 |
К биологически наиболее значимым металлам относятся: K, Na, Mg, Ca, Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Mo.
|
|
|
|
В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: таких, как оксиды, силикаты, карбонаты, сульфиды и хлориды. Эти соединения входят в состав руд и минералов.
Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы. А минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав. Давайте с вами посмотрим названия и химический состав некоторых минералов.
| Название | Химический состав |
| Красный железняк (гематит) | Fe2O3 |
| Магнитный железняк (магнетит) | Fe3O4 |
| Бурый железняк | 2Fe2O3 · 3H2O |
| Железный колчедан (пирит) | FeS2 |
| Сильвин | KCl |
| Криолит | Na3AlF6 |
| Кальцит | CaCO3 |
| Корунд | Al2O3 |
| Малахит | (CuOH)2CO3 |
| Медный колчедан (халькопирит) | CuFeS2 |
| Киноварь | HgS |
| Гипс | CaSO4 · 2H2 |
| Свинцовый блеск (галенит) | PbS |
| Цинковая обманка | ZnS |
К наиболее известным минералам относится пирит, или железный колчедан (FeS2), киноварь (HgS), малахит ((CuOH)2CO3). Пирит и киноварь используют в промышленности для получения соответствующих металлов, то есть железа и ртути, а малахит, как поделочный камень.
А теперь представьте, что на дне водоёмов тоже есть соединения металлов, эти отложения – конкреции – представляют собой грозди, клубни или лепёшки, густо усеивающие дно. Плоские озёрные и болотные конкреции величиной с мелкую монету были известны ещё в средние века, поэтому их и называли « копеечной рудой ». В настоящее время железомарганцевые конкреции, покрывающие огромные площади на дне океанов, называют полезными ископаемыми XXI века. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.
|
|
|
Представьте себя геологом или минералогом, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк.
Цвет красного железняка коричнево-красный, сам он прочный, плотный, если провести образцом руды по поверхности фарфоровой ступки, то он оставляет красно-коричневый след, не притягивается магнитом.
Бурый железяк имеет жёлто-коричневую окраску, сам прочный и плотный, не притягивается магнитом, оставляет на фарфоровой ступке жёлто-бурую полосу.
Магнитный железняк чёрного цвета, сам прочный и плотный, притягивается магнитом, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.
М инералы отличаются между собой окраской, магнитными свойствами, цветом черты и некоторыми другими показателями.
В современной технике широко используют более 75 металлов и многочисленные сплавы на их основе. Поэтому большое значение придаётся промышленным способам получения металлов из руд. Обычно перед получением металлов из руды её измельчают, потом предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси. В результате образуется концентрат, служащий сырьём для металлургического производства. Затем обогащённую руду превращают в оксид и только после этого восстанавливают металл.
Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов. В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металлургических производств.
Представьте, что из одной т медной руды можно получить 16 кг концентрата и только 4 кг чистой меди.
Такая отрасль металлургии, как пирометаллургия занимается переработкой руд, она основана на химических реакциях, при чём они проходят при высоких температурах, ведь от греч. пирос, означает огонь.
|
|
|
Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку.
При обжиге сульфиды переводят в оксиды, а сера удаляется в виде оксида серы (IV). А затем из оксида восстанавливают металл. Полученный металл или сплав подвергают механической обработке, придают ему соответствующую форму. В процессе выделения металлов ( плавке ) из оксидов в качестве восстановителей используют углерод, оксид углерода (II), водород, кремний или более активные металлы.
Например, ещё древние металлурги для получения железа из его руд использовали в качестве восстановителя углерод. Но этот способ неудобен тем, что реакция между твёрдыми веществами идёт только в местах их соприкосновения. 2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2
В промышленных масштабах для получения железа, цинка и других цветных металлов из оксидов используют в качестве восстановителя оксид углерода (II). Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Сейчас мы посмотрим, как получают чугун и сталь. Восстановление железа проводят в специальных вертикальных печах, называемых доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объёмом до 5000 м3. Они имеют стальной корпус, а изнутри выложены огнеупорным кирпичом. По характеру своей работы доменная печь – аппарат непрерывного действия. Сверху в печь подаётся твёрдое сырьё – шихта, представляющая собой смесь железной руды, кокса (переработанного угля), известняка и других добавок, а снизу вдувается подогретый или обогащённый кислородом воздух. В нижней части печи кокс сгорает в горячем воздухе, образуя углекислый газ.
C + O2 = CO2
доменная печь
Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса с образованием оксида углерода (II).
CO2 + C = 2CO
В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.
|
|
|
