Оглавление 199 200 201 202 203 — — — 270 

Добывание металлов из руд. Огромное большинство металлов находится в природе в виде соединений с другими элементами.

Только немногие металлы встречаются в свободном состоянии, и тогда они называются самородными. Золото и платина встречаются почти исключительно в самородном виде, серебро и медь — отчасти в самородном виде; иногда попадаются также самородные ртуть, олово и некоторые другие металлы.

Добывание золота и платины производится или посредством механического отделения их от той породы, в которой они заключены, например промывкой водой, или путем извлечения их из породы различными реагентами с последующим выделением металла из раствора. Все остальные металлы добываются химической переработкой их природных соединений.

Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов заводским путем, носят название руд. Главными рудами являются окислы, сульфиды и карбонаты металлов.

Получение металлов из руд составляет задачу металлургии — одной из наиболее древних отраслей химической промышленности.

Важнейший способ получения металлов из руд основан на восстановлении их окислов углем.

Если, например, смешать красную медную руду (куприт); Сu2О с углем и подвергнуть сильному накаливанию, то уголь, восстанавливая медь, превращается в окись углерода, а медь выделяется в расплавленном состоянии:

Сu2О + C = 2Cu + CO

Подобным же образом производится выплавка чугуна из железных руд, получение олова из оловянного камня SnO2 и восстановление других металлов из окислов.

При переработке сернистых руд сперва переводят сернистые соединения в кислородные путем обжигания в особых печах, а затем уже восстанавливают полученные окислы углем. Например:

 2ZnS + 3O2 == 2ZnO + 2SO2

ZnO + C = Zn+CO

В тех случаях, когда руда представляет собой соль угольной кислоты, ее можно непосредственно восстанавливать углем, как и окислы, так как при нагревании карбонаты распадаются на окись металла и углекислый газ. Например:

ZnCO3 = ZnO + СO2

Обычно руды, кроме химического соединения данного металла, содержат еще много примесей в виде песка, глины, известняка, которые очень трудно плавятся. Чтобы облегчить выплавку металла, к руде примешивают различные вещества, образующие с примесями легкоплавкие соединения — шлаки. Такие вещества называются флюсами. Если примесь состоит из известняка, то в качестве флюса употребляют песок, образующий с известняком силикат кальция. Наоборот, в случае большого количества песка флюсом служит известняк.

Во многих рудах количество примесей (пустой породы) так велико, что непосредственная выплавка металлов из этих руд является экономически невыгодной. Такие руды предварительно «обогащают», т. е. удаляют из них часть примесей. Особенно широким распространением пользуется флотационный способ обогащения руд (флотация), основанный на различной адсорбционной способности чистой руды и пустой породы.

Техника флотационного способа очень проста и в основном сводится к следующему. Руду, состоящую, например, из сернистого металла и силикатной пустой породы, тонко измельчают и заливают в больших чанах водой. К воде прибавляют какое-нибудь малополярное органическое вещество, например сосновое масло, способствующее образованию устойчивой пены при взбалтывании воды, и небольшое количество специального реагента, так называемого «коллектора» , который хорошо адсорбируется поверхностью флотируемого минерала и делает ее неспособной смачиваться водой. После этого через смесь снизу пропускают сильную струю воздуха, перемешивающую руду с водой и прибавленными веществами, причем пузырьки воздуха окружаются тонкими масляными пленками и образуют пену. В процессе перемешивания частицы флотируемого минерала покрываются слоем адсорбированных молекул коллектора, прилипают к пузырькам продуваемого воздуха, поднимаются вместе с ними кверху и остаются в пене; частицы же пустой породы, смачивающейся водой, оседают на дно. Пену собирают, отжимают из нее масло и получают руду с значительно большим процентным содержанием металла.

Для восстановления некоторых металлов из их окислов применяют вместо угля водород, кремний, алюминий, магний и другие элементы.

Процесс восстановления металла из его окисла с помощью другого металла называется металлотермией. Если, в частности, в качестве восстановителя применяется алюминий, то процесс носит название алюминотермии.

Применение алюминия основано на том, что при его горении выделяется гораздо больше тепла, чем при сжигании многих других металлов. Так, например, при образовании 1 граммолекулы Al2O3 выделяется 393 ккал, тогда как при образовании 1 граммолекулы Fе2O3 — только 195 ккал.Но мы уже говорили в свое время, что для разложения какого-либо соединения нужно затратить столько же энергии, сколько выделилось при его образовании. Поэтому, если поджечь смесь окиси железа с алюминием, то не только происходит восстановление железа, но и остается большой избыток тепла, составляющий 393— 195= 198 ккал на ка-ждую граммолекулу образующейся окиси алюминия. Происходящая реакция выражается уравнением

2Аl + Fe2O3 = 2Fe + Аl2O3 + 198 ккал

Реакцию обычно проводят в ограниченном пространстве и очень быстро, при этом температура смеси достигает 3500°. При такой температуре железо выплавляется, а окись алюминия в виде шлака всплывает на поверхность жидкого железа.

Смесь магнитной окиси железа Fe3O4 с алюминием, известная под названием термита, применяется на практике для сваривания железных предметов, например трамвайных рельсов. Для этого место стыка рельсов окружают кожухом из огнеупорного материала по форме рельса, куда вливают получаемое из термита расплавленное железо. Под действием высокой температуры концы рельсов размягчаются и свариваются или спаиваются жидким железом.

Металлургические процессы, протекающие при высоких температурах, называют пирометаллургическими. Пиро-металлургическим путем получают железо, 85—90% меди и т. д. Руды, которые содержат небольшое количество металла и не могут быть обогащены флотацией, перерабатывают г и д р о м е-таллургическим путем. Для этогомелкоизмельченную руду обрабатывают различными химическими реагентами (растворы кислот, щелочей и др.). При такой обработке металл переходит в раствор, откуда его затем осаждают в чистом виде или в виде соединений, которые подвергают дальнейшей переработке. Гидрометаллургическим путем перерабатывают, в частности, окисленные медные руды, содержащие до 0,5% металла.

Редкие металлы обычно содержатся в рудах в очень незначительных количествах (сотые и тысячные доли процента). Для извлечения этих металлов руды сначала обогащают. Получаемый при этом концентрат подвергают затем химической переработке с целью выделить соединения металла в чистом виде. Последней стадией является выделение металла в свободном состоянии.

Очень важным способом получения металлов является также электролиз. Некоторые наиболее активные металлы получаются исключительно путем электролиза, так как все другие средства оказываются недостаточно энергичными для восстановления их ионов.

200 201 202

Вы читаете, статья на тему Добывание металлов из руд