Детская энциклопедия




Меню сайта




Реклама











ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ. Получение цветных металлов

Руду 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.





 
 
----------------------------------------------------
Календарь
«  Сентябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930

Реклама
  • Узел измерения расхода по методу перепада давления davkar.net.

  • Новые статьи
    Каталог статей
    Как подготовить ребенка к школе
    Освоение навыков чтения
    Природные материалы на уроках труда

    Статистика




     
    Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
    2013 © 2017