementləri üçün metalların əldə edilməsinin elektrolitik üsulundan istifadə olunur, lakin onlar artıq bu müalicəyə o qədər də yaxşı yanaşmırlar, bəziləri isə qeyri-metal ilə əlaqəni tamamilə pozmur.

Son üsul - parçalanma yüksək temperaturun təsiri altında baş verir ki, bu da molekulyar səviyyədə elementlər arasındakı əlaqələri pozmağa imkan verir. Hər bir əlaqə öz temperatur səviyyəsini tələb edəcək, lakin ümumiyyətlə metodda heç bir fənd və ya xüsusiyyət yoxdur. Yeganə məqam: emal nəticəsində əldə edilən metal sinterləmə prosedurunu tələb edə bilər. Ancaq bu üsul demək olar ki, 100% təmiz məhsul əldə etməyə imkan verir, çünki onun həyata keçirilməsi üçün katalizatorlar və digər kimyəvi maddələr istifadə edilmir. Metallurgiyada metalların alınması üsullarına pirometallurgiya, hidrometallurgiya, elektrometallurgiya və termik parçalanma deyilir. Bunlar yuxarıda verilmiş dörd üsuldur, yalnız kimyəvi deyil, sənaye terminologiyasına görə adlandırılır.

Sənayedə metal necə alınır

Metal istehsalı üsulu əsasən yerin bağırsaqlarında paylanmasından asılıdır. Mədənçıxarma əsasən elementlərin müəyyən faizi ilə filiz şəklində baş verir. Yüksək dərəcəli filizlərdə 90%-ə qədər metal ola bilər. Tərkibində cəmi 20-30% maddə olan aşağı dərəcəli filizlər emaldan əvvəl emal müəssisəsinə göndərilir.

Təbiətdə yalnız nəcib metallar təmiz formada olur və müxtəlif ölçülü külçələr şəklində çıxarılır. Kimyəvi aktiv elementlər ya sadə duzlar şəklində, ya da çox mürəkkəb kimyəvi quruluşa malik olan, lakin ümumiyyətlə müəyyən təsir altında öz komponentlərinə olduqca sadə parçalanan polielement birləşmələri şəklində rast gəlinir. Təbii şəraitdə orta və aşağı aktivliyə malik metallar oksidlər və sulfidlər əmələ gətirir. Daha az hallarda, onlar mürəkkəb turşu-metal birləşmələrində tapıla bilər.

Təmiz metal əldə etməzdən əvvəl mürəkkəb maddələri daha sadə maddələrə parçalamaq üçün bir və ya bir neçə prosedur tez-tez həyata keçirilir. Bir məhsulu iki elementli birləşmədən təcrid etmək çox elementli kompleks formalaşmadan daha asandır. Bundan əlavə, texnoloji proses diqqətli nəzarət tələb edir ki, biz müxtəlif xassələri olan çoxlu sayda çirklərdən danışarkən bunu təmin etmək çox çətindir.

Məsələnin ekoloji tərəfinə gəldikdə, metalların istehsalı üçün elektrokimyəvi üsul ən təmiz hesab edilə bilər, çünki onun həyata keçirilməsi zamanı atmosferə heç bir maddə buraxılmır. Əks halda, metallurgiya təbiət üçün ən zərərli sahələrdən biridir, ona görə də müasir dünyada tullantısız avadanlıqların yaradılması probleminə çox diqqət yetirilir.

Artıq bir çox fabriklər daha müasir elektrik modellərinin xeyrinə ocaq sobalarının istifadəsindən imtina ediblər. Onlar daha çox enerji sərf edirlər, lakin yanacağın yanma məhsullarını atmosferə buraxmırlar. Metalların təkrar emalı da çox vacibdir. Bu məqsədlə, bütün ölkələrdə qara və əlvan metallardan işlənmiş hissələri təhvil verə biləcəyiniz, sonra təkrar emala göndəriləcək xüsusi toplama məntəqələri təchiz edilmişdir. Gələcəkdə onlardan təyinatına uyğun istifadə oluna bilən yeni məhsullar hazırlanacaq.

11.3. Metalların kimyəvi xassələri

11.4.

Sənaye miqyasında metalların istehsalı üçün uyğun olan müxtəlif növ təbii minerallara filizlər deyilir.

Filizlərdən metalların çıxarılmasının bütün üsulları tənliyə uyğun olaraq onların bərpasına əsaslanır

Kişilər+ + n e → Me0,

burada n metalın valentliyidir.

Azaldıcı maddələr kimi qrafit, dəm qazı (II) CO, hidrogen, aktiv metallar, elektrik cərəyanı və s.

Filizlərdən metal almaq üçün aşağıdakı üsullar mövcuddur.

1) pirometallurgik− karbotermik, metalotermik;

2) elektrometallurgiya;

3) hidrometallurgiya.

Pirometallurgiya Metod metal reduksiya prosesi zamanı yüksək temperaturdan istifadə etməyi nəzərdə tutur. Çox vaxt bunlar daha aktiv metallarla reduksiya prosesləridir: Al, Mg, Ca, Na və s. (metallotermiya), silisium (silikotermiya), hidrogen, metal hidridlərlə reduksiya və s.

Karbotermiküsul - yüksək temperaturda karbon və ya karbon monoksit CO ilə metal oksidlərinin azaldılması:

Cu2O + C→ 2Cu + CO

Domna sobalarında karbon oksidi azaldıcı vasitə kimi istifadə olunur.

Fe2 O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Metalotermik vəziyyətdəüsulla reduksiyaedici kimi yüksək temperaturda daha aktiv metallardan (Al, Mg, Ca və s.) istifadə olunur. Bu üsul titan, uran və vanadium əldə etmək üçün istifadə olunur:

TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2

Bütün metalları karbon və ya karbon monoksit (II) CO-nun azaldılması ilə əldə etmək olmaz. Məsələn, Cr2 O3 + 3CO = 2Cr+3CO2, G ° = 274,6 kJ/mol reaksiyası kifayət qədər yüksək temperaturda belə baş verə bilməz, alüminotermiya isə asanlıqla həyata keçirilə bilər.

11. METALLARIN ÜMUMİ XÜSUSİYYƏTLƏRİ

11.4. Filizlərdən metalların alınması üsulları

Alüminium azaldıcı kimi istifadə olunursa, bu üsul alüminotermiya adlanır:

Cr2 O3 + 2Al→ 2Cr + 2Al2 O3

Bəzi metallar (məsələn, manqan) karbonla karbidlər əmələ gətirir, buna görə də bu halda silisium daha qənaətcil bir üsuldur.

katotermiya:

MnO2 + Si T → Mn + SiO2

Hidrogenlə azalma Bu, bir qayda olaraq, nisbətən təmiz metal əldə etmək lazım olduqda həyata keçirilir. Hidrogen, məsələn, təmiz dəmir, WO3-dən volfram, renium əldə etmək üçün istifadə olunur.

NH4 ReO4, (NH4 )2 OsCl6-dan osmium və s.

Pirometallurgiya adətən daxildir xlor metallurgiyası. Metodun mahiyyəti bir azaldıcı agentin iştirakı ilə və ya onsuz xammalın xlorlanması və yaranan metal xloridlərin sonrakı emalıdır, məsələn:

TiO2 + C + 2Cl2 = TiCl4 + CO2

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

Xlorlama metodunun üstünlükləri aşağıdakılardır: prosesin yüksək sürəti, xammalın tam istifadəsi, xloridlərin müxtəlif uçuculuğu və istilik sabitliyinə görə çoxlu sayda komponentləri ayırmaq imkanı.

Elektrometallurgiya– metalların bərpası üçün elektrik enerjisindən istifadəyə əsaslanan texnologiya.

Elektrometallurgiya elektrotermik və elektroliz üsullarından istifadə etməklə metalların alınması proseslərini əhatə edir.

Birinci halda, elektrik cərəyanı yüksək temperatur yaratmaq mənbəyi kimi xidmət edir (məsələn, elektrik sobalarında polad əriməsi); ikincisi, metalların birləşmələrdən birbaşa təcrid edilməsi üçün istifadə olunur.

K, Na, Ca, Mg, Al və s. kimi aktiv metallar onların birləşmələrinin ərimələrinin elektrolizindən alınır. Məsələn, ərimiş natrium xloridin elektrolizi natrium metalı və xlor qazı istehsal edir:

ərimiş duz NaCl, anod C (qrafit):

(− ) K Na+ + e → Na0 − reduksiya,

(+) A 2Cl− − 2 e → Cl2 − oksidləşmə.

11. METALLARIN ÜMUMİ XÜSUSİYYƏTLƏRİ

11.4. Filizlərdən metalların alınması üsulları

Alüminium istehsalı böyük çətinliklərlə dolu mürəkkəb bir prosesdir. Əsas xammal - alüminium oksidi Al2 O3 - elektrik cərəyanını keçirmir və çox yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir (təxminən 2050 o C). Buna görə də, kriolit Na3 AlF6 və alüminium oksidin ərimiş qarışığı elektrolizə məruz qalır. Tərkibində təxminən 10% ağırlıq olan qarışıq. Al2 O3 960 o C-də əriyir və proses üçün ən əlverişli olan elektrik keçiriciliyinə, sıxlığına və özlülüyünə malikdir. Bu xüsusiyyətləri daha da yaxşılaşdırmaq üçün qarışığa AlF3, CaF2 və MgF2 əlavələri əlavə edilir. Bunun sayəsində 950 o C-də elektroliz mümkündür.

Alüminium əridilməsi üçün elektrolizator içəridən odadavamlı kərpiclə örtülmüş dəmir korpusdur. Sıxılmış kömür bloklarından yığılmış dibi (altı) katod kimi xidmət edir. Anodlar (bir və ya daha çox) yuxarıda yerləşir: bunlar kömür briketləri ilə doldurulmuş alüminium çərçivələrdir. Elektrolizatorlar sıra ilə quraşdırılır, hər seriya 150 və daha çox elektrolizatordan ibarətdir.

Elektroliz zamanı katodda alüminium, anodda isə oksigen ayrılır. Orijinal ərimədən daha yüksək sıxlığa malik olan alüminium elektrolizatorun dibində toplanır; buradan vaxtaşırı azad edilir. Metal sərbəst buraxıldıqda, əriməyə alüminium oksidin yeni hissələri əlavə olunur. Elektroliz zamanı ayrılan oksigen yanan anodun karbonu ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və CO və CO2 əmələ gətirir.

Hidrometallurgiya– metalları filizdə həll olunmayan vəziyyətdən suda həll olunan vəziyyətə çevirən xüsusi reagentlərin (turşular, qələvilər, duzlar) sulu məhlullarından istifadə edərək filizlərdən metallar istehsal edən texnologiya. Daha sonra metal sulu məhlullardan ya onu daha aktiv metal ilə reduksiya etməklə, ya da elektroliz (metal qeyri-aktivdirsə) və ya üzvi birləşmələrlə ekstraksiya yolu ilə təcrid olunur.

Məsələn, mis istehsalına nəzər salın:

CuO (s) + H 2SO 4 (l) = CuSO 4 (l) + H 2O (l)

Mis əldə edilən məhluldan, məsələn, dəmir ilə reduksiya yolu ilə ayrıla bilər:

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4

Ag, Au, Pb və digər metallar filizdə olan tullantı süxurlarından hidrometallurgiya üsulu ilə ayrılır:

4Au + O2 + 8NaCN + 2H2 O = 4Na + 4NaOH

2Na + Zn = Na2 + 2Au

11. METALLARIN ÜMUMİ XÜSUSİYYƏTLƏRİ

11.4. Filizlərdən metalların alınması üsulları

Hidrometallurgiyada ekstraksiya xüsusi yer tutur - məhlulla qarışmayan həlledicidən istifadə edərək məhlulun qiymətli komponentinin çıxarılması. Hal-hazırda metalları qarışıqlardan təcrid etmək üçün müxtəlif kimyəvi ekstraktorlardan istifadə edən metallurgiyanın bütöv bir sahəsi yaradılmışdır.

11.5. Yüksək təmizliyə malik metalların alınması

İLƏ Metalların saflığını artırmaqla onların xüsusiyyətləri əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşır. Onlar daha plastik olur, istilik və elektrik keçirici olur, korroziyaya uğraması çətinləşir və s.

Yüksək təmizlikli metalların alınması çox mürəkkəb bir problemdir və bütün metallar üçün həll olunmayıb. Bir sıra təmizləmə üsulları var, onlardan bəzilərinə baxaq.

At vakuum əriməsi– metal vakuumda əridilir ki, bu da müxtəlif metalların, qeyri-metalların və qazların bir sıra yüksək uçucu və əriyən çirklərindən qurtulmağa imkan verir. Bu üsul çox yüksək dərəcədə metal təmizliyi vermir.

Metal yodidlərin termik parçalanması sirkonium, titan, xrom və s. kimi yod ilə uçucu birləşmələr əmələ gətirən çox odadavamlı metalların təmizlənməsi üçün istifadə olunur. Təmizlənəcək metal tigeyə yerləşdirilir.

Və yod əlavə edin. Qızdırıldıqda metal io- ilə qarşılıqlı təsir göstərir.

ev. Bu halda, uçucu bir metal yodidi əmələ gəlir (məsələn, TiJ4), o, təmiz titanın qırmızı-isti şəbəkəsi ilə təmasda olduqda, yüksək temperaturun təsiri altında parçalanır və təmizlənmiş titan üzərində çökür:

TiJ 4 1,300− 1,500 D С→ Ti + 2J 2

IN Nəticə təmiz metaldır və yod tutulur və prosesə qaytarılır.

Bu üsul ayrı-ayrı metalları onların qarışıqlarından seçici şəkildə təcrid etməyə və kifayət qədər yüksək təmizlik dərəcəsinə malik metalları əldə etməyə imkan verir.

Elektrokimyəvi təmizləmə prosesinin istifadəsinə əsaslanır

həll olunan anod ilə elektroliz bayquşları, məsələn, blister misi çirklərdən təmizləyərkən.

IN mis sulfat məhlulu CuSO elektrolitik vannaya tökülür 4 və blister misdən hazırlanmış kütləvi anod və nazik boşqab şəklində təmizlənmiş misdən hazırlanmış bir katod quraşdırın. Elektroliz zamanı anodun misi keçir

V məhlul və sonra katodda azaldılır:

CuSO4 məhlulu, anod – blister mis, katod – təmizlənmiş mis,

(+)A Cu0 – 2 e = Cu2+ (məhlulda),

(–)K Cu2+ + 2 e = Cu0 (katodda qalır).

11.5. Yüksək saflıqda metalların alınması

Katodda misin seçici çökməsini təmin etmək üçün elektroliz aşağı sürətlə həyata keçirilir, digər metalların çirkləri isə elektrolit məhlulunda qalır.

Elektroliz, anod tamamilə həll olunana qədər aparılır və nazik bir boşqabdan olan katod təmiz təmizlənmiş misin kütləvi çubuğuna çevrilir.

Zona əriməsi çox yüksək dərəcədə saflıqda olan metalları əldə etməyə imkan verir.

Tigedə yerləşdirilmiş çubuq şəklində olan metal külçə aşağı sürətlə (5−10 mm/saat) elektrik sobasından keçir. Bu vəziyyətdə, bu anda istilik zonasında yerləşən külçənin çox kiçik bir sahəsi əriyir. Tita hərəkət etdikcə ərimiş zona külçənin bir ucundan digər ucuna keçir.

Təmizləmə prosesi maye fazada çirklərin həllolma qabiliyyətinin bərk fazadan xeyli yüksək olmasına əsaslanır. Külçə və buna görə də ərimə zonası külçə boyunca yavaş-yavaş hərəkət etdikcə, çirklər ərimiş zona tərəfindən çıxarılır və külçənin sonuna köçürülür.

Təsvir edilən prosesi dəfələrlə təkrarlamaqla, külçənin bir ucunda yığılmış çirklərlə yüksək təmizlikli metal alınır, təmiz metalı onlardan daha tam təcrid etmək üçün kəsilir və əlavə təmizlənməyə məruz qalır.

Test sualları və tapşırıqlar

1. Metal elementlərin atomlarının elektron quruluşunun xüsusiyyətləri hansılardır? Metal atomlarının valentlik elektronlarının nüvə ilə nisbətən zəif əlaqəsi nə ilə izah olunur?

2. Hansı elementlər elementlərin dövri cədvəlində metal kimi təsnif edilir? Onların xassələri dövrə, qrupa görə necə dəyişir?

3. Metalların xarakterik fiziki xassələrini nə müəyyənləşdirir? From

nədən asılıdırlar?

4. Metal bağ nədir? Necə həyata keçirilir?

5. Hansı metalları havada saxlamaq olmaz? Niyə? Bu metalların oksigenlə reaksiyalarının tənliklərini yazın. Yaranan birləşmələr necə adlanır?

6. Hansı metallar atmosfer oksigeninin oksidləşməsinə davamlıdır? Niyə?

7. Metal oksidlərin turşu-qələvi təbiəti necədir? Elementin sıra sayının artması ilə dövrdə necə dəyişir?

8. Metal oksidlərin təbiəti bu oksidləri əmələ gətirən elementin oksidləşmə vəziyyətindən necə asılıdır?

9. Filizlərdən metalların alınması üsullarını adlandırın.

11. METALLARIN ÜMUMİ XÜSUSİYYƏTLƏRİ

Test sualları və tapşırıqlar

10. Metal reduksiya edən maddələr kimi hansı maddələrdən istifadə olunur?

V pirometallurgiya üsulu?

11. Metalın təmizlik dərəcəsi onun fiziki xassələrinə necə təsir edir?

12. Təmiz metalların alınması üsullarını və onların xüsusiyyətlərini adlandırın.

Bacarıqlı tələbə

metalların təsnifatını və təbiətdə rast gəlinməsini bilmək; metalların fiziki və kimyəvi xassələrini; filizlərdən metalların alınması üsullarını - pirometallurgiya, elektrometallurgiya, hidrometallurgiya; yüksək təmizlikli metalların alınması üsullarını;

metalların elektron strukturunun xüsusiyyətlərini qeyri-metallardan ayırmağı bacarmalı; D.İ.Mendeleyev cədvəlinin qrupları və dövrləri üzrə metalların kimyəvi aktivliyindəki dəyişikliklərin səbəbini müəyyənləşdirmək və izah etmək; metalların turşular, atmosfer oksigeni və digər oksidləşdirici maddələrlə qarşılıqlı əlaqədə olan kimyəvi aktivliyini eksperimental olaraq yoxlamaq; metalların səciyyəvi fiziki xassələrini metal birləşmə baxımından izah edir; elektrometallurgiya, hidrometallurgiya və başqa üsullarla metallar alınarkən redoks proseslərinin tənliklərini tərtib etmək; elektrolitik təmizləmə üsulu ilə metalların təmizlənməsi prosesinin mahiyyətini izah edin və müvafiq kimyəvi reaksiyaların tənliklərini yazın.

Metallar təbiətdə əsasən birləşmələr şəklində olur. Təbiətdə yalnız aşağı kimyəvi aktivliyə malik metallar (nəcib metallar) sərbəst vəziyyətdə olur (platin metalları, qızıl, mis, gümüş, civə). Struktur metallardan yalnız dəmir, alüminium və maqnezium təbiətdə birləşmələr şəklində kifayət qədər miqdarda olur. Onlar nisbətən zəngin filizlərin qalın yataqlarını əmələ gətirirlər. Bu, onları geniş miqyasda yığmağı asanlaşdırır.

Birləşmələrdəki metallar oksidləşmiş vəziyyətdə olduğundan (müsbət oksidləşmə vəziyyətinə malikdir), onların sərbəst vəziyyətdə əldə edilməsi reduksiya prosesinə düşür:

Bu proses kimyəvi və ya elektrokimyəvi yolla həyata keçirilə bilər.

Kimyəvi reduksiyada karbon və ya karbon (II) monoksid ən çox azaldıcı agent kimi, həmçinin hidrogen, aktiv metallar və silisium kimi istifadə olunur. Dəm qazının (II) köməyi ilə dəmir (domna prosesində), bir çox əlvan metallar (qalay, qurğuşun, sink və s.)

Hidrogen reduksiyasından, məsələn, volfram (VI) oksidindən volfram istehsal etmək üçün istifadə olunur:

Hidrogenin reduksiya agenti kimi istifadəsi nəticəsində yaranan metalın ən yüksək saflığını təmin edir. Hidrogen çox saf dəmir, mis, nikel və digər metalların istehsalı üçün istifadə olunur.

Metalların reduksiyaedici kimi istifadə edildiyi metalların istehsalı üsulu deyilir metalotermik . Bu üsulda reduksiyaedici kimi aktiv metallardan istifadə edilir. Metalotermik reaksiyalara misallar:

alüminotermiya:

Maqnitermiya:

Metalların istehsalında metalotermik təcrübələr ilk dəfə 19-cu əsrdə rus alimi N. N. Beketov tərəfindən aparılmışdır.

Metallar ən çox oksidlərinin azaldılması yolu ilə əldə edilir, bu da öz növbəsində müvafiq təbii filizdən təcrid olunur. Mənbə filiz sulfid minerallarıdırsa, sonuncular oksidləşdirici qızartmaya məruz qalır, məsələn:

Metalların elektrokimyəvi istehsalı müvafiq birləşmələrin ərimələrinin elektrolizi yolu ilə həyata keçirilir. Bu yolla ən aktiv metallar, qələvi və qələvi torpaq metalları, alüminium və maqnezium əldə edilir.

Elektrokimyəvi reduksiya üçün də istifadə olunur saflaşdırma başqa üsullarla alınan “xam” metalların (mis, nikel, sink və s.) (təmizlənməsi). Elektrolitik emal zamanı anod kimi “kobud” (çirkləri olan) metal, elektrolit kimi isə bu metalın birləşmələrinin məhlulu istifadə olunur.

Yüksək temperaturda həyata keçirilən metalların alınması üsulları adlanır pirometallurgik (yunan dilində pyr - atəş). Bu üsulların çoxu qədim zamanlardan məlumdur. XIX-XX əsrlərin əvvəllərində. inkişaf etməyə başlayır hidrometallurgiya metalların alınması üsulları (yunan dilində hydor - su). Bu üsullarla filizin komponentləri sulu məhlula köçürülür və daha sonra metal elektrolitik və ya kimyəvi reduksiya ilə təcrid olunur. Məsələn, mis belə alınır. Tərkibində mis (II) oksid CuO olan mis filizi seyreltilmiş sulfat turşusu ilə işlənir:

Misi azaltmaq üçün mis (II) sulfatın əldə edilən məhlulu ya elektrolizə məruz qalır, ya da məhlul dəmir tozuna məruz qalır.

Hidrometallurgiya metodunun böyük gələcəyi var, çünki yerdən filiz çıxarmadan məhsul əldə etməyə imkan verir. (Kömürün yeraltı qazlaşdırılması ilə metalların alınması üçün hidrometallurgiya üsulunun üstünlüklərini müqayisə edin.)

Və müxtəlif birləşmələr şəklində. Sərbəst vəziyyətdə təbiətdə atmosfer oksigeni ilə çətin oksidləşən metallar var, məsələn, platin, qızıl, gümüş və daha az yaygın olaraq civə, mis və s.

Doğma metallar adətən süxurlarda taxıl və ya daxilolma şəklində kiçik miqdarda olur. Bəzən kifayət qədər böyük metal parçaları da var - nuggets. Belə ki, tapılan ən böyük mis külçəsinin çəkisi 420 ton, gümüşün çəkisi 13,5 ton, qızılın çəkisi isə 112 kq olub.

Təbiətdəki metalların əksəriyyəti müxtəlif kimyəvi təbii birləşmələr - minerallar şəklində bağlı vəziyyətdə mövcuddur. Çox vaxt bunlar oksidlərdir, məsələn, dəmir mineralları: qırmızı dəmir filizi, qəhvəyi dəmir filizi, maqnit dəmir filizi Fe3O4. Çox vaxt minerallar sulfid birləşmələridir, məsələn, qurğuşun parıltısı PbS, sink qarışığı və ya galena ZnS, cinnabar HgS.

Minerallar süxurların və filizlərin bir hissəsidir. Filizlər, metalların texnoloji və iqtisadi cəhətdən sənayedə metalların istehsalı üçün əlverişli miqdarda tapıldığı mineralları ehtiva edən təbii birləşmələrdir.

Filizə daxil olan mineralın kimyəvi tərkibinə əsasən oksid, sulfid və digər filizlər fərqləndirilir.

Adətən filizdən metallar almazdan əvvəl o, əvvəlcədən zənginləşdirilir - tullantı süxurları, çirkləri və s. ayrılır, nəticədə metallurgiya istehsalı üçün xammal kimi xidmət edən konsentrat əmələ gəlir.

Metallurgiya filizlərdən və digər metal tərkibli məhsullardan metalların alınması, ərintilərin istehsalı və metalların emalı üsulları və prosesləri haqqında elmdir. Metalların və ərintilərin istehsalı ilə məşğul olan ağır sənayenin ən mühüm sahəsi eyni ada malikdir.

Filizdən (konsentratdan) metalın alınması üsulundan asılı olaraq metallurgiya istehsalının bir neçə növü fərqlənir.

Pirometallurgiya - yüksək temperaturda baş verən kimyəvi reaksiyalara əsaslanan filizin emalı üsulları (yun. pyros - yanğın).

Pirometallurgiya prosesləri, filizlərdə olan metal birləşmələrin, xüsusən də sulfidlərin oksidlərə çevrildiyi və kükürdün kükürd oksidi (1V) SO2 şəklində çıxarıldığı qovurma prosesini əhatə edir, məsələn:

2СuS + 3O2 = 2СuО + 2SO2

və metalların oksidlərindən azaldılması daha aktiv bir metal olan kömür, hidrogen, karbon monoksit (P) ilə baş verdiyi ərimə, məsələn:

2СuО + С = 2Сu + СО2

Сr2O3 + 2Аl = Аl2O3 + 2Сr

Azaldıcı metal kimi alüminium istifadə edilərsə, müvafiq reduksiya prosesi alüminotermiya adlanır. Metalların alınmasının bu üsulu rus alimi N. N. Beketov tərəfindən təklif edilmişdir.

Nikolay Nikolayeviç Beketov

Rus fiziki kimyaçısı. Fiziki kimyanın müstəqil elm sahəsi kimi inkişafına töhfə vermişdir. O, digər metalların və hidrogenin təsiri altında onların duzlarının məhlullarından metalların yerdəyişməsinin kimyəvi prosesini kəşf etmişdir.

Hidrometallurgiya- məhlullarda baş verən kimyəvi reaksiyalar əsasında metalların alınması üsullarını.

Hidrometallurgiya prosesləri, həll olunmayan metal birləşmələrinin filizlərdən məhlullara köçürülməsi mərhələsini əhatə edir, məsələn, mis, sink və uran duzları sulfat turşusunun təsiri ilə məhlula ötürülür, molibden və volfram birləşmələri isə soda məhlulu ilə emal edilərək ötürülür. metalların digər metallardan və ya elektrik cərəyanından istifadə edərək yaranan məhlullardan reduktiv şəkildə ayrılması ilə.

Elektrometallurgiya- elektroliz əsasında metalların alınması üsulları, yəni metalların birbaşa elektrik cərəyanı keçirərək məhlullardan və ya onların birləşmələrinin ərimələrindən ayrılması. Bu üsul, əsasən, çox aktiv metalların - qələvi, qələvi torpaq və alüminium istehsalı, həmçinin alaşımlı poladların istehsalı üçün istifadə olunur. Məhz bu üsulla ingilis kimyaçısı Q.Deyvi ilk dəfə kalium, natrium, barium və kalsium əldə etmişdir.

Humphry Davy

(1778-1829)

İngilis kimyaçısı və fiziki. Elektrokimyanın banilərindən biridir. Duzların və qələvilərin elektrolizi ilə stronsium və maqneziumun kalium, natrium, barium, kalsium, amalgam (metalın civədəki məhlulu) əldə etdi.

Müəyyən növ bakteriyaların həyati fəaliyyətindən istifadə edən metalların alınmasının mikrobioloji üsulları böyük diqqətə layiqdir. Məsələn, tion bakteriyaları həll olunmayan sulfidləri həll olunan sulfatlara çevirməyə qadirdir. Xüsusilə, bu bakterial üsul onun sulfid filizlərindən mis çıxarmaq üçün bilavasitə onların yerində istifadə olunur. Sonra, mis (II) sulfatla zənginləşdirilmiş işçi məhlul hidrometallurgiya emalına verilir.

1. Doğma metallar.

Metallar necə alınır?

Filizlərdən təmiz metallar

Nadir istisnalarla metallar təbiətdə təmiz, doğma vəziyyətdə deyil, kimyəvi birləşmələr şəklində olur. Bu birləşmələr Yerin tarixində metalların digər kimyəvi elementlərlə reaksiyası nəticəsində yaranmışdır. Əksər hallarda filizlər oksidlər, sulfidlər və ya karbonatlardır (Cədvəl 6). Yer qabığındakı metal tərkibli minerallar həmçinin arzuolunmaz mineral komponentləri, qısır və ya damar qayalarını ehtiva edir. Odur ki, flotasiya, üyüdülmə, süzülmə və aqlomerasiya üsullarından istifadə etməklə filiz ilk növbədə sonrakı metallurgiya emal üçün əlverişli vəziyyətə gətirilməlidir.

Filizlərdən təmiz metalları çıxarmaq üçün onlar müvafiq kimyəvi parçalanmaya məruz qalırlar. Nümunə olaraq, bir oksidi götürək, ondan reduksiya yolu ilə əvvəlcə xam çirklənmiş material alınır, daha sonra saf və ya yüksək təmiz metala emalı ilə emal edilir.

Metallurgiya sənayesində ya oksidləşməmiş filizlər atmosfer oksigeninin iştirakı ilə qızdırılaraq və qovrularaq metal oksidlərinə çevrilir, ya da lazımi metal birləşmələri su, seyreltilmiş turşular, qələvilər və duz məhlulları kimi uyğun həlledicilərlə yuyularaq filizdən çıxarılır. (hidrometallurgiya).

Metal oksidləri daha sonra yaranan materialdan oksigenə daha çox yaxınlıq göstərən bir maddə ilə azaldıla bilər. Bunlara, məsələn, yüksək temperaturda karbon və ya onun oksidi (karbotermik üsul), alüminium (alüminotermiya) və ya silikon (silikontermiya) daxildir. Bu üsullar pirometallurgiya ümumi konsepsiyası altında birləşir.

Elektrometallurgiyada metal bir ərimə və ya onun birləşməsinin sulu məhlulundan elektrolitik yolla əldə edilə bilər. Metal birləşmələrinin termik parçalanması da məlumdur. Yuxarıda göstərilən üsulların hamısında ilkin olaraq əmələ gələn xam metal sonra selektiv oksidləşmə, elektrolitik üsullar, buxarlanma və rekondensasiya və ya zona əriməsi ilə təmizlənir.

Bu prinsiplərə əsaslanaraq, metalların istehsalı üçün müxtəlif texnoloji variantlar işlənib hazırlanmışdır. Ən vacib metal materialları istehsal etmək üçün istifadə olunanları aşağıda nəzərdən keçirəcəyik.

Çuqun yüksək soba məhsuludur

Çuqun istehsalı üçün hazırda əsasən oksid filizləri aqlomerat və ya parça şəklində istifadə olunur, onlar karbon və ya onun oksidindən istifadə edərək domna sobalarında reduksiya edilir. Domna sobasının (24) hündürlüyü 40 m-ə qədərdir; onun ən geniş yerində, buxar kamerası, diametri 3,5 m-dən 10 m-ə çatır.Aşqarlar (şarj) və koks ilə metal xammal üst platformadan qat-qat sobaya tökülür. Koks kimyəvi reduksiya reaksiyasını həyata keçirməyə xidmət edir və eyni zamanda reaksiya zonasında, çiyinlərdə, demək olar ki, 2000 ° C-ə çatan lazımi temperatur yaratmağa kömək edir. Ocağa verilən hava hava qızdırıcılarında (cowpers) 800 °C-ə qədər qızdırılır, halqa boru kəməri vasitəsilə nozullar (tuyerlər) vasitəsilə domna sobasına daxil olur və metal xammalın və koks axınına doğru yuxarıya doğru meyl edir. Yükləmə kütləsi daim yuxarıdan doldurulur. Metallurgiya prosesində reduksiya zamanı mövcud koks tərəfindən karbürləşən maye dəmir və şlaklar istehsal olunur. Maye çuqun və şlaklar sobada toplanır və aşağı sıxlığa görə şlaklar metalın üzərində üzür. Şlak şlak çuxurları vasitəsilə daim sobadan çıxarılır və çuqun vaxtaşırı, 2-4 saatdan sonra sobanın aşağı hissəsindəki çuxurdan götürülür.

Domna sobası 10-15 il fasiləsiz işləyir. 3,543% C, 1-3% Si, 0,5-1,5% Mn, 0,05-0,1% S və 0,05-0,1% P olan çuqun, həmçinin şlak istehsal edir. Bu əlavə məhsul çınqıl, xırda çınqıl, səki materialı, sement və şlak yununun istehsalında istifadə olunur. 300-400 °C-ə qədər qızdırılan barmaqlıqdan çıxan ızgara qazı hava qızdırıcılarını qızdırmaq üçün verilir. Domna çuqunu ya dəmir qarışdırıcıya daxil olur və daha sonra polad dəyirmanlarında maye formada və ya bərk çuqun kalıpları istehsal edən tökmə maşınına emal olunur, sonra polad dəyirmanlarına və ya tökmə zavodlarına göndərilir.

Açıq ocaq üsulundan birbaşa azalmaya qədər

Karbon tərkibi 2%-dən az olan dəmir-karbon ərintiləri polad adlanır. Çuqun 2,5% -dən çox karbon tərkibinə malikdir.

Polad istehsalının mahiyyəti ondan ibarətdir ki, seçmə oksidləşmə yolu ilə karbonun bir hissəsi və digər arzuolunmaz elementlər domna çuqundan çıxarılır. Buna görə də polad istehsalında mühüm proses çuqun çevrilməsi adlanan prosesdir. Bu konsepsiya karbon və digər dəmir peyklərinin (silikon, manqan, fosfor, kükürd) metallurgiya sobasının daxilində baş verən bütün oksidləşmə reaksiyalarını orada əldə edilən və ya təqdim edilən ərinmiş partlayış dəmirində və metal qırıntılarında birləşdirir. Baca qazları və oksigen oksidləşmə üçün bu məqsədlə lazım olan hava ilə qarışdırılır.

Hal-hazırda polad istehsalının bütün vacib üsullarını aşağıdakı kimi təsnif etmək olar:

Polad istehsalı üsulları

Birbaşa bərpa

Forge üsulları

Konvertasiya üsulu

Açıq ocaq metodunda bərk və ya maye formada olan metal yük (çuqun və metal qırıntıları) nimçəşəkilli ocaqda yerləşdirilir, onun boyunca 1900 °C-ə qədər qızdırılan uzun məşəl döyünür. Bu məşəl generator qazının qızdırılan hava axınında yanması zamanı əmələ gəlir (regenerativ yanma prinsipi). Ocaq sobaları aylarla fasiləsiz işləyir. Onların tutumu 10 ilə 600 tona qədər polad arasında dəyişir, ocağın ölçüsündən və texnologiyanın xüsusiyyətlərindən asılı olaraq, 5-20 saatdan sonra hazır ərimə şəklində sobadan buraxılır. Çuqun poladdan çevrilməsi üçün lazım olan oksigen sobada kimyəvi cəhətdən bağlı vəziyyətdə filizdə olan karbon monoksit və ya metal oksidləri şəklində mövcuddur.

Elektrik enerjisindən istifadə edərək polad istehsalı ən çox elektrik qövs sobalarında, daha az isə induksiya sobalarında baş verir. Burada metal dolgu da düz ocaqda yerləşir. Yuxarıdan daxil edilən üç qrafit elektrod və metal yük arasında elektrik qövsləri yaranır. Elektrik qövs sobaları aylarla işləyir və onların gücü 5 ilə 100 ton polad arasında dəyişir, istehsalı 4 ilə 10 saat arasındadır.

Konvertorda (25) metal yükü daim maye vəziyyətdədir. Oksigen ya havadan gəlir, o, ərimə (alt partlama) vasitəsilə aşağıdan üfürülür və ya kiçik bir burun vasitəsilə təmiz oksigen şəklində materialın üzərinə vurulur (yuxarı və ya oksigen partlayışı). Çox intensiv oksidləşmə reaksiyası səbəbindən konvertorda proses zamanı lazımi istilik ayrılır ki, əlavə yanacağın verilməsinə ehtiyac qalmır. Belə konvertorların gücü 5 ilə 100 tona qədər, polad istehsal müddəti isə 20 ilə 60 dəqiqə arasında dəyişir.

Çox ərintisiz polad indi açıq ocaq üsulu ilə istehsal olunur. Əvvəlki çevirici üsul (Tomas və Bessemer üsulları) həm də ərintisiz polad istehsal edir, lakin azotla zənginləşdirilmişdir və buna görə də keyfiyyəti aşağıdır. Hava və ya oksigen partlatmanın müasir üsulları ocaq poladından keyfiyyətcə aşağı olmayan polad istehsal etməyə imkan verir. Elektrik enerjisindən istifadə üsulları yüksək keyfiyyətli ərinməmiş poladlar, eləcə də aşağı və yüksək alaşımlı poladlar istehsal etməyə imkan verir. Əlavə 3 polad istehsalının klassik və müasir üsulları ilə tanış olmağa imkan verir.

Hazır polad əsasən yuvarlaq, kvadrat və ya düzbucaqlı kəsikli külçələr şəklində tökülür, bundan sonra yayma dəyirmanında blanklar (çarşaflar, çubuqlar, profillər) hazırlanır. Poladın kiçik bir hissəsi birbaşa tökmə zavodlarında formalı polad tökmələrə (məsələn, maşın hissələri) işlənir.

Polad istehsalında ən yeni tendensiya yüksək soba proseslərindən yan keçməklə hazırlanmış dəmir filizinin azaldıcı qazla birbaşa reduksiyasıdır. Bu vəziyyətdə süngər dəmir görünür, onun tərkibi, yüksək soba çuqundan fərqli olaraq, poladına çox yaxındır.

GDR-də ərintisiz poladlar əsasən ocaq üsulu ilə istehsal olunur və alaşımlı poladlar istehsal edilərkən elektrik qövs sobalarından istifadə olunur. Köhnə çevirici üsul praktiki olaraq mənasını itirdi. Hava və oksigen partlatmanın mütərəqqi üsulları artıq GDR-də öz tətbiqini tapıb və gələcəkdə onlar polad istehsalında getdikcə daha mühüm rol oynayacaqlar.

Elektroliz yolu ilə alüminium istehsalı

Alüminium, mis, maqnezium, sink, qurğuşun kimi sənayedə istifadə olunan əlvan metallar, tərkibindəki filizlərin müxtəlifliyinə görə müxtəlif üsullarla alınır. Bununla belə, onların hər biri metalların alınması üçün yuxarıda göstərilən prinsiplərdən birinə əsaslanır. Alüminium istehsalı nümunəsindən istifadə edərək elektrotermiyaya daha yaxından nəzər salaq.

Alüminium təxminən 55-65% Al2O3, 28% -dən çox olmayan Fe2O3 və 24% -ə qədər SiO2 olan boksit filizindən alınır. Əzilmiş, qurudulmuş və üyüdülmüş boksit natrium alüminata çevrilir. Bu, ya onu atmosfer təzyiqindən 6-8 dəfə çox təzyiq altında kaustik sodaya məruz qoymaqla (Bauer üsulu), ya da fırlanan boru sobalarında soda ilə sinterləşdirməklə (Lewieg üsulu) həyata keçirilir. Alüminium hidroksid alüminat məhlulundan çökə bilər, daha sonra 1300-1400 ° C-də eyni sobalarda təmiz alüminium oksidinə (Al2O3) çevrilir. Beləliklə alınan alüminium oksidi duzda (kriolit) həll edildikdən sonra alüminium istehsalı prosesinin ən mühüm mərhələsi, ərintilərin elektrolizi başlayır (26). Bu zaman şlak alüminium elektroliz elementinin dibinə düşür, ondan yenidən əridilmə yolu ilə təmiz alüminium (99-99,8%-ə qədər A1) alınır. Başqa bir xüsusi elektroliz üsulu ultra təmiz alüminiumun (99,99% A1) istehsalına gətirib çıxarır.