पाइरोमेटलर्जी - रासायनिक पर आधारित अयस्कों के प्रसंस्करण के तरीके। धातुओं को प्राप्त करना - धातुओं की कमी के आधार पर अयस्कों के प्रसंस्करण के लिए ज्ञान हायपरमार्केट तरीके
धातुओं को प्राप्त करने के तरीके आमतौर पर तीन प्रकारों में विभाजित होते हैं:
- पायरोमेटालर्जिकल (उच्च तापमान पर कमी);
- हाइड्रोमेटालर्जिकल (समाधान में लवण से पुनर्प्राप्ति);
- इलेक्ट्रोमेटालर्जिकल (घोल या पिघला हुआ इलेक्ट्रोलिसिस)।
पायरोमेटालर्जिक रूप से प्राप्त करते हैं(उच्च तापमान के प्रभाव में अयस्कों से धातु निकालने के तरीके। कोयले, कार्बन मोनोऑक्साइड (II), अधिक सक्रिय धातुओं (एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम) के साथ ऑक्साइड अयस्क और ऑक्साइड कम हो जाते हैं।: कच्चा लोहा, स्टील, तांबा, सीसा, निकल, क्रोमियम और अन्य धातुएँ।
FeO + C -> Fe + CO
Fe2O3 + 2Al -> 2Fe + Al2O3
हाइड्रोमेटलर्जिक रूप से प्राप्त करते हैं(समाधान में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं के आधार पर धातु प्राप्त करने के तरीके ) : सोना, जस्ता, निकल और कुछ अन्य धातुएँ।
CuSO4 + Fe -> FeSO4 + Cu
इलेक्ट्रोमेटलर्जिकल प्राप्त करते हैं(विद्युत प्रवाह की क्रिया के तहत धातुओं को उनके लवण और ऑक्साइड से अलग करना ) : क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु, एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और अन्य धातु।
रसायनों के उत्पादन के लिए एक तकनीक विकसित करते समय, थर्मोडायनामिक्स, कैनेटीक्स, ताप इंजीनियरिंग, भौतिक और रासायनिक विश्लेषण इत्यादि के नियमों का उपयोग किया जाता है। स्वाभाविक रूप से, आर्थिक स्थितियों को भी ध्यान में रखा जाता है। यदि प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय है, तो लागू करें ले चेटेलियर का सिद्धांत:
यदि संतुलन में एक प्रणाली को बाहर से क्रियान्वित किया जाता है, तो प्रणाली में संतुलन उस प्रतिक्रिया (प्रत्यक्ष या विपरीत) की दिशा में स्थानांतरित हो जाएगा, जिससे इस प्रभाव के आंशिक मुआवजे की ओर अग्रसर होता है।
रासायनिक विधियों का उपयोग उत्सर्जन के उपचार के साथ-साथ रासायनिक उद्योगों के अपशिष्ट जल में भी किया जाता है।
धातु प्राप्त करने के सामान्य तरीके
1. कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ ऑक्साइड से धातुओं की रिकवरी
मे एक्स ओ वाई + सी \u003d सीओ 2 + मी,
मे एक्स ओ वाई + सी \u003d सीओ + मी,
मी एक्स ओ वाई + सीओ \u003d सीओ 2 + मी
उदाहरण के लिए,
ZnOy + सीटी = CO + Zn
Fe 3 O 4 + 4CO t \u003d 4CO 2 + 3Fe
एम जी ओ + सी टी= मिलीग्राम + सीओ
2. सल्फाइड भूनने के बाद कमी (यदि धातु नमक या आधार के रूप में अयस्क में है, तो बाद वाले पहले ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाते हैं)
1 अवस्था- मी एक्स एस वाई + ओ 2 \u003d मी एक्स ओ वाई + एसओ 2
2 अवस्था- मी एक्स ओ वाई + सी \u003d सीओ 2 + मीयामी एक्स ओ वाई + सीओ \u003d सीओ 2 + मी
उदाहरण के लिए,
2 ZnS + 3 हे 2 टी= 2 जेडएनओ + 2 इसलिए 2
एमजीसीओ 3 टी \u003d एमजीओ + सीओ 2
3 एल्युमिनोथर्मी (ऐसे मामलों में जहां कार्बाइड या हाइड्राइड बनने के कारण कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड से उबरना असंभव है)
मी एक्स ओ वाई + अल \u003d अल 2 ओ 3 + मी
उदाहरण के लिए,
4SrO + 2Al t \u003d Sr (AlO 2) 2 + 3Sr
3MnO 2 + 4Al t \u003d 3Mn + 2Al 2 O 3
2 अल + 3 बाओ टी= 3 बी ० ए + अल 2 हे 3 (उच्च शुद्धता बेरियम प्राप्त करें)
4. जलताप - उच्च शुद्धता धातु प्राप्त करने के लिए
मे एक्स ओ वाई + एच 2 = एच 2 ओ + मी
उदाहरण के लिए,
WO 3 + 3H 2 t \u003d W + 3H 2 O
एमओओ 3 + 3एच 2 टी \u003d मो + 3एच 2 ओ
5. विद्युत प्रवाह (इलेक्ट्रोलिसिस) द्वारा धातुओं की पुनर्प्राप्ति
और) क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उद्योग में प्राप्त किया नमक पिघला देता है (क्लोराइड):
2 एनएसीएल - पिघला, विद्युत। वर्तमान। → 2ना + सीएल2
CaCl2 - पिघला, विद्युत। वर्तमान। →सीए + सीएल 2
हाइड्रोक्साइड पिघला देता है:
4 नाओएच - पिघला, विद्युत। वर्तमान। → 4ना + ओ 2 + 2 एच 2 ओ (!!! के लिए कभी-कभार इस्तेमाल किया जाता है ना)
बी) अल्युमीनियम इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा औद्योगिक रूप से उत्पादित एल्यूमीनियम ऑक्साइड पिघला क्रायोलाइट मेंना 3 एएलएफ 6 (बॉक्साइट से):
2Al2O3 - क्रायोलाइट, इलेक्ट्रीक में पिघलाएं। वर्तमान। → 4अल + 3 ओ 2
पर) नमक के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस उपयोग मध्यम गतिविधि और निष्क्रिय धातु प्राप्त करने के लिए:
2 क्यूएसओ 4 +2 एच 2 ओ - समाधान, इलेक्ट्रीशियन। वर्तमान। → 2क्यू + ओ 2 + 2 एच 2 एसओ 4 3
धातुएँ प्रकृति में मुक्त रूप में पाई जाती हैं - देशी धातुएँ, और विभिन्न यौगिकों के रूप में। प्रकृति में मुक्त अवस्था में, ऐसी धातुएँ होती हैं जिनका वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण करना मुश्किल होता है, उदाहरण के लिए, प्लैटिनम, सोना, चांदी, बहुत कम अक्सर पारा, तांबा, आदि।
देशी धातुएँ आमतौर पर अनाज के रूप में या चट्टानों में समावेशन के रूप में कम मात्रा में पाई जाती हैं। कभी-कभी धातुओं के बड़े टुकड़े भी होते हैं - सोने की डली (चित्र 37)। उदाहरण के लिए, सबसे बड़े तांबे की डली का वजन 420 टन, चांदी - 13.5 टन और सोना - 112 किलो था।
चावल। 37.
सोने की डली: ए - सोना; बी - चांदी; में - तांबा
प्रकृति में अधिकांश धातुएँ विभिन्न रासायनिक प्राकृतिक यौगिकों - खनिजों (चित्र 38) के रूप में एक बाध्य अवस्था में मौजूद हैं। बहुत बार ये ऑक्साइड होते हैं, उदाहरण के लिए, लौह खनिज: लाल लौह अयस्क Fe 2 O 3, भूरा लौह अयस्क 2Fe 2 O 3 ZN 2 O, चुंबकीय लौह अयस्क Fe 3 O 4। अक्सर, खनिज सल्फाइड यौगिक होते हैं, जैसे सीसा चमक, या गैलेना, PbS, जिंक मिश्रण ZnS, सिनेबार HgS।
चावल। 38.
खनिज:
ए - लाल लौह अयस्क; बी - चुंबकीय लौह अयस्क; सी - भूरा लौह अयस्क; जी - सिनबर; डी - जिंक मिश्रण; ई - सीसा चमक
प्रयोगशाला प्रयोग संख्या 13
लौह अयस्क का परिचय
खनिज चट्टानों और अयस्कों का हिस्सा हैं।
अयस्क में शामिल खनिज की रासायनिक संरचना के अनुसार, ऑक्साइड, सल्फाइड और अन्य अयस्कों को प्रतिष्ठित किया जाता है।
आमतौर पर, अयस्क से धातु प्राप्त करने से पहले, इसे पूर्व-समृद्ध किया जाता है - अपशिष्ट चट्टान और अशुद्धियों को अलग किया जाता है। नतीजतन, एक सांद्रता बनती है, जो धातुकर्म उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में कार्य करती है (चित्र 39)।
चावल। 39.
1 टन तांबे के अयस्क से आप 16 किलो कंसन्ट्रेट और केवल 4 किलो शुद्ध तांबा प्राप्त कर सकते हैं
भारी उद्योग की सबसे महत्वपूर्ण शाखा, जो धातुओं और मिश्र धातुओं के उत्पादन में लगी हुई है, का एक ही नाम है।
अयस्क (ध्यान केंद्रित) से धातु प्राप्त करने की विधि के आधार पर, कई प्रकार के धातुकर्म उद्योग हैं।
पाइरोमेटालर्जिकल प्रक्रियाओं में रोस्टिंग और स्मेल्टिंग शामिल हैं। भूनने के दौरान, अयस्कों में निहित धातु के यौगिक, विशेष रूप से सल्फाइड, ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाते हैं, और सल्फर को सल्फर ऑक्साइड (IV) SO2 के रूप में हटा दिया जाता है।
2CuS + 3O 2 \u003d 2CuO + 2SO 2।
गलाने के दौरान, कोयला, हाइड्रोजन, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) या अधिक सक्रिय धातु का उपयोग करके धातुओं को उनके ऑक्साइड से कम किया जाता है:
2CuO + C \u003d 2Cu + CO 2,
Cr 2 O 3 + 2Al = Al 2 O 3 + 2Cr।
चावल। 40.
आग की भट्टी
कास्ट आयरन का उत्पादन ब्लास्ट फर्नेस (चित्र 40) नामक धातुकर्म भट्टियों में उच्च तापमान पर किया जाता है। बदले में, स्टील को अन्य धातुकर्म भट्टियों में कच्चा लोहा से पिघलाया जाता है, जैसे कि कन्वर्टर्स (चित्र। 41)।
चावल। 41.
कनवर्टर
यदि एल्यूमीनियम को कम करने वाली धातु के रूप में उपयोग किया जाता है, तो संबंधित कमी प्रक्रिया को एल्युमिनोथर्मी (चित्र 42) कहा जाता है। धातु प्राप्त करने की यह विधि रूसी वैज्ञानिक एन एन बेकेटोव द्वारा प्रस्तावित की गई थी।
चावल। 42.
एल्युमिनोथर्मी (ए) द्वारा रेल की वेल्डिंग; एल्युमिनोथर्मी (बी) का उपयोग करके रेल वेल्डेड
हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रक्रियाओं में अघुलनशील धातु यौगिकों को अयस्कों से समाधान में स्थानांतरित करने का चरण शामिल है (उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड की क्रिया द्वारा उन्हें तांबे, जस्ता और यूरेनियम के लवण के समाधान में स्थानांतरित किया जाता है, और सोडा के साथ उपचार द्वारा - मोलिब्डेनम और टंगस्टन के यौगिक ) अन्य धातुओं या विद्युत प्रवाह का उपयोग करके परिणामी समाधानों से धातुओं के रिडक्टिव आइसोलेशन के बाद।
इस पद्धति का उपयोग मुख्य रूप से सक्रिय धातुओं - क्षार, क्षारीय पृथ्वी और एल्यूमीनियम के साथ-साथ मिश्र धातु स्टील्स के उत्पादन के लिए किया जाता है। इसी विधि से अंग्रेज रसायनशास्त्री जी. डेवी ने सबसे पहले पोटैशियम, सोडियम, बेरियम और कैल्शियम प्राप्त किया।
धातुओं को प्राप्त करने के लिए सूक्ष्मजीवविज्ञानी तरीके, जो कुछ प्रकार के जीवाणुओं की महत्वपूर्ण गतिविधि का उपयोग करते हैं, बहुत ध्यान देने योग्य हैं। उदाहरण के लिए, तथाकथित थियोनिक बैक्टीरिया अघुलनशील सल्फाइड को घुलनशील सल्फेट्स में बदलने में सक्षम हैं। विशेष रूप से, जीवाणु विधि का उपयोग तांबे को उसके सल्फाइड अयस्कों से सीधे उनके स्थान पर निकालने के लिए किया जाता है। कॉपर (II) सल्फेट से समृद्ध परिणामी वर्किंग सॉल्यूशन को हाइड्रोमेटालर्जिकल प्रोसेसिंग के लिए खिलाया जाता है।
नए शब्द और अवधारणाएँ
- देशी धातु।
- खनिज।
- अयस्क।
- धातुकर्म और इसके प्रकार: पाइरो-, हाइड्रो-, इलेक्ट्रोमेटालर्जी।
- एल्युमिनोथर्मी।
- धातु प्राप्त करने के लिए सूक्ष्मजीवविज्ञानी तरीके।
स्वतंत्र कार्य के लिए कार्य
- धातु विज्ञान और चिकित्सक जी। एग्रीकोला (XVI सदी) के क्षेत्र में जर्मन वैज्ञानिक के काम में "धातुओं पर 12 पुस्तकें" कहा जाता है: "अयस्क को गर्म करने, भूनने और कैल्सीनेशन के अधीन करने से, यह मिश्रित पदार्थों के हिस्से को हटा देता है धातु के साथ ..." और आगे "। .. गलाना आवश्यक है, क्योंकि इसके माध्यम से ही चट्टानों और कठोर रस (ब्राइन) धातुओं से अलग हो जाते हैं, जो अपने विशिष्ट रंग को प्राप्त करते हैं, शुद्ध होते हैं और कई में मनुष्य के लिए उपयोगी होते हैं सम्मान। एग्रीकोला ने किस प्रकार के धातु विज्ञान के बारे में लिखा? रासायनिक अभिक्रियाओं के समीकरणों के उदाहरणों के साथ उनके कथन की व्याख्या कीजिए।
- तांबा प्राप्त करने की कौन सी विधि - सल्फ्यूरिक एसिड या बैक्टीरिया का उपयोग करना - अधिक पर्यावरण के अनुकूल है?
- हाइड्रोमेटालर्जिकल विधि से क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं को क्यों नहीं प्राप्त किया जा सकता है?
- खनिज गैलेना पीबीएस से सीसा के उत्पादन के लिए एक प्रक्रिया श्रृंखला का प्रस्ताव करें। प्रतिक्रिया समीकरण लिखिए।
- पाइराइट FeS2 से लोहा और सल्फ्यूरिक अम्ल कैसे प्राप्त किया जा सकता है? प्रतिक्रिया समीकरण लिखिए।
- 20% कॉपर (I) सल्फाइड युक्त 120 टन समृद्ध चट्टान से कितने किलोग्राम तांबा प्राप्त होता है यदि तांबे की उपज सैद्धांतिक रूप से 90% संभव है?
अधिकांश धातुएँ प्रकृति में अन्य तत्वों के साथ यौगिकों के रूप में पाई जाती हैं। मुक्त अवस्था में कुछ ही धातुएँ पाई जाती हैं, तब उन्हें देशी कहा जाता है। सोना और प्लेटिनम लगभग विशेष रूप से देशी रूप में पाए जाते हैं, और चांदी और तांबे - भाग में; कभी-कभी देशी पारा तथा कुछ अन्य धातुएँ भी पाई जाती हैं।
सोने और प्लेटिनम 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 उन्हें विभिन्न अभिकर्मकों के साथ चट्टान से निकालने के बाद, समाधान से अलग करके। अन्य सभी धातुओं को उनके प्राकृतिक यौगिकों के रासायनिक प्रसंस्करण द्वारा खनन किया जाता है।
धातु के यौगिकों से युक्त खनिज और चट्टानें और इन धातुओं के कारखाने के तरीके से उत्पादन के लिए उपयुक्त कहलाते हैं। मुख्य अयस्कों में धातुओं के ऑक्साइड, सल्फाइड और कार्बोनेट होते हैं। अयस्कों से धातु प्राप्त करना धातु विज्ञान का कार्य है - रासायनिक उद्योग की सबसे प्राचीन शाखाओं में से एक। उच्च तापमान पर होने वाली धातुकर्म प्रक्रियाओं को पायरोमेटालर्जिकल कहा जाता है। उदाहरण के लिए, कच्चा लोहा और इस्पात पाइरोमेटालर्जिकल विधियों का उत्पादन करते हैं।
धातुओं को प्राप्त करने की सबसे महत्वपूर्ण विधि कार्बन या सीओ के साथ उनके आक्साइड की कमी पर आधारित है। यदि, उदाहरण के लिए, लाल तांबे के अयस्क को कोयले के साथ मिलाया जाता है और गर्म किया जाता है, तो कोयला, तांबे को कम करके, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) में बदल जाता है, और तांबे को पिघली हुई अवस्था में छोड़ा जाता है:
पिग आयरन को कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ लौह अयस्कों की कमी से पिघलाया जाता है।
सल्फाइड अयस्कों को संसाधित करते समय, सल्फाइड को पहले विशेष भट्टियों में भूनकर ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, और फिर परिणामस्वरूप ऑक्साइड को कोयले से 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 अपने यौगिकों के रूप में अयस्कों से धातुओं के निष्कर्षण का प्रतिनिधित्व करते हैं, इसके बाद समाधान से धातु को अलग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सोना हाइड्रोमेटालर्जिकल तरीकों से प्राप्त किया जाता है (§ 202 देखें)।
आमतौर पर, अयस्क खनिजों का एक संग्रह है। निकाले गए धातु वाले खनिजों को अयस्क खनिज कहा जाता है, बाकी सभी बेकार चट्टानें हैं। उत्तरार्द्ध में अक्सर रेत, मिट्टी, चूना पत्थर होते हैं, जिन्हें पिघलाना मुश्किल होता है। धातु के गलाने की सुविधा के लिए, अयस्क - फ्लक्स में विशेष पदार्थ मिलाए जाते हैं। फ्लक्स अपशिष्ट रॉक 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 प्रवाह के रूप में कार्य करता है। दोनों ही मामलों में, स्लैग के रूप में कैल्शियम सिलिकेट बनता है, क्योंकि रेत में मुख्य रूप से सिलिकॉन डाइऑक्साइड होता है।
कई अयस्कों में, अपशिष्ट चट्टान की मात्रा इतनी बड़ी होती है कि ऐसे अयस्कों से धातु का प्रत्यक्ष प्रगलन आर्थिक रूप से लाभहीन होता है। ऐसे अयस्क पूर्व-समृद्ध होते हैं - अपशिष्ट चट्टान का हिस्सा उनसे अलग हो जाता है। शेष सांद्रण में अयस्क खनिज की मात्रा बढ़ जाती है।
अयस्कों को समृद्ध करने के विभिन्न तरीके हैं। अधिक बार दूसरों की तुलना में, प्लवनशीलता, गुरुत्वाकर्षण और चुंबकीय तरीकों का उपयोग किया जाता है।
प्लवनशीलता विधि पानी के साथ खनिजों की सतह की विभिन्न वेटेबिलिटी पर आधारित है। बारीक पिसे हुए अयस्क को पानी से उपचारित किया जाता है जिसमें एक छोटी मात्रा में फ्लोटेशन अभिकर्मक मिलाया जाता है, जो अयस्क खनिज और गैंग के कणों की वेटेबिलिटी में अंतर को बढ़ाता है। परिणामी मिश्रण के माध्यम से हवा को जोर से उड़ाया जाता है; साथ ही इसके बुलबुले उन खनिजों के दानों पर चिपक जाते हैं जो कम गीले होते हैं। इन खनिजों को हवा के बुलबुले के साथ सतह पर ले जाया जाता है और इस प्रकार अपशिष्ट चट्टान से अलग किया जाता है।
गुरुत्वाकर्षण संवर्धन घनत्व में अंतर पर आधारित है और इसके परिणामस्वरूप तरल में खनिज अनाज के गिरने की दर है।
चुंबकीय विधि खनिजों को उनके चुंबकीय गुणों के अनुसार अलग करने पर आधारित है।
सभी धातुओं को उनके ऑक्साइड को कार्बन या CO से अपचयित करके प्राप्त नहीं किया जा सकता है। आइए गणना करें, उदाहरण के लिए, क्रोमियम कमी प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा:
तालिका का उपयोग करना। 7 (पृ. 194), हम पाते हैं , जहां से . परिणामी मूल्य सकारात्मक है। इससे पता चलता है कि अभिकारकों की मानक सांद्रता पर, प्रतिक्रिया हमारे लिए रुचि की दिशा में आगे नहीं बढ़ती है। एक सकारात्मक और बड़ा निरपेक्ष मूल्य इंगित करता है कि प्रतिक्रिया धातु की कमी की दिशा में आगे नहीं बढ़ती है, न केवल मानक स्थितियों के तहत, बल्कि तापमान और सांद्रता पर भी जो मानक से स्पष्ट रूप से भिन्न होती है।
धातुओं के लिए जो कोयले या कार्बन मोनोऑक्साइड (II) द्वारा कम नहीं होते हैं, मजबूत कम करने वाले एजेंटों का उपयोग किया जाता है: हाइड्रोजन, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम, सिलिकॉन। किसी धातु का उसके ऑक्साइड से दूसरी धातु की सहायता से पुनःप्राप्ति धातुतापी कहलाती है। यदि, विशेष रूप से, एल्यूमीनियम का उपयोग कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है, तो प्रक्रिया को एल्युमिनोथर्मी कहा जाता है। क्रोमियम, मैंगनीज जैसी धातुएं मुख्य रूप से एल्युमिनोथर्मी के साथ-साथ सिलिकॉन रिडक्शन द्वारा प्राप्त की जाती हैं। अगर हम प्रतिक्रियाओं की गिनती करते हैं
हमें एक नकारात्मक मूल्य मिलता है। इससे पता चलता है कि एल्यूमीनियम के साथ क्रोमियम की कमी अनायास आगे बढ़ सकती है।
अंत में, धातुएं जिनके ऑक्साइड सबसे अधिक टिकाऊ होते हैं (एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, और अन्य) इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किए जाते हैं (§ 103 देखें)।
अधिकांश धातुएँ प्रकृति में अन्य तत्वों के साथ यौगिकों के रूप में पाई जाती हैं, और केवल कुछ ही शुद्ध रूप में पाई जाती हैं, उदाहरण के लिए: चांदी, सोना, तांबा, सीसा। खनिज (प्राकृतिक रासायनिक यौगिक) और धातु के यौगिक युक्त चट्टानों को कहा जाता है अयस्कों . अयस्कों में ऑक्साइड, सल्फाइड, कार्बोनेट, मेटल हलाइड होते हैं। अयस्कों से धातुएँ प्राप्त करना धातुकर्म का कार्य है।
उच्च तापमान पर होने वाली धातुकर्म प्रक्रिया कहलाती है pyrmetallurgical. इस तरह, कम करने वाले एजेंटों का उपयोग करके कच्चा लोहा और स्टील प्राप्त किया जाता है।
सबसे महत्वपूर्ण कम करने वाले एजेंट कार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड हैं। धातुओं के लिए जो कार्बन या सीओ द्वारा कम नहीं होते हैं, मजबूत कम करने वाले एजेंटों का उपयोग किया जाता है: हाइड्रोजन, सिलिकॉन और कुछ सक्रिय धातु - मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम। वे विधियाँ जिनमें धातुओं को अपचायक के रूप में उपयोग किया जाता है, कहलाती हैं धातु ऊष्मीयता (कभी-कभी एक कम करने वाली धातु नाम में मौजूद होती है, उदाहरण के लिए: एल्युमिनोथर्मी)।
प्रक्रिया के उदाहरण सी विभिन्न कम करने वाले एजेंटों का उपयोग करना।
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 3Fe + 3CO 2
कभी-कभी, सल्फाइड अयस्कों को संसाधित करते समय, वे विशेष भट्टियों में प्रारंभिक भूनते हैं - वे अयस्क को ऑक्साइड में ऑक्सीकरण करते हैं, और उसके बाद ही इसे धातु में कम करते हैं:
2ZnS + O2 = 2ZnO + 2SO2 ZnO + C = Zn + CO
क्रोमियम, मैंगनीज जैसी धातुएँ मुख्य रूप से एल्युमिनोथर्मी के साथ-साथ सिलिकॉन रिडक्शन द्वारा प्राप्त की जाती हैं:
Cr 2 O 3 + 2Al \u003d 2Cr + Al 2 O 3
एल्युमिनोथर्मी की प्रक्रिया गर्मी की एक बड़ी रिलीज के साथ आगे बढ़ती है।
जलीय घोलों का उपयोग करके अयस्कों से धातुओं को निकालने की प्रक्रिया को हाइड्रोमेटालर्जिकल कहा जाता है। ऐसे मिलता है सोना सोने की असर वाली चट्टान को NaCN के घोल से उपचारित किया जाता है, और सोना एक जटिल - के रूप में घोल में बदल जाता है। फिर जिंक को कम करने वाले एजेंट के रूप में प्रयोग किया जाता है:
2-+Zn=2-+ए.यू
धातुओं को प्राप्त करने का तीसरा तरीका समाधान या पिघलने का इलेक्ट्रोलिसिस है। एल्यूमीनियम पिघला हुआ क्रायोलाइट में एल्यूमीनियम ऑक्साइड के समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है; मैग्नीशियम MgCl 2 मेल्ट के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है।
उच्च शुद्धता धातु प्राप्त करना।
प्रौद्योगिकी की कई शाखाओं में, उच्च स्तर की शुद्धता की धातु प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, परमाणु रिएक्टरों को हेफ़नियम अशुद्धियों के बिना रासायनिक रूप से शुद्ध जिरकोनियम की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग को जर्मेनियम की आवश्यकता होती है, जिसमें प्रति मिलियन जर्मेनियम परमाणुओं में एक से अधिक फास्फोरस, आर्सेनिक, या सुरमा परमाणु नहीं होना चाहिए। शुद्ध अवस्था में धातुओं के अध्ययन से पता चला है कि उनके गुणों के बारे में एक बार मौजूदा विचार गलत हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, शुद्ध टाइटेनियम, क्रोमियम इतना नमनीय निकला कि उन्हें जाली बनाया जा सकता है, पतली चादरों में घुमाया जा सकता है, आदि। उच्च शुद्धता वाला एल्यूमीनियम नरम होता है, जैसे सीसा, और इसकी विद्युत चालकता बहुत अधिक होती है।
इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा शुद्ध धातु प्राप्त की जा सकती है, लेकिन उनकी शुद्धता की डिग्री पर्याप्त उच्च नहीं है, इसलिए उच्च शुद्धता वाली धातु प्राप्त करने के लिए - विशेष शुद्धता, विशेष विधियों का उपयोग किया जाता है:
निर्वात में पिघलना (उच्च आवृत्ति लिथियम, क्षारीय पृथ्वी धातु, क्रोमियम, मैंगनीज, बेरिलियम प्राप्त होते हैं);
एक गर्म सतह पर वाष्पशील यौगिकों का अपघटन (उच्च शुद्धता टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, क्रोमियम, टैंटलम, नाइओबियम, सिलिकॉन, आदि प्राप्त होते हैं);
तथाकथित "ज़ोन मेल्टिंग" (जर्मेनियम, सिलिकॉन, टिन, एल्यूमीनियम, बिस्मथ और गैलियम प्राप्त करें) का उपयोग।
ज़ोन मेल्टिंग शुद्ध होने वाली धातु के ठोस और तरल चरणों में अशुद्धियों की विभिन्न घुलनशीलता पर आधारित है। धातु पिंड के साथ एक विशेष आकार की एक नाव या क्रूसिबल को भट्टी के माध्यम से बहुत धीमी गति (कई मिमी प्रति घंटा) पर ले जाया जाता है। इस मामले में, धातु का एक छोटा क्षेत्र (क्षेत्र) पिघल जाता है। जैसे ही क्रूसिबल आगे बढ़ता है, लिक्विड मेटल ज़ोन पिंड के एक सिरे से दूसरे सिरे तक जाता है। धातु में निहित अशुद्धियाँ पिघलने वाले क्षेत्र में एकत्रित होती हैं, इसके साथ चलती हैं, और पिघलने के पूरा होने के बाद, वे पिंड के अंत में समाप्त हो जाती हैं। ऑपरेशन के एकाधिक दोहराव से उच्च शुद्धता की धातु प्राप्त करना संभव हो जाता है।
"भौतिक-रासायनिक विश्लेषण" विषय के अतिरिक्त
कई काम निक। शिमोन। कुर्नकोव ने धातु मिश्र धातुओं की प्रकृति को स्पष्ट करने पर मिश्र धातुओं के जमने के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं की समझ को स्पष्टता प्रदान की। विशेष रूप से, मिश्र धातुओं के अध्ययन में, रासायनिक यौगिकों की खोज की गई, जिनकी संरचना एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकती है। ये यौगिक, जिनकी रचना व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है, फ्रांसीसी रसायनज्ञ बर्थोलेट के बाद कुर्नकोव ने बर्थोलाइड्स कहा, जिन्होंने अपने अस्तित्व को स्वीकार किया। जबकि स्थिर संघटन वाले यौगिकों (रचना की स्थिरता के नियम का पालन करने वाले) को डाल्टनाइड्स नाम दिया गया। स्थिर संरचना के रासायनिक यौगिक बनाने वाले घटकों का स्टोइकोमेट्रिक अनुपात केवल वाष्प अवस्था में, आणविक क्रिस्टल और तरल पदार्थों में देखा जाता है। पूर्वगामी के आधार पर, रासायनिक यौगिक क्या है, इसकी अधिक विस्तृत परिभाषा दी जा सकती है। एक रासायनिक यौगिक एक या एक से अधिक रासायनिक तत्वों के परमाणुओं से गुणात्मक रूप से अद्वितीय रासायनिक और क्रिस्टल रासायनिक संरचना के साथ, निरंतर या परिवर्तनशील संरचना का पदार्थ है।
जब धातुओं को संगलित किया जाता है, तो एक ठोस विलयन या परिवर्तनशील संघटन का एक रासायनिक यौगिक बन सकता है। ठोस समाधानों के विपरीत (समाधान और रासायनिक यौगिकों के बीच एक सामान्य बात एकरूपता और गठन के दौरान एक थर्मल प्रभाव की उपस्थिति है), चर संरचना का एक यौगिक केवल इसकी अंतर्निहित क्रिस्टल रासायनिक संरचना की विशेषता है, जो प्रारंभिक घटकों की संरचना से भिन्न होता है।
शिक्षा की दशा