Металл который получают методом электрометаллургии
Обновлено: 04.05.2024
Природные соединения металлов:
сильвинит КСl ∙ NaCl, каменная соль NaCl;
серный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
мел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит MgCO3,
доломит CaCO3 ∙ MgCO3;
глауберова соль Na2SO4 ∙ 10 H2O, гипс CaSO4 ∙ 2Н2О;
магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3 ∙ Н2О.
чилийская селитра NaNO3;
Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.
Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией.
Способы получения металлов из руд.
1. Электрометаллургический способ - это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.
При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:
NaCl (расплав) D Na+ + Cl-
катод Na+ + e à Na0 ¦ 2
анод 2Cl - - 2e à Cl20 ¦ 1
суммарное уравнение: 2NaCl (распл.) – (э. ток)à 2Na + Cl2
Современный способ получения алюминия был изобретен в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар.
Al2O3 (расплав) D Al3+ + AlO33–
катод Al3+ +3e à Al 0 ¦ 4
анод 4AlO33– –12 e à 2Al2O3 +3O2 ¦ 1
суммарное уравнение: 2Al2O3(распл.) – (э. ток)à 4Al + 3O2 .
2. Пирометаллургический способ - это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: неметаллических : кокс, оксид углерода (II), водород; металлических: алюминий, магний, кальций.
Алюмотермия :
Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3
Получают железо, хром.
Восстановление оксидов металлов водородом (водородотермия ):
Cu +2O + H2 –(t)à Cu0 + H2O
Получают малоактивные металлы – медь, вольфрам.
Получение чугуна:
В вертикальной печи кокс окисляется до СО, затем происходит постепенное восстановление железа из руды:
3Fe2O3 + CO –(t)à 2Fe3O4 + CO2 ,
Fe3O4 + 4CO –(t)à 3FeО + 4CO2
FeO + CO –(t)à Fe+ CO2
Восстановление углём (коксом):
ZnO + C –(t)à Zn + CO
Получают цинк, никель.
3. Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O, затем проводят реакцию замещения:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.
Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий.
Если для восстановления требуется оксид металла, то в процессе переработки сначала получают оксид:
а) из сульфида – обжигом в кислороде: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
б) из карбоната – разложением: СаСО3 –(t)à СаО + СО2
Чугун и сталь.
Производство железа основано на карботермическом восстановлении оксидных металлсодержащих руд.
1) Сульфидные и другие руды вначале подвергают окислительному обжигу : 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.
2)Восстановление оксидных руд осуществляется в доменных печах, при этом протекают следующие реакции:
3Fe2O3 + CO –(t)àCO2 + 2Fe3O4, Fe3O4 + CO–(t)àCO2 + 3FeO, FeO + CO–(t)àCO2 + Feили FeO + C –(t)àCO + Fe.
Полученное железо насыщено углеродом. 3)Затем происходит «выжигание» углерода в сталеплавильных или конверторных печах с образованием стали.
электрометаллургия
получение металлов и сплавов с помощью электрического тока. В электрометаллургии применяются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические процессы включают получение стали в дуговых и индукционных печах, спецэлектрометаллургию, рудовосстановительную плавку. Электрохимические процессы наиболее широко распространены в производстве цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред. Электросталеплавильное производство основано на использовании электротермических процессов.
Электросталь выплавляется гл. обр. в дуговых печах. Преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами заключаются в возможности нагрева металла до высоких температур, создания в печи атмосферы любого состава, формирования шлаков, обеспечивающих удаление вредных примесей. Поэтому дуговые печи широко используются для производства легированных высококачественных сталей и сплавов. Плавка стали в индукционной печи осуществляется методом переплава. Это обусловливает высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей (прежде всего фосфора и серы). Спецэлектрометаллургия охватывает процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получившие развитие во 2-й пол. 20 в. для удовлетворения потребностей высокоточной техники (космической, реактивной, атомной, химического машиностроения и др.). Спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку, электронно-лучевую плавку, электрошлаковый переплав и плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответственного назначения, тугоплавкие металлы – вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы, высокореакционные металлы – титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе и др. Рудовосстановительная плавка включает производство ферросплавов, медных и никелевых штейнов, свинца, цинка, титанистых шлаков и др. Процесс заключается в восстановлении металлов из природных руд и концентратов углеродом, кремнием и другими восстановителями при высоких температурах, создаваемых с помощью мощной электрической дуги.
Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн . 2006 .
Полезное
Смотреть что такое "электрометаллургия" в других словарях:
электрометаллургия — электрометаллургия … Орфографический словарь-справочник
Электрометаллургия — Электрометаллургия Методы получения металлов, основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот метод применяют главным образом для… … Википедия
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ — Применение электричества к металлургии; например: при помощи огромных электромагнитов отделяют магнитная части руды от немагнитных, а также действием электрическ. тока расплавляют руду. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ — область металлургии, охватывающая процессы получения и рафинирования металлов и сплавов с помощью электрического тока. Различают электротермические (напр., плавка стали в электрических печах) и электрохимические (напр., электролитическое… … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ — ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, применение методов ЭЛЕКТРОХИМИИ в МЕТАЛЛУРГИИ. К этой области относится получение и очистка металлов посредством ЭЛЕКТРОЛИЗА, а также такие процессы как ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЕ, электролитическая обработка и полировка, а также… … Научно-технический энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ — ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, электрометаллургии, мн. нет, жен. (тех.). Отрасль техники, занятая добыванием металлов и сплавов из руд при помощи электрического тока. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
электрометаллургия — электрометалл ургия, электрометаллург ия ж. Отрасль металлургии, охватывающая промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
электрометаллургия — сущ., кол во синонимов: 2 • металлургия (5) • спецэлектрометаллургия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ — область (см.), охватывающая процессы извлечения металлов из руд и концентратов, плавки и рафинирования металлов и сплавов, а также их нагрева и придания им соответствующей структуры с помощью электрического тока. Электрометаллургические процессы… … Большая политехническая энциклопедия
Электрометаллургия — изучает способы получения чистых металлов или их сплавов при помощи электрического тока. Электрохимические методы извлечения металлов из руд и солей были разработаны еще в первой половине девятнадцатого столетия Беккерелем (1835), Сан Клер… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
область металлургии (См. Металлургия), охватывающая промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока. В Э. применяются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические процессы используются для извлечения металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования чёрных и цветных металлов и сплавов на их основе (см. Электротермия). В этих процессах электрическая энергия является источником технологического тепла. Электрохимические процессы распространены в производстве чёрных и цветных металлов на основе Электролиза водных растворов и расплавленных сред (см. Электрохимия). Здесь за счёт электрической энергии осуществляются окислительно-восстановительные реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты. Особое место в этих процессах занимает Гальванотехника, в основе которой лежат электрохимические процессы осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.
Электротермические процессы охватывают плавку стали в дуговых и индукционных печах (см. Электросталеплавильное производство), спецэлектрометаллургию, рудовосстановительную плавку, включающую производство ферросплавов (См. Ферросплавы) и Штейнов, выплавку чугуна в шахтных электропечах, получение никеля, олова и других металлов.
Электродуговая плавка. Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах (См. Дуговая печь) с основной футеровкой. Важные преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких температур за счёт электрической дуги, восстановительная атмосфера в печи, меньший угар легирующих элементов (См. Легирующие элементы), высокоосновные шлаки, обеспечивающие существ, снижение содержания серы) предопределили их использование для производства легированных высококачественных сталей — коррозионностойких, инструментальных (в т. ч. быстрорежущих), конструкционных, электротехнических, жаропрочных и др., а также сплавов на никелевой основе. Мировая тенденция развития электродуговой плавки — увеличение ёмкости единичного агрегата до 200—400 т, удельной мощности трансформатора до 500—600 и более ква/т, специализация агрегатов (в одних — только расплавление, в других — рафинирование и легирование), высокий уровень автоматизации и применение ЭВМ для программного управления плавкой. В печах повышенной мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но и рядовую углеродистую сталь. В развитых капиталистических странах доля углеродистой стали от общего объёма электростали, выплавляемой в электропечах, составляет 50% и более. В СССР в электропечах выплавляется Электрометаллургия 80% легированного металла.
Для выплавки специальных сталей и сплавов получают распространение плазменно-дуговые печи с основным керамическим тиглем (ёмкостью до 30 т), оборудованные плазмотронами постоянного и переменного тока (см. Плазменная металлургия). Дуговые электропечи с кислой футеровкой используют для плавки металла, предназначенного для стального литья. Кислый процесс в целом более высокопроизводителен, чем основной, из-за кратковременности плавки благодаря меньшей продолжительности окислительного и восстановительного периодов. Кислая сталь дешевле основной вследствие меньшего расхода электроэнергии, электродов, лучшей стойкости футеровки, меньшего расхода раскислителей и возможности осуществления кремневосстановительного процесса. Дуговые печи ёмкостью до 100 т широко применяются также для плавки чугуна в чугунолитейных цехах.
Индукционная плавка. Плавка стали в индукционной печи (См. Индукционная печь), осуществляемая в основном методом переплава, сводится, как правило, к расплавлению шихты, раскислению металла и выпуску. Это обусловливает высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей (P, S). Выбор тигля (основной или кислый) определяется свойствами металла. Чтобы кремнезём футеровки не восстанавливался в процессе плавки, стали и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле. Существенный недостаток индукционной плавки — холодные шлаки, которые нагреваются только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путём плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют чистые металлы, стали и сплавы ответственного назначения (см. Вакуумная плавка). Емкость существующих печей от нескольких кг до десятков т. Вакуумную индукционную плавку интенсифицируют продувкой инертными (Ar, Не) и активными (CO, CH4) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металла шлакообразующими порошками.
Спецэлектрометаллургия охватывает новые процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получившие развитие в 50—60-х гг. 20 в. для удовлетворения потребностей современной техники (космической, реактивной, атомной, химического машиностроения и др.) в конструкционных материалах с высокими механическими свойствами, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и т. д. Спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку (см. Дуговая вакуумная печь), электроннолучевую плавку (См. Электроннолучевая плавка), Электрошлаковый переплав и плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответственного назначения, тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы, высокореакционные металлы — титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе и др. Вакуумная дуговая плавка была предложена в 1905 В. фон Больтоном (Германия); в промышленных масштабах этот метод впервые использован для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод электрошлакового переплава разработан в 1952—53 в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. Для получения сталей и сплавов на никелевой основе особо ответственного назначения применяют различные варианты Дуплекс-процессов, важнейший из которых — сочетание вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дугового переплава. Особое место в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажная плавка (см. Гарнисаж), в которой источниками тепла служат электрическая дуга, электронный луч, плазма. В этих печах, применяемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W, Mo и другие и сплавы на их основе), порция жидкого металла в водоохлаждаемом тигле с гарнисажем используется для получения слитков и фасонных отливок.
Рудовосстановительная плавка включает производство ферросплавов, продуктов цветной металлургии — медных и никелевых штейнов, свинца, цинка, титанистых шлаков и др. Процесс заключается в восстановлении природных руд и концентратов углеродом, кремнием и другими восстановителями при высоких температурах, создаваемых главным образом за счёт мощной электрической дуги (см. Руднотермическая печь). Восстановительные процессы обычно являются непрерывными. По мере проплавления подготовленную шихту загружают в ванну, а получаемые продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких печей достигает 100 Мва. В некоторых странах (Швеция, Норвегия, Япония, Италия и др.) на основе рудовосстановительной плавки производится чугун в электродоменных печах (См. Электродоменная печь) или электродуговых бесшахтных печах.
Электрохимические процессы получения металлов. Г. Дэви в 1807 впервые применил электролиз для получения натрия и калия.
В конце 70-х гг. 20 в. методом электролиза получают более 50 металлов, в том числе медь, никель, алюминий, магний, калий, кальций и др. Различают 2 типа электролитических процессов. Первый связан с катодным осаждением металлов из растворов, полученных методами гидрометаллургии (См. Гидрометаллургия) — выщелачиванием руд и концентратов; в этом случае восстановлению (отложению) на катоде металла из раствора отвечает реакция электрохимического окисления аниона на нерастворимом аноде.
Второй тип процессов связан с электролитическим рафинированием металла из его сплава, из которого изготовляется растворимый анод. На первой стадии в результате электролитического растворения анода металл переводится в раствор, на второй — он осаждается на катоде. Последовательность растворения металлов на аноде и осаждения на катоде определяется рядом напряжений (См. Ряд напряжений). Однако в реальных условиях потенциалы выделения металлов существенно зависят от величины перенапряжения (См. Перенапряжение) водорода на соответствующем металле. В промышленных масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и другие металлы; алюминий, магний, калий и др. получают электролизом расплавленных солей при 700—1000 °С. Последний способ связан с большим расходом электроэнергии (15—20 тыс. квт·ч/т) по сравнению с электролизом водных растворов (до 10 тыс. квт·ч/т).
Лит.: Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970; Зеликман А. Н., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Еднерал Ф. П., Электрометаллургия стали и ферросплавов, 4 изд., М., 1977.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Электрометаллургия — Методы получения металлов, основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот метод применяют главным образом для получения очень активных металлов – щелочных, щелочноземельных и алюминия, а также производства легированных сталей.
Содержание
Виды процессов
В электрометаллургии используются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические процессы используются для выделения металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования чёрных и цветных металлов и сплавов на их основе (Электротермия). В этих процессах электрическая энергия является источником технологического тепла. Электрохимические процессы распространены в производстве чёрных и цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред (Электрохимия). За счёт электрической энергии осуществляется окислительно-восстановительные реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты. Особое место в этих процессах занимает гальванотехника, в основе которой лежат электрохимические процессы оседания металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.
Электрохимические процессы охватывают плавку стали в дуговых и индукционных печах, спецэлектрометаллургию, рудовосстанавливающую плавку, включающую производство ферросплавов и штейнов, выплавку чугуна в шахтных электропечах, получения никеля, олова и других металлов.
Электродуговая плавка
Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах с основной футеровкой. Важные преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких температур за счёт электрической дуги, обновляемая атмосфера в печи, меньший угар легирующих элементов, высокоосновные шлаки, обеспечивающие существенное снижение содержания серы) обусловили их использование для производства легированных высококачественных сталей — коррозионностойких, инструментальных (в том числе быстрорежущих), конструкционных, электротехнических, жаропрочных и т. д., а также сплавов на никелевой основе.
Мировая тенденция развития электродуговой плавки — увеличение ёмкости отдельного агрегата до 200—400 тонн, удельной мощности трансформатора до 500—600 и более кВА/т, специализация агрегатов (в одних — только расплавление, в других — рафинирование и легирование), высокий уровень автоматизации и использования ЭВМ для программного управления плавкой. В печах повышенной мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но и обычную углеродистую сталь. В развитых странах доля углеродистой стали от общего объёма электростали, выплавляемой в электропечах, составляет 50 % и более. В СССР в электропечах выплавлялось ~80 % легированного металла.
Для выплавки специальных сталей и сплавов приобретают распространение плазменно-дуговые печи с основным керамическим тиглем (ёмкостью до 30 т), оборудованные плазмотронами постоянного и переменного тока (Плазменная металлургия). Дуговые электропечи с кислотной футеровкой используют для плавки металла, предназначенного для стального литья. Кислотный процесс в целом более высокопродуктивный, чем основной, из-за кратковременности плавки, благодаря меньшей продолжительности окислительного и восстановительного периодов. Кислотная сталь дешевле основной вследствие меньшего расхода электроэнергии, электродов, лучшей стойкости футеровки, меньшим затратам окислителей и возможности осуществления кремневосстанавливающего процесса. Дуговые печи ёмкостью до 100 тонн широко используются также для плавки чугуна в чугуноплавильных цехах.
Индукционная плавка
Плавка стали в индукционной печи, осуществляемая в основном методом переплавки, сводится, как правило, к расплавлению шихты, раскислению металла и отпуску. Это обуславливает высокие требования к шихтовым материалам с содержанием вредных примесей (P, S). Выбор тигля (основной или кислый) обуславливается свойствами металла. Чтобы кремнезём футеровки не восстанавливались в процессе плавки, стали и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле. Существенный недостаток индукционной плавки — холодные шлаки, которые нагреваются только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путём плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют чистые металлы, стали и сплавы соответствующего назначения (Вакуумная плавка). Ёмкость существующих печей составляет от нескольких килограмм до десятков тонн. Вакуумную индукционную плавку интенсифицируют продувкой инертными (Ar, Не) и активными (CO, CH4) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металла шлакообразующими порошками.
Спецэлектрометаллургия
Спецэлектрометаллургия охватывает новые процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, которые получили развитие в 50—60-х гг. 20 столетия для удовлетворения потребностей современной техники (космической, реактивной, атомной, химического машиностроения и др.) в конструкционных материалах с высокими механическими свойствами, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и т. д. Спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку, электроннолучевую плавку, электрошлаковую переплавку и плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответственного назначения, тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы, высокореакционные металлы — титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе и др. Вакуумная дуговая плавка была предложена в 1905 году В. фон Больтоном (Германия); в промышленных масштабах этот метод впервые был использован для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940 году. Метод электрошлакового переплава разработан в 1952—53 гг. в Институте электросварки им. Патона АН УССР. Для получения сталей и сплавов на никелевой основе особо ответственного назначения используют разные варианты дуплекс-процессов, наиважнейший из которых — объединение вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дуговой переплавки. Особое место в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажная плавка, в которой источниками тепла служат электрическая дуга, электронный луч, плазма. В этих печах, используемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W, Мо и др. и сплавы на их основе), порция редкого металла в водоохлаждаемом тигле с гарнисажем используется для получения слитков и фасонных отливок.
Рудовосстанавливающая плавка
Рудовосстанавливающая плавка включает производство ферросплавов, продуктов цветной металлургии — медных и никелевых штейнов, свинца, цинка, титановых шлаков и др. Процесс заключается в восстановлении природных руд и концентратов углеродом, кремнием и другими восстановителями при высоких температурах, которые создаются главным образом за счёт мощной электрической дуги (Рудотермическая печь). Восстанавливающие процессы обычно являются непрерывными. По мере проплавления подготовленную шихту загружают в ванну, а полученные продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких печей достигает 100 МВА. На некоторых предприятиях на основе рудовосстанавливающей плавки производится чугун в электродоменных печах или электродуговых бесшахтных печах.
Электрохимические процессы получения металлов
Г. Деви в 1807 впервые использовал электролиз для получения натрия и калия.
В конце 1970-х гг. методом электролиза были получены более 50 металлов, в частности медь, никель, алюминий, магний, калий, кальций. Различают 2 типа электролитических процессов. Первый связан с катодным оседанием металлов из растворов, полученных методами гидрометаллургии; в этом случае восстановлению (откладыванию) на катоде металла из раствора отвечает реакция электрохимического окисления аниона на нерастворимом аноде.
Второй тип процессов связан с электролитическим рафинированием металла из его сплава, из которого изготавливается растворимый анод. На первой стадии в результате электролитического растворения анода металл переводится в раствор, на второй стадии он оседает на катоде. Последовательность растворения металлов на аноде и осаждения на катоде определяется предел напряжения. Однако в реальных условиях потенциалы выделения металлов существенно зависят от величины перенапряжения водорода на соответствующем металле. В промышленных масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и другие металлы; алюминий, магний, калий и др. получают электролизом расплавленных солей при 700—1000 °C. Последний способ связан с бо́льшим потреблением электроэнергии (15—20 тыс. кВт•час/т) в сравнении с электролизом водных растворов (до 10 тыс. кВт•час/т).
История
В начале 19 века В. В. Петров обнаружил возможность получения при помощи электрической дуги чистых металлов из их оксидов (руд). Этот процесс восстановления металлов лежит в основе современной электрометаллургии. Первые дуговые электрические печи для восстановления из руд были построены в конце 1870 годов. Но электропечи расходуют очень много электроэнергии, поэтому их промышленное применение началось только тогда, когда стали строить мощные электростанции и была решена проблема передачи электрической энергии на расстояние.
Металл который получают методом электрометаллургии
ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,
величайшие завоевания разума будут сделаны
именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)
Таблица
Менделеева
Универсальная таблица растворимости
Коллекция таблиц к урокам по химии
Общая характеристика и способы получения металлов
Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.
Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.
Получение металлов из руд — задача металлургии.
Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.
Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:
Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.
В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:
Пирометаллургия
Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.
Например, олово восстанавливают из касситерита SnО2, а медь — из куприта Cu2O
прокаливанием с углем (коксом):
SnО2+ 2С = Sn + 2СО ↑; Cu2O + С = 2Cu+ СО ↑
Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:
2ZnS + 302 = 2ZnО + 2SO2 ↑; ZnО + С = Zn + СО ↑
сфалерит (цинковая обманка)
Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:
FeСO3 = FеО + СO2 ↑ ; FеО + С = Fе + СО ↑
сидерит (шпатовый железняк)
Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).
В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:
К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.
2) TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)
Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида
которого очень велика (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:
где Q1— теплота образования продукта, Q2 -теплота образования исходного вещества.
Доменный процесс (производство чугуна):
C + O2 = CO2, CO2 + C ↔ 2CO
3Fe2O3 + CO = 2(Fe 2 Fe 3 2)O4+ CO2
(Fe 2 Fe 3 2)O4+ CO= 3FeO + CO2
FeO + CO= Fe + CO2
(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);
Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)2 и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.
Гидрометаллургия
Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.
Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:
Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:
Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.
Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.
Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.
Читайте также: