Способы добычи металлов из руд

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.

Горная добыча металлов

Горное дело подразумевает использование недр нашей Земли. Люди добывают из нее различные полезные ископаемые, которые необходимы для использования в качестве топлива или сырья. Эта область возникла еще в глубокой древности и развивалось согласно социально-экономической ситуации на земле. Люди совершенствовали орудия, с помощью которых можно было добывать полезные ископаемые, методы обнаружения месторождений, а также придумывали все новое применение найденных материалов. Площадь исследования источников сырья постоянно увеличивалась и распространялась на разные страны. С каждым периодом люди усовершенствовали свои навыки, орудия, развивая тем самым местность, на которой они проживали, а также их социально-экономический статус.

Одним из важных и необходимых полезных ископаемых является металл, который входит в состав руд. Металлы обладают несколькими свойствами: они твердые и плотные (за исключением ртути), являются проводниками электричества и тепла, а также звука. Температура плавления и кипения твердых металлов довольно высока (от 28 до 3000 ºС и выше). Имея такой полезный набор свойств, они находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Их используют для изготовления электрических кабелей, ювелирных изделий, посуды, различных деталей в строительстве, а также в авиационной и автомобильной промышленности. И это не полный список сфер, где люди используют металл. Главным преимуществом таких изделий являются прочность, а также его способность принимать любую форму под воздействием давящего на него инструмента.

Строение металлов

Все металлы состоят из частиц, между которыми существует химическая связь. Количество электронов между ними очень мало и на внешних оболочках они имеют очень слабую связь с ядром. Атомы этого материала расположены в определенном порядке и образуют собой кристаллическую решетку. Если через каждый атом мысленно провести линию, то в итоге мы получим набор правильных геометрических фигур. Но что касается расстояния между ними, то оно не одинаково, и зависит это от самого металла, его температуры, а также давления.

Типы металлов

Согласно их промышленному употреблению, металлы делятся на черные и цветные. Как это видно из названия, различаются они по цвету. Но кроме цветовых оттенков они имеют другие отличительные свойства: черные металлы более твердые и плотные, цветные же пластичнее и мягки по своей структуре. К первой группе относятся железо, его сплавы, а также марганец и иногда хром. Они используются в промышленности более чем на 90%, в отличие от цветных. Из черных металлов в основном изготавливают чугун и сталь. Для их изготовления используется сплав железа и углерода, но в разных пропорциях. Сталь содержит меньше углерода, чем чугун, не более 2,14 %. Но это процентное соотношение может варьироваться. Иногда нужно произвести сталь с содержанием углерода меньше, чем 1%. В таком случае на производстве данную смесь кипятят до тех пор, пока углерод не испарится до нужного количества.

К цветным относятся все остальные нежелезные металлы. К таковым относятся медь, алюминий, никель, свинец, цинк, олово и многие другие. Кроме того, цветные металлы подразделяются на две группы: легкие и тяжелые. Производство и тех, и других подразумевает затрату энергии. На легкие ее требуется гораздо больше. К легким обычно относят магний, алюминий, титан, а к тяжелым – свинец, олово, медь, никель, цинк. Так как способ производства данных материалов различается, то и промышленность было решено поделить на тяжелую и легкую металлургию. Причем заводы первой отрасли располагаются непосредственно около источника добычи подобного сырья, а второй – находятся у источников недорогой энергии.

Месторождения руд в России

Наша страна занимает первое место по запасам железной руды. В России существует множество месторождений этого сырья. Таковыми областями являются Курская аномалия, которая является самым мощным в мире железорудным бассейном, Карельское и Костомукшское месторождения, гора Магнитная (Челябинская область), Кузбасс, Красноярский край и др. В данных районах в основном добывают ископаемые для черной металлургии. Что касается цветной, то их месторождения сосредоточены на Уральском районе, Северный Кавказ, Дальний восток, Западная и Восточная Сибирь. Как правило, базы по переработки подобного сырья расположены вблизи от каждого месторождения.

Способы добычи руд

Для изготовления металла используются различного типа руды. Для каждого вида такого сырья в природе существуют разные руды. Есть руда медно-никелевая, железная, свинцово-цинковая и другие. Кроме того, например, из железной руды добывается не только железо, но и другие металлы, так как в ней могут содержаться их примеси.

Так как металлы добываются в природе из руд, то для установления их нахождения используются несколько способов добычи: открытый(карьерный) и подземный (шахтный). Иногда можно встретить комбинированный подход – открыто-подземный. Открытые горные работы ведутся на поверхности земли под открытым небом. Прежде чем приступить к самой добыче, производится подготовка горных пород к выемке. При данном процессе происходит отделение этих пород от массивов, а затем происходит рыхление. Если добыча осуществляется из скал, то в ход идут буро-взрывные работы. Для взрыва используются грамониты, гранулированные аммиачно-селитренные гранулиты и водонаполненные ВВ. Затем добытую массу грузят в транспортные средства с помощью различных подъемно-транспортных механизмов и транспортируют, а используемая земля рекультивируется.

Подземные горные работы осуществляются без нарушения поверхности земли. Они проводятся в ее недрах. Несмотря на популярность использования открытых работам, подземная добыча остается важным способом нахождения полезных ископаемых. Сначала месторождение вскрывают, затем, как и при открытых работах происходит подготовка ископаемых к выемке. После всего этого осуществляются очистные работы, которые заключаются в выемке сырья валовым способом, либо по отдельности, что называется селективной выемкой. Таким образом полезные ископаемые добываются из недр земли.

Кроме тяжелой техники в современном мире для добычи металлов используются компьютерные технологии, с помощью которых становится возможным планировать, проектировать все виды будущих работ.

Обработка металла

Когда местонахождение устанавливается, добытые руды подвергаются обогащению. Это способ разделения образований на металлы и минералы. Затем полезные ископаемые сортируются по качеству. После процесса обогащения, из руды извлекается металл при помощи электролитического и химического восстановления. Далее металлы обрабатываются и нередко шлифуются до блеска.

Все побочные мероприятия с сырьем проводятся на специальных металлургических комбинатах. Таковых предприятий в России очень много. Существуют главные комбинаты, а также их филиалы, расположенные как вблизи основного завода, так и вдалеке, в других регионах. Каждая крупная промышленность разделена на несколько цехов, в которых с металлом производят различные действия. Сначала его обрабатывают и прессуют в большие слитки. В другом цехе его прокатывают до размера меньше. После того, если металл идет, например, на изготовление проволоки, его прокатывают до такого диаметра, чтобы он соответствовал заказанным требованиям. Затем его отправляют в специальные лаборатории для исследования качества. В этих лабораториях специалисты исследует химический состав продукта с помощью спектрального оборудования. Материал проверяют на прочность, испытывают на растяжение, пластичность, разрушение, на изгиб, перегиб, осадку, оправку и многое другое. Если обнаружен брак, то металл такого рода не используется. Для деталей, проволоки, запчастей и прочего используют только качественный продукт без примесей. Далее этот материал отправляется в другие цеха на изготовление всего возможного, где он может понадобиться. Так как в России большие запасы железной руды, то обработанный материал распространяется не только по нашей стране, но и по другим странам. Этот продукт очень популярен, ведь его используют в изготовлении большинства станков, оборудований, машин и прочего.

Современная ситуация на рынке металлургии

Если обратиться к конкретным предприятиям, то можно заметить, что их работа не всегда стабильно направлена лишь в одну сторону. Многое зависит от запасов руды и от потребности людей. Так, например, в местах, где большие запасы руд исчерпаны, нередко предприятиям приходится закрываться из-за отсутствия нужды в них.

Кроме того, бывают случаи, когда какой-либо завод решают перепрофилировать. Так, например, планировали сделать с Надвоицким алюминиевым заводом. Но, из-за нестабильной ситуации на рынке алюминиевой фольги, данный проект был отложен.

Ситуация на рынке по мимо всего прочего влияет не только на объем производства продукции, но и на себестоимость изготавливаемых материалов. Примером может послужить предприятие «Березитовый рудник», расположенный в Амурской области. На данный момент заводы вынуждены снижать себестоимость золотодобычи, но, при этом им удается сохранить свою финансовую устойчивость. Кроме того, в планах данного предприятия расширение своего производства. Данная компания желает заняться резкой металла посредством лазерных оборудований.

Что касается добычи некоторых видов металлов, например, золота, то в нынешнем году, в России добыча данного сырья увеличилась в разы. Главными районами с богатым запасом желтого металла названы Красноярский край и Кемеровский регион. Данный материал был получен не только путем добычи, но и во время изготовления других металлов, посредством переработки лома и отходов.

Таким, образом, добыча металла является самой важной отраслью в нашем мире. Этот материал используется с давних времен и не прекращает быть популярным, ведь изделия из металла окружают каждого из нас. Поэтому горное дело является ведущей областью в изготовлении многих продукции.

Добыча металла

Используя недра нашей планеты, горняки добывают полезные ископаемые. Они нужны для того, чтобы использовать их как топливо или сырье. Уже в древние времена появились первые разработчики земли. Так чем дальше продвигалось развитие человечества, тем более обширными и глубокими становились рудники. Благодаря полезным ископаемым люди могли совершенствовать свои орудия труда, которые, в свою очередь, позволяли еще глубже опускаться под землю, а также добывать другие ископаемые.

Изменялись методы, которые позволяли обнаружить месторождение ископаемых. Придумывались возможности использовать в обычной жизни то, что уже было добыто. При этом постоянно увеличивались площади исследований. Каждая страна все больше и больше выделяла средств, чтобы обнаружить ископаемые. Шли столетия, и навыки людей росли, орудия развивались, помогая продвигаться социально-экономическому статусу.

Самым важным полезным ископаемым можно назвать металл. Он добывается из руды. У этого вещества несколько полезных свойств:

Он твердый,
Он плотный, исключение составляет только ртуть,
Он проводник электричества,
Проводник тепла,
Проводник звука,
Обладает высокой температурой кипения и плавления, она достигает трех тысяч градусов по Цельсию.

Учитывая все эти свойства, металл широко используется человеком. Например, из них изготавливают электрические кабели, ювелирные изделия, посуду, детали для строительства, авиации, автомобилей. И это еще не все, где его применяют. Главное, что находят в металле – это прочность. Еще интересен тот момент, что если на него оказать давление, то он при большой температуре примет форму давящего предмета. Такое свойство металла очень ценно при образовании из него различных предметов.

Химические свойства и удельный вес цветных металлов

Наименование цветного металла	Химическое обозначение	Атомный вес	Температура плавления, °C	Удельный вес, г/куб.см
Цинк (Zinc)	Zn	65,37	419,5	7,13
Алюминий (Aluminium)	Al	26,9815	659	2,69808
Свинец (Lead)	Pb	207,19	327,4	11,337
Олово (Tin)	Sn	118,69	231,9	7,29
Медь (Сopper)	Cu	63,54	1083	8,96
Титан (Titanium)	Ti	47,90	1668	4,505
Никель (Nickel)	Ni	58,71	1455	8,91
Магний (Magnesium)	Mg	24	650	1,74
Ванадий (Vanadium)	V	6	1900	6,11
Вольфрам (Wolframium)	W	184	3422	19,3
Хром (Chromium)	Cr	51,996	1765	7,19
Молибден (Molybdaenum)	Mo	92	2622	10,22
Серебро (Argentum)	Ag	107,9	1000	10,5
Тантал (Tantal)	Ta	180	3269	16,65
Золото (Aurum)	Au	197	1095	19,32
Платина (Platina)	Pt	194,8	1760	21,45

Как устроен металл

Каждый металл в своей структуре имеет элементы, связанные между собой химической связью. Между данными частицами электроны практически отсутствуют, к тому же у них с центром атом внешне слабое взаимодействие. При этом атомы металла соединены в правильную решетку. Так, что в случае проведения мысленной линии через ядра элементов, можно получить идеальный порядок, который подвластен геометрии, при этом между отдельными атомами расстояние у разных представителей металла разное. Это связано с тем, какая у них температура или давление.

На какие типы делятся металлы

Можно выделить две основные группы, на которые делятся металлы. Это связано с тем, где их применяют, то есть речь идет о черных и цветных металлах. Само название уже говорит о том, что отличаются данные типы металлов своим цветом. Но есть и другие свойства, которые служат отличительной чертой между этими двумя группами. Например, черный металл обычно отличается твердостью и плотностью, что же касается цветных металлов, то они отличаются пластичностью и мягкостью. Черный металл включает железо, к которому относят и сплавы, марганец, в эту группу еще входит хром. Практически на все свои сто процентов, если быть точнее, то на девяносто, они используются в промышленности. Из них можно изготовить чугунные и стальные производные. Для того чтобы изготовить эти составляющие применяют сплав углерода и железа, только используют разное соотношение. В стали меньше углерода, чем в чугуне. Если говорить в процентном соотношении, то не больше, чем 2,14 процента. Правда, данное соотношение процентов может меняться от сплава к сплаву. Например, бывает такая сталь, в которой углерода меньше, чем один процент. Для этого следует так кипятить смесь металла, пока углерод не испарится, достигнув необходимого процента.

Что же касается цветных металлов, то к ним относится очень много добываемой руды. Можно сказать, что это оставшиеся нежелезные металлы, речь идет о меди, алюминии, никеле, свинце, цинке, олове и множестве других. При этом этот тип металлов делится еще на две составляющие. Мы говорим как о легком, так и о тяжелом металле. При изготовлении как первой, так и второй группы затрагивается большое количество энергии. Если работа ведется с легкими металлами, то на них ее расходуется больше. Легкие металлы касаются магния, алюминия, титана, а тяжелые связаны со свинцом, оловом, медью, никелем, цинком. Как уже было отмечено, процесс производства цветных металлов имеет двойную специализацию, которая отличается одна от другой в сфере промышленности. Именно поэтому промышленность решили разделить на две части. Это тяжелая и легкая металлургия. При этом в первом случае заводы находятся поближе к сырью, а во втором поближе к источнику дешевой энергии.

Где в России ведется добыча металла

Интересное можно сделать замечание, по всему миру запасов железной руды больше всего у России. Так как именно на ее огромной площади больше всего месторождений. Например, можно упомянуть

Курскую аномалию, здесь очень много железной руды, можно сказать, что это рекордсмен по добыче железной руды.
Еще можно сказать о Карельском и
Костомукшском месторождении,
Магнитной горе, которая располагается в Челябинской области,
Кузнецком бассейне,
Красноярском крае и многих других.

В перечисленных месторождениях находится железо. Цветная металлургия получает запасы с месторождений, расположенных на:

Урале,
Северном Кавказе,
Дальнем востоке,
Западной и Восточной Сибири.

Неподалеку от месторождений и источника энергии расположились и заводы по переработке железной руды.

Как добывают руду?

Для того чтобы изготовить металл, требуется самые разные руды. Под землей их существует много видов. Например, можно сказать о:

Медно-никелевой,
Железной,
Свинцово-цинковой и других.

К тому же каждая руда содержит примеси, например, железная. Из нее добывают не только железо, но также и другой металл, так как там много примесей других металлов.

Как мы уже поняли, добыча металла ведется из руды, поэтому для процесса добычи нужно применять несколько методов. Речь может идти о двух таких методах, во-первых, об открытом или карьерном и, во-вторых, о подземном или шахтном. Также существует комбинированный метод, то есть открыто-подземный. Что касается первого вида добычи руды, то она ведется прямо под открытым небом на поверхности. Для этого следует сначала подготовить все необходимое, чтобы доставать горную породу. Во время этого процесса в первую очередь от доставаемой породы отделяют земляной массив, потом породу рыхлят, чтобы извлечь руду, отделив ее от всего остального. Возможна добыча из скал, в этом случае применяется буро-взрывная работа.

Для того чтобы взорвать скалу берут гранулит, гранулированный аммиачно-селитренный гранулит и водонаполненный ВВ. Добыв руду, все грузят в транспорт, используя подъемно-транспортный механизм. Потом ненужная земля отвозится на поля, где она культивируется.

Что же касается подземной работы, то верхняя часть земли не трогается. На ней можно осуществлять постройки, засаживать поля. Но капают глубоко под землей. Хотя открытый метод очень популярен, но львиную долю полезных ископаемых добывают именно под землей. Для этого месторождение нужно для начала вскрыть, потом их вынуть, этот процесс похож на открытый метод. Затем наступает очистная работа, она в том заключается, чтобы вынуть сырье валовым методом, можно это делать и по отдельности, то есть используется селективная выемка. Именно так железную руду и другие ископаемые можно добыть из-под земли.

Для добычи руды пользуются тяжелой техникой, но это не все в современном мире, так как для обнаружения залежей пользуются компьютерными технологиями, которые позволяют обнаружить, спланировать, спроектировать будущие работы.

Как обрабатывается металл

Если уже было найдено месторасположение руды, необходимо добытую руду обогатить. В этом процессе происходит деление на части того, что добыли. Отдельно идет металл, а отдельно минерал. Теперь можно отсортировать добытую руду по качеству. Обогащение приводит к следующему действию, химическому и электролитическому воздействию. Затем металл нужно обработать и отшлифовать так, чтобы он блестел.

Россия обладает большим количеством предприятий, которые объединены в металлургические комбинаты. Именно там проводятся с металлической рудой все мероприятия, являющиеся побочными. Помимо основных комбинатов, можно сказать об их филиалах, которые располагаются неподалеку от основного предприятия, они могут находиться и в других регионах, то есть далеко. Каждый завод имеет несколько цехов, где металл подвергается самым немыслимым действиям.

Во-первых, его нужно обработать.
Во-вторых, отпрессовать в слитки, большие по размерам.
В-третьих, металл в очередном цехе прокатывается до меньших размеров.
В-четвертых, доводится металл до нужной площади на срезе, если, например, заказчику нужна проволока определенного диаметра, то металл прокатывается до этого размера.
В-пятых, готовое изделие отправляется в лабораторию на исследование соответствия качества. Используется спектральное оборудование, которое позволяет определить химический состав продукции.
В-шестых, идет проверка на прочность. Также нужно испытать, на какого рода растяжение он способен, насколько он пластичен, подвержен разрушению, как сильно его можно изогнуть, перегнуть так, чтобы он не сломался, какова его осадка, оправка, а также прочие вещи.
В-седьмых, при обнаружении брака металл выходит из производства. Так как для металлических деталей, различных запасных частей и проволоки используется только качественная производная металла, в котором нет никаких посторонних, даже металла другого типа, примесей.
В-восьмых, металл готов к тому, чтобы из него изготовить нужную продукцию, поэтому он направляется в соответствующие цеха.

Россия обладает очень большими залежами железной руды. Это означает, что ей не нужно столько, поэтому многое идет на экспорт в другие страны. Металл является популярным ископаемым, так как из него можно изготовить практически все, в том числе, станки, оборудование, машины и многое другое.

Как развивается ситуация на металлургическом рынке

Говоря о конкретном предприятии, можно прийти к выводу, что не все они остаются вечными гигантами. Так как если запасы руды в определенном месте подходят к концу, то подобный завод по обработке металла закрывается, так как в нем более нет нужды. Также завод могут перепрофилировать на другой вид деятельности.

Многое связано с ситуацией рынка, объемы производства металлической продукции тоже зависят от того, каков спрос на рынке. Это влияет и на то, во сколько обходится обработка металла, производство новой продукции. Учитывая, что количество потребляемого металла растет, так как находят новые рудники в других странах, поэтому, например, завод «Березитовый рудник» вынужден был снизить стоимость золота, которая необходима на добычу его из залежей. Но устойчивость на международном рынке пока остается стабильной. Упомянутый завод готов к расширению своего предприятия. Так как хочется им применить лазерное оборудование.

Говоря о добыче золота, хочется сказать, что в России она увеличилась в разы. Больше всего его можно получить в Красноярском крае и Кемеровском регионе. Причем используют подобный металл не только в результате его добычи, но и при переработке лома, отходной части, очищения от примесей других металлов.

Подводя итоги, хочется сказать, что металл служит хорошим подспорьем в современном мире, так как практически все изготавливается из него. А значит, его добыча будет актуальна еще долгие годы.

Сюжеты по теме

Площадь Мирового океана почти в два раза больше земной суши. Нетрудно догадаться, сколько разнообразных полезных ископаемых кроется под дном океанов и морей. Учитывая тот факт, что многие крупные месторождения на суше уже давно разведаны, а некоторые из них практически полностью истощены, ученые все чаще и чаще стали задумываться о разработке соответствующих технологий по добыче минералов с морского дна. Речь идет о металлах, фосфатах, а также и гидратах для получения энергии.

Путь металла от руды до изделия

Большинство металлов представляют собой химические соединения. Такая форма не позволяет получить полноценный материал для дальнейшего производства конечных изделий. Добываемая на месторождениях руда не подходит для данных целей. Чтобы получить из сырья металл, сырье должно подвергаться определенному технологическому процессу.

В какой форме металл встречается в природе?

Всего существует две разновидности, в которой добываются металлы:

Самородная форма. Платина, ртуть, золото, медь, серебро и некоторые другие металлы в природе находятся уже в свободном состоянии. Они не требуют длительной обработки. Чтобы получить сырье для изготовления конечного изделия, такие металлы очищают от примесей механически либо с задействованием реагентов.
В виде руды. Представляют собой соединения, которое находится в горных породах/минералах. Извлечение металла производится исключительно промышленным способам. В руде обычно встречаются либо оксид, либо соли металлов. К последним относятся сульфиды и карбонаты. Одна руда может содержать несколько металлов, то есть являются полиметаллическими, к примеру, медно-цинковые, свинцово-серебряные и другие.

Вторая форма встречается в природе гораздо чаще. Исключение составляют только драгоценные металлы, добыча которых связана с очисткой от посторонних примесей.

Какие способы получения металла существуют?

Руда, в которой содержатся разнообразные соединения металла, бывает разной. Конкретный состав влияет на технологию получения материала:

Восстановление из оксидов с задействованием углерода. Относится к основному способу получения многих металлов. Из оловянного камня выплавляют — олово, из железной руды получают чугун. Из других металлов выплавку проводят из оксидов.
Обжиг в специальной промышленной печи. Данная технология применяется к сернистой руде. Этот способ предполагает то, что в результате обжига в специальной печи получают сернистое соединение.

Состав руды напрямую влияет на конкретную технологию обработки руды.

Металлургическая промышленность

Представляет собой отрасль производства по получению разнообразных металлов из руды. Металлургией называют не только промышленное производство. Этот термин применяется и к науке, изучающей различные промышленные методы получения металла. Металлургический процесс представляет собой восстановление катионов металла с задействованием самых различных восстановителей.
Металл из руды получают при задействовании определенных восстановителей. Последние подбирают с учетом активной составляющей металла, затратах, соблюдения экологических правил. Обязательно рассматривают и целесообразность выполнения металлургического процесса. Применяют три основных технологии получения металла из различной руды:

электрометаллургическую;
пирометаллургическую;
гидрометаллургическую.

Каждый метод обработки руды имеет свои особенности.

Гидрометаллургия

Заключается в восстановлении металла из солевых водяных растворов. Этот технологический процесс проводится в два этапа:

в правильно подобранном реагенте растворяют рудное соединение, которое позволяет получить раствор соли металла;
из раствора, полученного в первом шаге, вытесняют либо активные металлы, либо проводят электролитическое восстановление.

Чтобы получить чистую медь из руды с содержанием CuO, на сырье воздействуют серной разбавленной кислотой. Из раствора сульфата методом вытеснения железа либо электролизом получают чистую медь. По аналогичной (близкой к данной методике) вырабатывают золото, уран, цинк, молибден, серебро.

Электрометаллургия и пирометаллургия

Технология электрометаллургии представляет собой восстановление металла посредством метода электролиза расплава либо раствора из данных соединений. Подобным образом получают металлы из руды щелочных, щелочноземельных металлов или алюминия. Электролиз применяют для расплавов оксидов, хлоридов металлов, гидроксидов.
Пирометаллургия представляет собой технологию восстановления из руды при высокой температуре, а также с такими восстановителями, как магний, алюминий, двуокись углерода, водорода либо углерода. Олово получают из касситерита, а медь — из куприта путем прокаливания с коксом, то есть углеродом.

Получение металла из сульфидных и карбонатных руд

На первом этапе сульфидные руды подвергают обжигу, когда к сырью поступает воздух. В результате получают оксид, который восстанавливают с помощью угля. Аналогичным способом прокаливают карбонатные руды. Они распадаются под воздействием высоких температур и образуют оксиды, которые затем восстанавливают углем.

Данная процедура позволяет получить цинк, германий, свинец, железо, медь, кадмий и прочие металлы. Они отличаются тем, что не образуют прочные карбиды с углеродом. В качестве восстановителей могут выступать водород и активные металлы. Данный метод позволяет получать довольно чистые металлы. Чаще всего задействуют алюминий, который имеет высокую теплоту образования оксида.

Как получают щелочные металлы?

Массовое получение щелочных металлов считается одним из самых сложных процессов. Это обусловлено высокой активностью данного соединения, поскольку в природе оно встречается исключительно в связанном виде. Сильные восстановители требуют больших энергетических затрат. Они могут быть полученны четырьмя способами:

Литий производят из оксида в вакууме либо посредством электролиза хлорида этой руды, который получают путем переработки сподумена.
Натрий получают путем прокаливания соды и угля в закрытом плотно тигле. Еще одним способом получения данного металла является электролиз расплава хлорида натрия с задействованием кальция.
Рубидий и цезий получают восстановлением хлоридов, соединением с помощью кальция при температуре от 700 и до 800 градусов. Если задействуют цирконий, температура может опускаться до 650 градусов. Такая технология получения металла из руды является энергозатратной и дорогой.
Калий производят при выполнении электролиза расплава солей либо пропусканием паров натрия через хлорид данного соединения. Этот металл получают при вступлении в реакцию гидроксида калия и жидкого натрия при температуре 440 градусов.

В чем заключаются отличия сплавов от металлов?

Никакой принципиальной разницы между этими двумя понятиями не существует. Это обусловлено тем, что даже металлы, которые считаются чистейшими, содержат в себе даже небольшое количество примесей. Любые используемые в промышленности и других отраслях металлы являются сплавами по своей сути. Их получают в результате целенаправленного добавления к металлу соединений или элементов для улучшения физических свойств и достижения необходимых эксплуатационных показателей.

Почему используют именно сплавы?

Технику производят из металлических материалов с многочисленными свойствами. Чистейшие и полученные различные способами металлы содержат в себе небольшие следы примесей, но не обладают нужными характеристиками. Чтобы добиться необходимых эксплуатационных свойств, используют сплавы.
Они обладают необходимыми физическими свойствами и позволяют производить огромное количество разнообразных изделий. Сплавами называют однородные макроскопические материалы, которые являются двух- и многокомпонентными. Основная доля химических элементов приходится именно на металлы.

Сплавы отличаются собственной структурой. Все сплавы состоят из следующих компонентов:

основы — один либо большее количество металлов;
добавки — модифицирующие либо легирующие в небольшом количестве;
примеси — остаточные вещества природного, случайного либо технологического характера.

Конкретный состав уже обусловлен сплавом и конкретным производимым конечным изделием.

Подведение итогов

Металлы, которые используются в производстве различных изделий, не являются чистыми. Большинство добывают в виде руды. Она изымается в карьеры чаще всего подрывным способом и доставляется на перерабатывающий металлургический комбинат. Конкретный метод обработки зависит от разновидности руды.
Получаемый в результате металл может быть условно чистейшим, поскольку содержит некоторое количество примесей. Это не делает его пригодным для производства конечных изделий, поскольку материал еще не обладает всеми необходимыми эксплуатационными свойствами. Для изготовления металлической продукции используют сплавы.

Читайте также: