|
Меню сайта
Статистика
|
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ. Получение цветных металловЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ. Получение цветных металловРуду цветного металла добыли из земли и очистили от большей части пустой породы (см. ст. «Добыча и обогащение руд цветных металлов»). Но даже лучший, стопроцентный рудный концентрат — только сырье. Из него нужно извлечь металл. При обогащении руды разрушались сравнительно слабые связи между различными минералами. Теперь же нужно вторгнуться внутрь минерала, внутрь соединения, порвать крепчайшие химические связи между элементами. Тут не обойдешься действием центробежной силы или пузырьков пены. Пришла пора более мощных средств. И прежде всего — высоких температур. Та отрасль металлургии, которая их использует, носит имя пирометаллургии (от слова, означающего в переводе с греческого «огонь»). 
Главные спутники металлов в рудах — сера и кислород. Их-то и нужно удалить. Сначала попытаемся «расправиться» с серой. Металлы так прочно связаны с ней, что «соглашаются» только на обмен — место серы должен занять другой элемент. Обычно им оказывается кислород. А проходит эта обменная операция при обжиге руд —- сера выгорает, ее место занимает кислород. Словом, в конечном счете перед металлургом опять окисел — только на этот раз не природный, а искусственный. Наступает самый ответственный момент — «прощание» с кислородом. Принцип очень прост: кислороду «предлагают» какой-нибудь «лакомый» для него элемент — углерод, водород, кремний. А хром, титан, марганец, например, можно освободить от кислорода с помощью более дешевого, чем они, алюминия. Называется этот процесс восстановлением металлов из руд. Для того чтобы он мог идти, пускают в ход высокие температуры, расплавляя руду. Посмотрим, как этим способом получают медь на современных заводах. Попробуйте смешать в бутылке воду и растительное масло. Как ни перемешивай, масло в конце концов всплывет. Вот так же не могут смешаться в расплаве и всплывают наверх более легкие, чем металл, жидкие шлаки. Внизу, под их слоем,— расплавленный металл. Все это происходит в огромной печи, внутрь которой вдуваются топливо и воздух, а на поду плавится под действием пламени концентрат. Такая печь очень напоминает мартен (см. ст. «Мартеновская печь»). Выходят из печи отдельно жидкие шлаки и жидкий штейн — так называют смесь меди с железом, серой, серебром, золотом, никелем и т. д. Штейн поступает от печи в конвертеры (см. ст. «Из чугуна в сталь»). В них, как и при переработке чугуна, через штейн продувается воздух. Так выжигается сера, удаляется железо. Но уходят на это не минуты, как в конвертерах для чугуна, а часы, часто даже десятки часов. Зато теперь вместо штейна получается черновая медь. Примесей в ней только 1—2%, а не 70—80%, как в штейне. Но и эти маленькие проценты не устраивают технику. Снова пускается в ход огонь. Следующая стадия очистки меди так и называется — огневое рафинирование. Опять выжигаются остатки серы и некоторых других элементов. И опять при этом часть меди окисляется. Чтобы вернуть меди свободу от кислорода, в ванну с расплавом погружают деревянные жерди, словно дразнят медь. Это так и называется — дразнение. Дерево отбирает у меди кислород. Теперь примесей уже только десятые доли процента. 
Когда-то с этим приходилось мириться. Теперь можно идти дальше. Медь отправляется на электролиз. Брусок очищаемой меди помещается в электролитическую ванну в качестве анода. Электрический ток переносит к катоду только атомы меди. Золото, платина, серебро опускаются на дно ванны. Они тоже не пропадут. Маленькое отступление. Все большее значение приобретает сейчас хлорирование металлов. Руду цветного металла, например олова, обрабатывают хлором. Затем задача уже не в восстановлении металла, не в освобождении его от кислорода, а в разрушении соединения металла с хлором. Это проще и не требует таких высоких температур. Поэтому и распространяется этот метод, несмотря на один недостаток хлора — едкость. Но вернемся к электролизу. Он помогает металлургам и в получении алюминия из расплавленного соединения металла с кислородом. Очень сложную задачу поставил в свое время перед металлургами этот важнейший из цветных металлов. Его рудный концентрат — глинозем (окись алюминия) — плавится при очень высокой температуре — две с лишним тысячи градусов. Почти на 1000° выше точки плавления меди. Чтобы понизить температуру плавления, пришлось искусственно понижать концентрацию алюминия в электролитической ванне — растворять глинозем в расплавленном минерале криолите. Точка плавления раствора чуть ниже тысячи градусов. А это уже устраи- вает металлургов. Правда, природного криолита на Земле так мало, что минерал этот приходится изготовлять искусственно. Но и это все равно дешевле, чем каждый раз нагревать чистый глинозем. В раскаленном растворе молекулы глинозема распадаются на составные части — атомы алюминия и атомы кислорода. Электрический ток захватывает атомы алюминия и «укладывает» их на катод. В данном случае катодом служит дно самой ванны с глиноземно-криолитовым расплавом. Титан и магний, кальций и бериллий и многие другие металлы часто тоже получают с помощью электролиза, разлагая их расплавленные соли. Но для того чтобы сделать эти соли жидкими, опять требуются высокие температуры. Однако металлурги в ряде случаев умеют обходиться без такого сильного нагрева. Кроме пирометаллургии, существует гидрометаллургия. Тут металл тоже переводится в жидкость, но не огнем, а с помощью химического растворителя. Им могут оказаться и просто вода, и растворы кислот, щелочей, солей, и сложные органические жидкости. Извлечь чистый металл из раствора его соединения сравнительно легко. В одних случаях пускают в ход электролиз. В других прибегают к обменным химическим реакциям. Вы, наверное, знаете, что, если опустить в жидкий медный купорос кусок железа, хотя бы старое бритвенное лезвие, на нем начнет осаждаться медь. В обмен в раствор уходят ионы железа. Тот же по существу процесс идет в заводских масштабах на многих предприятиях, получающих медь. Особенно широко применяется гидрометаллургия при переработке комплексных руд. В нашей стране есть комбинаты, которые из одного месторождения добывают восемь, одиннадцать, четырнадцать химических элементов. А химики Германской Демократической Республики на уникальном месторождении — Мандсфельдских нефтяных сланцах получают даже сразу двадцать пять элементов. Когда в каждом кубическом сантиметре руды есть, скажем, и марганец, и кобальт, и молибден, и еще добрый десяток ценнейших элементов, куда легче отделить металлы в целом от пустой породы, чем друг от друга. И вот рудный концентрат поочередно обрабатывается сильными реактивами. Стремятся к тому, чтобы в каждой жидкости растворились соединения только одного металла. В металлургию все больше проникают иониты—особые синтетические смолы (см. ст. «Настоящее и будущее ионитов»). Погруженные в соответствующий раствор, они забирают из него, скажем, ионы золота. Химики утверждают даже, что иониты сделают выгодной, например, добычу драгоценных металлов из вод океанов. Добыча и получение цветных металлов имеют огромное народнохозяйственное значение. Ведь в ряде случаев цветные металлы просто незаменимы. Хотите убедиться в этом? Тогда прочитайте следующую статью.
|
ПОИСК
Block title
|
