Извлечение металлов из руд

Введение в металлургию

Металлы - это элементы, которые, как правило, являются твердыми, блестящими, ковкими, пластичными и хорошо проводят тепло и электричество. Но знали ли вы, что большинство металлов, используемых в нашей повседневной жизни, получают через сложный процесс, называемый металлургией? Процесс извлечения металлов из их руд и их очистки для использования называется металлургией.

Что такое руды?

Руды - это природные горные породы или минералы, из которых металлы могут быть извлечены экономически выгодно. Не все породы содержат металлы в значительных количествах. Руды обычно содержат обильные самородные металлы, такие как оксиды, сульфиды, силикаты или самородная медь. Некоторые типичные примеры руд включают:

• Гематит: Важная руда железа.
• Боксит: Основная руда алюминия.
• Халькопирит: Основная руда меди.

Этапы металлургии

Металлургия обычно включает три основных этапа:

1. Концентрация руды (или обогащение руды): Это начальная стадия металлургии, в которой руда извлекается из земли и концентрируется для увеличения процента содержания металла. Этот процесс может включать дробление руды, а затем использование различных методов, таких как гравитационное разделение, магнитное разделение, флотация и др.
2. Перевод концентрированной руды в металл: Концентрированная руда затем превращается в настоящий металл, что является основным этапом извлечения металлов. Это может быть через обжиг, кальцинирование или химическое восстановление.
3. Очистка металла: Неочищенный металл, полученный в результате вышеуказанного процесса, является загрязненным, и очистка проводится для удаления этих примесей и получения чистого металла. Распространенные методы включают электролитическую очистку, зонную очистку и очистку в паровой фазе.

Концентрация руды

Концентрация руды - это критический шаг, который гарантирует, что руда чистая и достаточно сконцентрирована для эффективного извлечения металла. Это включает разделение ценных металлических минералов от пустой породы или пустой породы.

Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

Методы концентрации

Давайте обсудим некоторые общие методы концентрации:

• Гравитационное разделение: Этот метод применим, когда частицы руды тяжелее матрицы или пустой породы.
• Флотация: Используется для сульфидных руд, руда смешивается с водой для получения суспензии, и через суспензию проходят воздушные пузыри, вызывая всплытие нужных минералов.
• Магнитное разделение: Этот метод используется, когда руда или примеси магнитные.

Перевод концентрированной руды в металл

Концентрированная руда подвергается различным процессам для извлечения металла. Давайте посмотрим на некоторые из этих методов:

• Обжиг: Это процесс, в котором руда нагревается в присутствии кислорода, который удаляет влагу и летучие примеси.

  2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO 2

• Кальцинирование: Проводится на сильном нагреве руды в отсутствие или ограниченном поступлении воздуха, что приводит к разложению карбонатной руды.

  CaCO 3 → CaO + CO 2

• Восстановление: Этот процесс включает химическое превращение оксида металла в металл с использованием восстановителя, такого как углерод, водород или другие активные металлы.

  Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2

Очистка металла

Наконец, металл, извлеченный из руды, очищается для получения металла высокой чистоты. Процесс очистки зависит от природы металла и его использования в обществе.

Распространенные методы очистки

• Электролитическая очистка: Неочищенный металл становится анодом, а чистый металл - катодом. Когда через электролит проходит электрический ток, чистый металл осаждается на катоде.

  Cu 2+ + 2e - → Cu

• Зонная очистка: Используется для очистки металлов, содержащих примеси с низкой температурой плавления; нагреватель перемещается вдоль стержня из неочищенного металла, плавя его и унося с собой примеси.
• Очистка в паровой фазе: Метод, в котором неочищенный металл превращается в свое летучее соединение, а затем разлагается для получения чистого металла.

  TiCl 4 + 2Mg → 2MgCl 2 + Ti

Заключение

Извлечение металлов из руд - это увлекательный путь химии и инженерии, который превращает горные породы в ценные ресурсы. Понимание основных процессов металлургии не только объясняет, как металлы подготавливаются к производству, но и проливает свет на важные этапы человеческого прогресса и технологического развития на протяжении всей истории.

Комментарии