रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आधार पर अयस्कों के प्रसंस्करण की एक विधि। पाइरोमेटालर्जी - रसायन के आधार पर अयस्कों के प्रसंस्करण की विधियाँ
अधिकांश धातुएँ प्रकृति में अन्य तत्वों के साथ यौगिक के रूप में पाई जाती हैं। कुछ ही धातुएँ स्वतंत्र अवस्था में पाई जाती हैं, तभी उन्हें देशी कहा जाता है। सोना और प्लैटिनम लगभग विशेष रूप से देशी रूप में पाए जाते हैं, और चांदी और तांबा - आंशिक रूप से; कभी-कभी देशी पारा तथा कुछ अन्य धातुएँ भी पाई जाती हैं।
सोने और प्लैटिनम का निष्कर्षण या तो यांत्रिक रूप से उन्हें उस चट्टान से अलग करके किया जाता है जिसमें वे संलग्न हैं, उदाहरण के लिए, पानी से धोकर, या विभिन्न अभिकर्मकों के साथ चट्टान से निकालकर, उसके बाद समाधान से अलग करके। अन्य सभी धातुओं का खनन उनके प्राकृतिक यौगिकों के रासायनिक प्रसंस्करण द्वारा किया जाता है।
धातु यौगिकों से युक्त और कारखाने में इन धातुओं के उत्पादन के लिए उपयुक्त खनिज और चट्टानें कहलाती हैं। मुख्य अयस्कों में धातुओं के ऑक्साइड, सल्फाइड और कार्बोनेट होते हैं। अयस्कों से धातुएँ प्राप्त करना धातुकर्म का कार्य है - रासायनिक उद्योग की सबसे प्राचीन शाखाओं में से एक। उच्च तापमान पर होने वाली धातुकर्म प्रक्रियाओं को पाइरोमेटालर्जिकल कहा जाता है। उदाहरण के लिए, पाइरोमेटालर्जिकल विधियाँ कच्चा लोहा और इस्पात का उत्पादन करती हैं।
धातुओं को प्राप्त करने की सबसे महत्वपूर्ण विधि कार्बन या CO के साथ उनके ऑक्साइड की कमी पर आधारित है। यदि, उदाहरण के लिए, लाल तांबे के अयस्क को कोयले के साथ मिलाकर गर्म किया जाता है, तो कोयला, तांबे को कम करके, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) में बदल जाता है, और तांबा पिघली हुई अवस्था में निकलता है:
कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ लौह अयस्कों की कमी से पिग आयरन को गलाया जाता है।
सल्फाइड अयस्कों को संसाधित करते समय, सल्फाइड को पहले विशेष भट्टियों में भूनकर ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, और फिर परिणामी ऑक्साइड को कोयले के साथ कम किया जाता है। उदाहरण के लिए:
पाइरोमेटालर्जिकल विधियों के अलावा, धातुओं के निष्कर्षण में हाइड्रोमेटालर्जिकल विधियों का उपयोग किया जाता है। वे विभिन्न अभिकर्मकों के जलीय घोल के साथ उनके यौगिकों के रूप में अयस्कों से धातुओं के निष्कर्षण का प्रतिनिधित्व करते हैं, इसके बाद समाधान से धातु को अलग करते हैं। उदाहरण के लिए, सोना हाइड्रोमेटालर्जिकल तरीकों से प्राप्त किया जाता है (देखें § 202)।
आमतौर पर, अयस्क खनिजों का एक संग्रह है। निकाले गए धातु वाले खनिजों को अयस्क खनिज कहा जाता है, बाकी सभी अपशिष्ट चट्टान हैं। उत्तरार्द्ध में अक्सर रेत, मिट्टी, चूना पत्थर होते हैं, जिन्हें पिघलाना मुश्किल होता है। धातु को गलाने की सुविधा के लिए अयस्क में विशेष पदार्थ मिलाए जाते हैं - फ्लक्स। फ़्लक्स अपशिष्ट चट्टानी पदार्थों - स्लैग के साथ फ़्यूज़िबल यौगिक बनाते हैं, जो आमतौर पर पिघली हुई धातु की सतह पर इकट्ठा होते हैं और हटा दिए जाते हैं। यदि अपशिष्ट चट्टान में चूना पत्थर होता है, तो रेत का उपयोग फ्लक्स के रूप में किया जाता है। बड़ी मात्रा में रेत वाले अयस्कों के लिए, चूना पत्थर एक प्रवाह के रूप में कार्य करता है। दोनों मामलों में, कैल्शियम सिलिकेट स्लैग के रूप में बनता है, क्योंकि रेत में मुख्य रूप से सिलिकॉन डाइऑक्साइड होता है।
कई अयस्कों में, अपशिष्ट चट्टान की मात्रा इतनी अधिक होती है कि ऐसे अयस्कों से धातु को सीधे गलाना आर्थिक रूप से लाभहीन है। ऐसे अयस्कों को पूर्व-समृद्ध किया जाता है - अपशिष्ट चट्टान का हिस्सा उनसे अलग किया जाता है। शेष सान्द्रण में अयस्क खनिज की मात्रा बढ़ जाती है।
अयस्कों को समृद्ध करने के विभिन्न तरीके हैं। दूसरों की तुलना में अधिक बार, प्लवनशीलता, गुरुत्वाकर्षण और चुंबकीय तरीकों का उपयोग किया जाता है।
प्लवन विधि पानी के साथ खनिजों की सतह की अलग-अलग वेटेबिलिटी पर आधारित है। बारीक पिसे हुए अयस्क को पानी से उपचारित किया जाता है जिसमें अयस्क खनिज और गैंग के कणों के बीच अस्थिरता में अंतर को बढ़ाने के लिए थोड़ी मात्रा में प्लवनशीलता एजेंट मिलाया जाता है। परिणामस्वरूप मिश्रण के माध्यम से हवा को तीव्रता से प्रवाहित किया जाता है; साथ ही इसके बुलबुले उन खनिजों के दानों से चिपक जाते हैं जो कम गीले होते हैं। ये खनिज हवा के बुलबुले के साथ सतह पर ले जाए जाते हैं और इस प्रकार अपशिष्ट चट्टान से अलग हो जाते हैं।
गुरुत्वाकर्षण संवर्धन घनत्व में अंतर और, परिणामस्वरूप, तरल में खनिज कणों के गिरने की दर पर आधारित है।
चुंबकीय विधि खनिजों को उनके चुंबकीय गुणों के अनुसार अलग करने पर आधारित है।
सभी धातुओं को कार्बन या CO के साथ उनके ऑक्साइड को कम करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है। आइए, उदाहरण के लिए, क्रोमियम कमी प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा की गणना करें:
तालिका का उपयोग करना. 7 (पृ. 194), हम पाते हैं, कहाँ से। परिणामी मान सकारात्मक है. इससे पता चलता है कि अभिकारकों की मानक सांद्रता पर, प्रतिक्रिया हमारी रुचि की दिशा में आगे नहीं बढ़ती है। एक सकारात्मक और बड़ा निरपेक्ष मान इंगित करता है कि प्रतिक्रिया धातु की कमी की दिशा में आगे नहीं बढ़ती है, न केवल मानक परिस्थितियों में, बल्कि तापमान और सांद्रता पर भी जो मानक से काफी भिन्न होती है।
उन धातुओं के लिए जो कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड (II) से कम नहीं होती हैं, मजबूत कम करने वाले एजेंटों का उपयोग किया जाता है: हाइड्रोजन, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम, सिलिकॉन। किसी धातु को उसके ऑक्साइड से किसी अन्य धातु की सहायता से प्राप्त करना मेटालोथर्मी कहलाता है। यदि, विशेष रूप से, एल्यूमीनियम का उपयोग कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है, तो इस प्रक्रिया को एलुमिनोथर्मी कहा जाता है। क्रोमियम, मैंगनीज जैसी धातुएँ मुख्य रूप से एलुमिनोथर्मी, साथ ही सिलिकॉन कटौती द्वारा प्राप्त की जाती हैं। यदि हम प्रतिक्रियाओं को गिनें
हमें ऋणात्मक मान प्राप्त होता है। इससे पता चलता है कि एल्यूमीनियम के साथ क्रोमियम की कमी अनायास हो सकती है।
अंत में, वे धातुएँ जिनके ऑक्साइड सबसे अधिक टिकाऊ होते हैं (एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और अन्य) इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किए जाते हैं (§ 103 देखें)।
"अपशिष्ट प्रसंस्करण की समस्याएं" - निष्कर्षण। टूटे शीशे का उपयोग सड़क की सतहों के लिए किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, लैंडफिल में फेंके गए कंटेनरों की मात्रा में 75-80% की कमी आई है। परिणाम एक मूल्यवान जैविक उर्वरक है - बायोह्यूमस। काँच। प्लास्टिक। अंतर्राष्ट्रीय परिवहन प्रणाली की पारिस्थितिक समस्याएं। प्लास्टिक की बोतलों का उपयोग नई बोतलें बनाने के लिए किया जा सकता है।
"रासायनिक गुण" - अवधि संख्या परमाणु में ऊर्जा स्तरों की संख्या दर्शाती है। अम्लों के रासायनिक गुण. प्रत्येक समूह में 2 उपसमूह होते हैं - मुख्य और द्वितीयक। मेंडेलीव की आवर्त प्रणाली आवर्त नियम का चित्रमय प्रतिनिधित्व है। रासायनिक घटनाएँ (रासायनिक प्रतिक्रियाएँ)। अघुलनशील आधार. ए \u003d एन + पी एक रासायनिक तत्व एक निश्चित परमाणु चार्ज वाला एक प्रकार का परमाणु है।
"रसायन" - सौंदर्य प्रसाधन। हाइड्रोफोबिक पूंछ. सफाई उत्पादों के लिए विज्ञापन. साबुन और डिटर्जेंट. त्वचा और बालों की देखभाल के उत्पादों के लिए विज्ञापन। डिटर्जेंट (डिटर्जेंट) के अणु. जल का अणु. साबुन, उच्च फैटी एसिड के लवण, साथ ही नैफ्थेनिक और राल एसिड। घर में रसायन.
"रासायनिक दुर्घटना" - रासायनिक दुर्घटना। अमोनिया से संक्रमित होने पर, आपको बेसमेंट और बेसमेंट में छिपना होगा। आपातकालीन रासायनिक रूप से खतरनाक पदार्थ। जनसंख्या की रासायनिक सुरक्षा के उपाय: खतरनाक रसायन। रासायनिक रूप से खतरनाक सुविधाओं पर दुर्घटनाएँ। रासायनिक दुर्घटना की स्थिति में सिग्नल पर कार्रवाई। क्लोरीन और फॉस्जीन से संक्रमण की स्थिति में इमारत की ऊपरी मंजिल पर चढ़ना जरूरी है।
"तेल और उसका प्रसंस्करण" - आभासी प्रयोगशाला। वायु में पदार्थ का आपेक्षिक घनत्व 1.03 है। तेल के तरल अंश में ठोस और गैसीय हाइड्रोकार्बन घुले होते हैं। पदार्थ का सूत्र व्युत्पन्न करें. हालाँकि, इस तरह से प्राप्त गैसोलीन पूरी तरह से अपर्याप्त है। तेल को आसवन और क्रैकिंग द्वारा संसाधित किया जाता है। उच्च तापमान वाले क्रैकिंग को पायरोलिसिस कहा जाता है।
"रासायनिक फाइबर के गुण" - रासायनिक फाइबर प्राप्त करने की तकनीकी प्रक्रिया। रासायनिक रेशों के निर्माण के चरण। उत्पत्ति के आधार पर प्राकृतिक रेशों का वर्गीकरण। रासायनिक फाइबर - कार्बनिक प्राकृतिक (कृत्रिम फाइबर) या सिंथेटिक (सिंथेटिक फाइबर) पॉलिमर से बने फाइबर। पहला चरण एक कताई समाधान प्राप्त करना या पिघलाना है।
धातु प्राप्त करने की विधियाँ आमतौर पर तीन प्रकारों में विभाजित की जाती हैं:
- पाइरोमेटालर्जिकल (उच्च तापमान पर कमी);
- हाइड्रोमेटालर्जिकल (समाधान में लवण से पुनर्प्राप्ति);
- इलेक्ट्रोमेटलर्जिकल (समाधान या पिघला हुआ इलेक्ट्रोलिसिस)।
पाइरोमेटालर्जिक रूप से प्राप्त करें(उच्च तापमान के प्रभाव में अयस्कों से धातु निकालने की विधियाँ। ऑक्साइड अयस्कों और ऑक्साइडों को कोयला, कार्बन मोनोऑक्साइड (II), अधिक सक्रिय धातुओं (एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम) से कम किया जाता है): कच्चा लोहा, स्टील, तांबा, सीसा, निकल, क्रोमियम और अन्य धातुएँ।
FeO + C –> Fe + CO
Fe2O3 + 2Al –> 2Fe + Al2O3
हाइड्रोमेटालर्जिक रूप से प्राप्त करें(विलयनों में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आधार पर धातुएँ प्राप्त करने की विधियाँ ) : सोना, जस्ता, निकल और कुछ अन्य धातुएँ।
CuSO4 + Fe –> FeSO4 + Cu
इलेक्ट्रोमेटलर्जिकल प्राप्त(विद्युत धारा की क्रिया के तहत धातुओं को उनके लवण और ऑक्साइड से अलग करना ) : क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु, एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और अन्य धातुएँ।
रसायनों के उत्पादन के लिए एक तकनीक विकसित करते समय, थर्मोडायनामिक्स, कैनेटीक्स, हीट इंजीनियरिंग, भौतिक और रासायनिक विश्लेषण आदि के नियमों का उपयोग किया जाता है। स्वाभाविक रूप से, आर्थिक स्थितियों को भी ध्यान में रखा जाता है। यदि प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है, तो लागू करें ले चेटेलियर का सिद्धांत:
यदि संतुलन में किसी प्रणाली पर बाहर से कार्रवाई की जाती है, तो प्रणाली में संतुलन उस प्रतिक्रिया की दिशा में स्थानांतरित हो जाएगा (प्रत्यक्ष या विपरीत), जिससे इस प्रभाव का आंशिक मुआवजा मिलता है।
उत्सर्जन के उपचार में रासायनिक विधियों का भी उपयोग किया जाता है, साथ ही रासायनिक उद्योगों से निकलने वाले अपशिष्ट जल का भी उपयोग किया जाता है।
धातुएँ प्राप्त करने की सामान्य विधियाँ
1. कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ ऑक्साइड से धातुओं की पुनर्प्राप्ति
मी x ओ वाई + सी = सीओ 2 + मी,
मी एक्स ओ वाई + सी = सीओ + मी,
मी x ओ वाई + सीओ = सीओ 2 + मी
उदाहरण के लिए,
ZnOy + Ct = CO + Zn
Fe 3 O 4 + 4CO t = 4CO 2 + 3Fe
एम जी ओ + सी टी= एमजी + सीओ
2. कमी के बाद सल्फाइड भूनना (यदि धातु अयस्क में लवण या क्षार के रूप में है, तो बाद वाले को पहले ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है)
1 अवस्था- मी एक्स एस वाई + ओ 2 = मी एक्स ओ वाई + एसओ 2
2 अवस्था- मी x ओ वाई + सी = सीओ 2 + मीयामी x ओ वाई + सीओ = सीओ 2 + मी
उदाहरण के लिए,
2 ZnS + 3 हे 2 टी= 2 जेडएनओ + 2 इसलिए 2
एमजीसीओ 3 टी = एमजीओ + सीओ 2
3 एलुमिनोथर्मी (ऐसे मामलों में जहां कार्बाइड या हाइड्राइड के निर्माण के कारण कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड से ठीक होना असंभव है)
मी एक्स ओ वाई + अल = अल 2 ओ 3 + मी
उदाहरण के लिए,
4SrO + 2Al t = Sr (AlO2) 2 + 3Sr
3MnO 2 + 4Al t = 3Mn + 2Al 2 O 3
2 अल + 3 बाओ टी= 3 बी ० ए + अल 2 हे 3 (उच्च शुद्धता बेरियम प्राप्त करें)
4. हाइड्रोथर्मी - उच्च शुद्धता वाली धातुएँ प्राप्त करने के लिए
मी x ओ वाई + एच 2 = एच 2 ओ + मी
उदाहरण के लिए,
WO 3 + 3H 2 t = W + 3H 2 O
MoO 3 + 3H 2 t = Mo + 3H 2 O
5. विद्युत धारा द्वारा धातुओं की पुनर्प्राप्ति (इलेक्ट्रोलिसिस)
ए) क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुएँ उद्योग में इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है नमक पिघल जाता है (क्लोराइड्स):
2 NaCl - पिघलना, विद्युत्। मौजूदा। → 2ना + सीएल2
CaCl2 - पिघलना, विद्युत्। मौजूदा। →सीए + सीएल2
हाइड्रॉक्साइड पिघलता है:
4 NaOH - पिघलना, विद्युत्। मौजूदा। →4ना + ओ 2 + 2 एच 2 ओ (!!! के लिए कभी-कभी उपयोग किया जाता है ना)
बी) अल्युमीनियम इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा औद्योगिक रूप से उत्पादित एल्यूमीनियम ऑक्साइड पिघला क्रायोलाइट में Na 3 AlF 6 (बॉक्साइट से):
2Al2O3 - क्रायोलाइट, इलेक्ट्र में पिघलें। मौजूदा। →4अल + 3 ओ 2
में) लवणों के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस उपयोग मध्यम सक्रियता और निष्क्रिय धातुएँ प्राप्त करने के लिए:
2 CuSO 4 +2 H 2 O - समाधान, विद्युत। मौजूदा। → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4 3
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