วิธีการประมวลผลแร่โดยอาศัยปฏิกิริยาเคมี ไพโรเมทัลโลหกรรม - วิธีการประมวลผลแร่โดยใช้สารเคมี
โลหะส่วนใหญ่พบได้ในธรรมชาติในรูปของสารประกอบร่วมกับธาตุอื่น มีโลหะเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่พบในสถานะอิสระ จากนั้นจึงเรียกว่าเป็นโลหะพื้นเมือง ทองคำและแพลตตินัมพบได้เฉพาะในรูปแบบพื้นเมืองเท่านั้น และเงินและทองแดง - บางส่วน บางครั้งอาจพบสารปรอทพื้นเมืองและโลหะอื่นๆ บางชนิดด้วย
ทองคำและแพลทินัมถูกสกัดโดยการแยกพวกมันออกจากหินที่บรรจุอยู่โดยกลไก เช่น โดยการล้างด้วยน้ำ หรือโดยการแยกพวกมันออกจากหินโดยใช้รีเอเจนต์ต่างๆ แล้วแยกพวกมันออกจากสารละลาย โลหะอื่นๆ ทั้งหมดถูกสกัดโดยกระบวนการทางเคมีของสารประกอบธรรมชาติ
แร่ธาตุและหินที่ประกอบด้วยสารประกอบโลหะและเหมาะสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมของโลหะเหล่านี้เรียกว่า แร่หลักประกอบด้วยโลหะออกไซด์ ซัลไฟด์ และคาร์บอเนต การสกัดโลหะจากแร่เป็นงานของโลหะวิทยาซึ่งเป็นหนึ่งในสาขาที่เก่าแก่ที่สุดของอุตสาหกรรมเคมี กระบวนการทางโลหะวิทยาที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเรียกว่า pyrometallurgical ตัวอย่างเช่น เหล็กหล่อและเหล็กกล้าผลิตโดยกระบวนการไพโรเมทัลโลจิคัล
วิธีที่สำคัญที่สุดในการรับโลหะจากโลหะนั้นขึ้นอยู่กับการลดออกไซด์ของโลหะด้วยถ่านหินหรือ CO ตัวอย่างเช่นหากคุณผสมแร่ทองแดงสีแดงกับถ่านหินและให้ความร้อนจากนั้นถ่านหินที่ลดทองแดงจะกลายเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) และทองแดงจะถูกปล่อยออกมาในสถานะหลอมเหลว:
เหล็กหมูถูกหลอมโดยการลดแร่เหล็กด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์
เมื่อแปรรูปแร่ซัลไฟด์ ซัลไฟด์จะถูกแปลงเป็นออกไซด์ก่อนโดยการเผาในเตาเผาแบบพิเศษ จากนั้นออกไซด์ที่ได้จะลดลงด้วยถ่านหิน ตัวอย่างเช่น:
นอกเหนือจากวิธีการไพโรเมทัลโลจิคัลแล้ว ยังใช้วิธีการไฮโดรเมทัลโลจิคัลในการสกัดโลหะอีกด้วย พวกมันเป็นตัวแทนของการสกัดโลหะจากแร่ในรูปของสารประกอบด้วยสารละลายที่เป็นน้ำของรีเอเจนต์ต่างๆ ตามด้วยการแยกโลหะออกจากสารละลาย ตัวอย่างเช่น ทองคำได้มาโดยวิธีไฮโดรเมทัลโลหกรรม (ดูมาตรา 202)
แร่มักเป็นกลุ่มของแร่ธาตุ แร่ธาตุที่มีโลหะที่สกัดได้เรียกว่าแร่แร่ ส่วนแร่อื่นๆ ทั้งหมดเรียกว่าหิน gangue หลังส่วนใหญ่มักประกอบด้วยทราย ดินเหนียว หินปูน ซึ่งละลายได้ยาก เพื่ออำนวยความสะดวกในการถลุงโลหะ จึงมีการเติมสารพิเศษ - ฟลักซ์ - ลงในแร่ ฟลักซ์ก่อตัวเป็นสารประกอบที่หลอมละลายได้โดยมีสารหินเหลือทิ้ง - ตะกรันซึ่งมักจะสะสมบนพื้นผิวของโลหะหลอมเหลวและถูกกำจัดออก หากเศษหินประกอบด้วยหินปูน ทรายจะถูกใช้เป็นฟลักซ์ สำหรับแร่ที่มีทรายจำนวนมาก หินปูนจะถูกใช้เป็นฟลักซ์ ในทั้งสองกรณี แคลเซียมซิลิเกตจะเกิดขึ้นเป็นตะกรัน เนื่องจากทรายประกอบด้วยซิลิกาเป็นส่วนใหญ่
ในแร่หลายชนิด ปริมาณของเสียหินมีมากจนการถลุงโลหะโดยตรงจากแร่ดังกล่าวไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจ แร่ดังกล่าวได้รับการเสริมสมรรถนะไว้ล่วงหน้า - ส่วนหนึ่งของหินเสียจะถูกแยกออกจากพวกมัน ปริมาณแร่แร่จะเพิ่มขึ้นในความเข้มข้นที่เหลือ
มีหลายวิธีในการรับประโยชน์จากแร่ วิธีการที่ใช้กันมากที่สุดคือวิธีลอยอยู่ในน้ำ วิธีแรงโน้มถ่วง และวิธีแม่เหล็ก
วิธีการลอยอยู่ในน้ำนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถในการเปียกของพื้นผิวแร่ธาตุด้วยน้ำที่แตกต่างกัน แร่บดละเอียดจะได้รับการบำบัดด้วยน้ำโดยเติมสารรีเอเจนต์ที่ลอยอยู่ในน้ำจำนวนเล็กน้อย ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแตกต่างในความสามารถในการเปียกน้ำระหว่างอนุภาคของแร่แร่และหินเสีย อากาศถูกเป่าอย่างแรงผ่านส่วนผสมที่เกิดขึ้น ในเวลาเดียวกัน ฟองของมันก็จะเกาะติดกับเม็ดแร่ธาตุที่เปียกน้อยกว่า แร่ธาตุเหล่านี้ถูกพัดพาไปตามฟองอากาศสู่พื้นผิวและถูกแยกออกจากกัน
การเพิ่มแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความหนาแน่น และเป็นผลให้ความเร็วของการตกของเมล็ดแร่ในของเหลว
วิธีการแม่เหล็กขึ้นอยู่กับการแยกแร่ธาตุตามคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
โลหะบางชนิดไม่สามารถรับได้โดยการลดออกไซด์ของพวกมันด้วยคาร์บอนหรือ CO ตัวอย่างเช่น ลองคำนวณพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของปฏิกิริยารีดักชันโครเมียม:
การใช้โต๊ะ. 7 (หน้า 194) เราพบว่าที่ไหน . ค่าผลลัพธ์จะเป็นค่าบวก นี่แสดงให้เห็นว่าที่ความเข้มข้นมาตรฐานของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาจะไม่ดำเนินไปในทิศทางที่เราสนใจ ค่าสัมบูรณ์ที่เป็นบวกและมากบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาไม่ได้ดำเนินไปในทิศทางของการลดลงของโลหะไม่เพียงแต่ภายใต้สภาวะมาตรฐานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงที่อุณหภูมิและความเข้มข้นที่แตกต่างจากมาตรฐานอย่างเห็นได้ชัดด้วย
สำหรับโลหะที่ไม่ได้ถูกรีดิวซ์ด้วยถ่านหินหรือคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) จะใช้สารรีดิวซ์ที่แรงกว่า: ไฮโดรเจน, แมกนีเซียม, อลูมิเนียม, ซิลิคอน การลดลงของโลหะจากออกไซด์โดยใช้โลหะอื่นเรียกว่าโลหะโลเทอร์มี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากใช้อะลูมิเนียมเป็นตัวรีดิวซ์ กระบวนการนี้เรียกว่าอะลูมิเนียมอุณหภูมิ โลหะ เช่น โครเมียม และแมงกานีสผลิตโดยอะลูมิเนียมอุณหภูมิเป็นหลัก เช่นเดียวกับรีดักชันด้วยซิลิคอน ถ้าเรานับปฏิกิริยา
แล้วเราจะได้ค่าลบ นี่แสดงให้เห็นว่าการลดลงของโครเมียมโดยอะลูมิเนียมสามารถเกิดขึ้นได้เอง
ในที่สุด โลหะที่มีออกไซด์ทนทานที่สุด (อะลูมิเนียม แมกนีเซียม และอื่นๆ) ได้มาโดยอิเล็กโทรลิซิส (ดูมาตรา 103)
“ปัญหาของการแปรรูปของเสีย” - การสกัด กระจกที่แตกสามารถใช้กับพื้นผิวถนนได้ ส่งผลให้ปริมาณตู้คอนเทนเนอร์ที่ถูกทิ้งลงหลุมฝังกลบลดลง 75-80% เป็นผลให้ได้รับปุ๋ยอินทรีย์ที่มีคุณค่า - ปุ๋ยหมักมูลไส้เดือน กระจก. พลาสติก. ปัญหาสิ่งแวดล้อมของระบบขนส่งระหว่างประเทศ ขวดพลาสติกสามารถนำมาใช้ทำขวดใหม่ได้
“คุณสมบัติทางเคมี” - เลขคาบแสดงจำนวนระดับพลังงานในอะตอม คุณสมบัติทางเคมีของกรด แต่ละกลุ่มประกอบด้วย 2 กลุ่มย่อย - หลักและรอง ระบบธาตุของเมนเดเลเยฟเป็นการแสดงกฎธาตุเป็นภาพกราฟิก ปรากฏการณ์ทางเคมี (ปฏิกิริยาเคมี) เบสที่ไม่ละลายน้ำ A = N + P องค์ประกอบทางเคมีคืออะตอมประเภทหนึ่งที่มีประจุนิวเคลียร์จำนวนหนึ่ง
“ผลิตภัณฑ์เคมี” - เครื่องสำอาง หางไม่ชอบน้ำ โฆษณาผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดและผงซักฟอก สบู่และผงซักฟอก โฆษณาผลิตภัณฑ์ดูแลผิวและเส้นผม โมเลกุลของผงซักฟอก (detergents) โมเลกุลของน้ำ สบู่ เกลือของกรดไขมันสูง รวมถึงกรดแนฟเทนิกและเรซิน สารเคมีในชีวิตประจำวัน
"อุบัติเหตุทางเคมี" - อุบัติเหตุทางเคมี หากติดเชื้อแอมโมเนีย คุณจะต้องหลบภัยในห้องใต้ดินและชั้นใต้ดิน สารเคมีอันตรายฉุกเฉิน มาตรการป้องกันสารเคมีของประชากร: สารเคมีอันตราย. อุบัติเหตุในสถานที่อันตรายทางเคมี การดำเนินการกับสัญญาณในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุทางเคมี กรณีมีการปนเปื้อนคลอรีนและฟอสจีนจำเป็นต้องขึ้นไปชั้นบนของอาคาร
“น้ำมันและการแปรรูป” - ห้องปฏิบัติการเสมือนจริง ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารในอากาศคือ 1.03 ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของแข็งและก๊าซจะถูกละลายในส่วนที่เป็นของเหลวของน้ำมัน ได้มาซึ่งสูตรของสาร อย่างไรก็ตามน้ำมันที่ได้รับด้วยวิธีนี้ยังไม่เพียงพออย่างสมบูรณ์ น้ำมันได้รับการประมวลผลโดยการกลั่นและการแตกร้าว การแตกร้าวที่อุณหภูมิสูงเรียกว่าไพโรไลซิส
“คุณสมบัติของเส้นใยเคมี” - กระบวนการทางเทคโนโลยีในการผลิตเส้นใยเคมี ขั้นตอนการสร้างเส้นใยเคมี การจำแนกประเภทของเส้นใยธรรมชาติตามแหล่งกำเนิด เส้นใยเคมี - เส้นใยที่เกิดจากโพลีเมอร์ธรรมชาติอินทรีย์ (เส้นใยเทียม) หรือโพลีเมอร์สังเคราะห์ (เส้นใยสังเคราะห์) ขั้นตอนแรกคือการผลิตสารละลายแบบปั่นหรือละลาย
วิธีการรับโลหะมักแบ่งออกเป็นสามประเภท:
- pyrometallurgical (ลดลงที่อุณหภูมิสูง);
- ไฮโดรเมทัลโลหการ (การลดเกลือในสารละลาย);
- ไฟฟ้าโลหะวิทยา (อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายหรือละลาย)
ได้รับทางไพโรเมทัลโลหกรรม(วิธีการสกัดโลหะจากแร่ภายใต้อุณหภูมิสูง แร่ออกไซด์และออกไซด์จะลดลงด้วยถ่านหิน คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) โลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น (อลูมิเนียม แมกนีเซียม)): เหล็กหล่อ เหล็ก ทองแดง ตะกั่ว นิกเกิล โครเมียม และโลหะอื่นๆ
FeO + C -> Fe + CO
Fe2O3 + 2Al -> 2Fe + Al2O3
ได้รับทางไฮโดรเมทัลโลหกรรม(วิธีการรับโลหะตามปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสารละลาย ) : ทอง สังกะสี นิกเกิล และโลหะอื่นๆ บางชนิด
CuSO4 + เฟ –> FeSO4 + Cu
ได้รับทางไฟฟ้าโลหะวิทยา(การแยกโลหะออกจากเกลือและออกไซด์ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า ) : โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท อะลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะอื่นๆ
เมื่อพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตสารเคมี กฎของอุณหพลศาสตร์ จลนศาสตร์ วิศวกรรมความร้อน การวิเคราะห์ทางกายภาพและเคมี ฯลฯ ก็จะถูกนำมาพิจารณาด้วย หากปฏิกิริยาย้อนกลับได้ ให้ทา หลักการของเลอ ชาเตอลิเยร์:
หากระบบในสภาวะสมดุลได้รับอิทธิพลจากภายนอก ความสมดุลในระบบจะเปลี่ยนไปสู่ปฏิกิริยา (โดยตรงหรือย้อนกลับ) ซึ่งนำไปสู่การชดเชยบางส่วนของอิทธิพลนี้
วิธีการทางเคมียังใช้ในการบำบัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเคมีให้บริสุทธิ์อีกด้วย
วิธีการทั่วไปในการรับโลหะ
1. การลดปริมาณโลหะจากออกไซด์ด้วยถ่านหินหรือคาร์บอนมอนอกไซด์
ฉัน x O y + C = CO 2 + ฉัน
ฉัน x O y + C = CO + ฉัน
ฉัน x O y + CO = CO 2 + ฉัน
ตัวอย่างเช่น,
ZnO y + C t = CO + Zn
เฟ 3 O 4 + 4CO เสื้อ = 4CO 2 + 3เฟ
มก + ค ที= มก + บจก
2. การคั่วซัลไฟด์ตามด้วยการรีดักชัน (หากโลหะอยู่ในแร่ในรูปของเกลือหรือเบสโลหะนั้นจะถูกแปลงเป็นออกไซด์ก่อน)
1 เวที– ฉัน x S y +O 2 = ฉัน x O y +SO 2
2 เวที- ฉัน x O y + C = CO 2 + ฉันหรือฉัน x O y + CO = CO 2 + ฉัน
ตัวอย่างเช่น,
2 สังกะสี + 3 โอ 2 ที= 2 สังกะสีโอ + 2 ดังนั้น 2
MgCO 3 t = MgO + CO 2
3 อลูมิโนเทอร์มี (ในกรณีที่ไม่สามารถลดด้วยถ่านหินหรือคาร์บอนมอนอกไซด์ได้เนื่องจากการสะสมของคาร์ไบด์หรือไฮไดรด์)
ฉัน x O y + อัล = อัล 2 O 3 + ฉัน
ตัวอย่างเช่น,
4SrO + 2Al t = ซีอาร์(AlO 2) 2 + 3ซีอาร์
3MnO 2 + 4Al เสื้อ = 3Mn + 2Al 2 O 3
2 อัล + 3 เบ้า ที= 3 บ + อัล 2 โอ 3 (ได้แบเรียมที่มีความบริสุทธิ์สูง)
4. ไฮโดรเทอร์มี - สำหรับการผลิตโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง
ฉัน x O y + H 2 = H 2 O + ฉัน
ตัวอย่างเช่น,
WO 3 + 3H 2 t = W + 3H 2 O
หมู่ 3 + 3H 2 เสื้อ = โม + 3H 2 โอ
5. การลดปริมาณโลหะด้วยกระแสไฟฟ้า (อิเล็กโทรไลซิส)
ก) โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ ที่ได้จากอุตสาหกรรมด้วยกระแสไฟฟ้า เกลือหลอมเหลว (คลอไรด์):
2 โซเดียมคลอไรด์ – ละลายด้วยไฟฟ้า ปัจจุบัน. → 2นา+Cl2
CaCl2 – ละลายด้วยไฟฟ้า ปัจจุบัน. Ca+Cl2
ไฮดรอกไซด์ละลาย:
4 นาโอห์ – ละลายด้วยไฟฟ้า ปัจจุบัน. → 4นา + O 2 + 2 H 2 O (!!! ใช้เป็นครั้งคราวเพื่อ นา)
ข) อลูมิเนียม ในอุตสาหกรรมจะได้มาจากกระแสไฟฟ้า อลูมิเนียมออกไซด์ละลาย ในไครโอไลท์ Na 3 AlF 6 (จากอะลูมิเนียม):
2 อัล 2 โอ 3 – ละลายในไครโอไลท์, อิเล็กโทร. ปัจจุบัน. → 4อัล + 3 O 2
ใน) อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือในน้ำ ใช้ เพื่อให้ได้โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางและไม่ได้ใช้งาน:
2 CuSO 4 +2 H 2 O – สารละลาย, ไฟฟ้า. ปัจจุบัน. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4 3