Двенадцатый класс → Общие принципы и процессы разделения элементов ↓
Извлечение сырья (обжиг, кальцинация, восстановление)
Извлечение металлов из их руд и их переработка в полезные формы является важной частью человеческой цивилизации. Металлы извлекаются из их руд и перерабатываются в полезные формы с использованием различных методов. Это важная область химии, известная как металлургия. В эти процессы входят обжиг, кальцинация и восстановление. Мы рассмотрим каждый этап подробно с картинками и примерами для обеспечения ясного и полного понимания.
Что такое руды?
Прежде чем углубляться в процессы извлечения, важно понять, что такое руды. Руды - это природные вещества, из которых металлы могут быть извлечены с выгодой. Обычно они представляют собой оксиды, сульфиды или карбонаты соответствующих металлов. Целью процесса извлечения является разделение металла от его связанного состояния в виде руды до его свободной формы.
Обжиг
Обжиг - это металлургический процесс, который включает реакции между газом и твердым веществом при высокой температуре. Это этап извлечения, в котором руда нагревается в присутствии кислорода. Он преимущественно используется для сульфидных руд.
2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2В этом примере сульфид цинка (ZnS), основная руда цинка, реагирует с кислородом (O 2) с образованием оксида цинка (ZnO) и диоксида серы (SO 2).
Почему обжиг?
- Преобразует сульфиды в оксиды, что облегчает их преобразование в металлы.
- Помогает удалить примеси, такие как вода и двуокись углерода.
- Удаляет летучие примеси, такие как SO2 или арсенистые газы.
Визуальный пример процесса обжига
Диаграмма выше упрощает процесс обжига. Руда нагревается и реагирует с кислородом, присутствующим в атмосфере или добавленным извне, давая обожженный продукт.
Кальцинация
Кальцинация - это процесс термической обработки, в котором руда подвергается высоким температурам при отсутствии или ограниченном доступе воздуха или кислорода. Она применяется в основном для термического разложения карбонатных и гидратных руд.
CaCO 3 → CaO + CO 2В этом примере карбонат кальция (CaCO3) подвергается кальцинации с образованием оксида кальция (CaO) и диоксида углерода (CO2).
Почему кальцинация?
- Если молекулы воды входят в структуру кристалла, он удаляет их.
- Разлагает карбонатные руды на оксиды.
- Удаляет летучие компоненты из руды.
Визуальный пример процесса кальцинации
На этой иллюстрации карбонатная руда нагревается в процессе кальцинации, что приводит к образованию оксида и удалению газообразных побочных продуктов, таких как CO2.
Восстановление
В металлургии процесс восстановления руды до металлической формы называется восстановлением. Этот этап необходим для извлечения металла в чистой форме после обжига или кальцинации. Восстановление обычно включает использование восстановителей или электролиза для разделения металлов от их оксидов.
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2В этой реакции триокись железа (Fe 2 O 3) восстанавливается до железа (Fe) с использованием угарного газа (CO) в качестве восстановителя, образуя углекислый газ (CO 2).
Виды восстановлений
Химическое восстановление
- С использованием восстановителей, таких как углерод, угарный газ или реактивные металлы (Al, Na, Ca).
- Пример: восстановление оксида меди с использованием водорода.
CuO + H 2 → Cu + H 2 OЭлектролитическое восстановление
- Используется для высокоэлектроположительных металлов, таких как натрий, калий.
- В этом случае электрический ток проходит через расплавленные или растворенные соли.
NaCl(l) → Na(s) + 1/2 Cl 2 (g)Визуальный пример процесса восстановления
Эта иллюстрация показывает процесс восстановления, при котором оксида руда восстанавливается во восстановленного агента — показано символически — для получения металлической формы.
Заключение
Процессы обжига, кальцинации и восстановления важны для извлечения металлов из их руд. Каждый метод играет свою роль в зависимости от типа руды и желаемого металла. Обжиг осуществляется для сульфидных руд, превращая их в оксиды, тогда как кальцинация используется в основном для удаления летучих продуктов из карбонатных руд. Восстановление, будь то химическое или электролитическое, завершает извлечение путем преобразования этих оксидов в чистые металлы. Каждый процесс использует термические или химические реакции для отделения желаемых металлов от примесей, оказывая возможность их практического использования в различных промышленностях, технологиях и повседневной жизни.
Понимание и освоение этих техник важно не только для студентов и химиков, но и необходимо для поддержания технологического прогресса и металлургических инноваций.
Комментарии