Виды металлургии химия таблица

Общие способы получения металлов

Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.

Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:

Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.

В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:

Пирометаллургия

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово восстанавливают из касситерита SnО₂, а медь — из куприта Cu₂O

прокаливанием с углем (коксом):

SnО₂+ 2С = Sn + 2СО ↑; Cu₂O + С = 2Cu+ СО ↑

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

2ZnS + 30₂ = 2ZnО + 2SO₂ ↑; ZnО + С = Zn + СО ↑
сфалерит (цинковая обманка)

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

FeСO3 = FеО + СO₂ ↑ ; FеО + С = Fе + СО ↑
сидерит (шпатовый железняк)

Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:

К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.

2) TiO₂+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида

которого очень велика (2А1 + 1,5 O₂ = Аl₂O₃ + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:

где Q₁— теплота образования продукта, Q₂ -теплота образования исходного вещества.

Доменный процесс (производство чугуна):
C + O₂ = CO₂, CO₂ + C ↔ 2CO
3Fe₂O₃ + CO = 2(Fe 2 Fe 3 ₂)O₄+ CO₂
(Fe 2 Fe 3 ₂)O₄+ CO= 3FeO + CO₂
FeO + CO= Fe + CO₂
(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe₃C);

Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO₂, SO₂), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca₃(PO₄)₂ и CaSiO₃. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Гидрометаллургия

Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.

Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:

Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.

Электрометаллургия

Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.

Примеры:
а) NaCl (электролиз расплава) → 2Na + Cl₂

4.2.1. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов.

Металлургия — это комплексная отрасль промышленности, которая занимается производством металлов.

Поскольку большинство металлов в природе существует в виде различных соединений, то химическая суть металлургических процессов заключается в восстановлении металлов:

В зависимости от того, какой используется восстановитель и каковы условия, при которых проводят процессы восстановления различают пиро-, гидро-, электро- и биометаллургию.

Пирометаллургия (от греч. огонь и металлургия) представляет собой все химические способы восстановления металлов из руд, осуществляемые с применением высоких температур.

В качестве восстановителей в пирометаллургии используют уголь (кокс), оксид углерода (II), водород, активные металлы, кремний.

Оксидные руды чаще всего восстанавливают коксом или оксидом углерода (II) — этот процесс носит название карботермия:

Для извлечения металлов пирометаллургическим способом из сульфидных руд их сначала подвергают предварительному отжигу:

А затем, полученный оксид восстанавливают коксом:

Тугоплавкие металлы, например, молибден и вольфрам, восстанавливают водородом:

Если восстановителями химически активные металлы, то этот пирометаллургический способ называют металлотермия. В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. Способ металлотермии позволяет восстанавливать металлы не только из оксидов, но и с галогенидов:

Известен способ восстановления металлов кремнием, называемый силикотермией:

Гидрометаллургия представляет собой метод получения металлов, заклющийся в преобразовании природных соединений металлов в растворимую форму с последующим восстановлением металла из раствора. О возможности применения гидрометаллургических процессов для извлечения металлов еще в 1763 г.. Говорил М. В. Ломоносов. Гидрометаллургического способами добывают благородные (золото, серебро, платину), цветные (медь, никель, цинк, кобальт), редкие (цирконий, гафний, тантал) и другие металлы:

К преимуществам данного способа относится возможность его использования для получения металлов при их малом содержании в руде, которую невозможно перерабатывать обычными способами; снижение во многих случаях загрязнения окружающей среды, например, при обжиге сульфидных руд.

Электрометаллургия — это способ получения металлов с применением электрического тока — электролиза. Электролизом расплавов получают самые активные металлы (от лития до марганца в ряду активности), электролизом водных растворов — менее активные (Zn, Cu, Ni, Cr и т.д.).

Биометалургия основана на биохимических процессах, протекающих при использовании микроорганизмов. Известно, что микроорганизмы типа литотрофы (с лат. – «поедающие камни») могут преобразовывать нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты. Сейчас с применением микроорганизмов добывают медь (в США данный метод достигает 10% от общего ее производства), уран, рений, серебро, никель, свинец, а также некоторые редкие металлы.

Виды металлургии химия таблица

ХиМуЛя.com

Владельцы сайта

• Галина Пчёлкина

Урок №53. Понятие о металлургии. Способы получения металлов. Сплавы (сталь, чугун, дюралюминий, бронза). Проблема безотходных производств в металлургии и охрана окружающей среды.

Природные соединения металлов

Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в виде сложного вещества.

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)

2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов ( Fe ₃ O ₄ , FeS ₂ )

3. Благородные – в свободном виде ( Au , Pt , Ag )

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот или оксидов:

• хлоридов – сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;
• нитратов – чилийская селитра NaNO₃;
• сульфатов – глауберова соль Na₂SO₄ · 10 H₂O, гипс CaSO₄ • 2Н₂О;
• карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃ • MgCO₃;
• сульфидов – серный колчедан FeS₂, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
• фосфатов – фосфориты, апатиты Ca ₃(PO₄)₂ ;
• оксидов – магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк Fe₂O₃ • Н₂О.

Ещё в середине II тысячелетия до н. э. в Египте было освоено получение железа из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.

Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов.

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

Ме + n + ne — → Me 0

I . П ирометаллургический способ

Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических — кокс, оксид углерода (II), водород; металлических — алюминий, магний, кальций и другие металлы.

1. Получение меди из оксида с помощью водорода – Водородотермия :

2. Получение железа из оксида с помощью алюминия – Алюмотермия:

Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:

3Fe₂ O₃ + H₂ = 2Fe₃ O₄ + H₂O или 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

II . Гидрометаллургический способ

Способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным.

Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

2 стадия – проводят реакцию замещения более активным металлом

III . Электрометаллургический способ

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза).

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

2NaCl эл.ток → 2Na + Cl₂

IV . Термическое разложение соединений

Например, получение железа:

Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-200 0 , образуя пентакарбонил:

Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 250 0 карбонил разлагается, образуя порошок железа:

Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа.

Реакции, лежащие в основе получения металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением

3. Алюминотермия (восстановление более активным металлом)

Виды металлургии химия таблица

Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.

Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:

Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.

В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:

Пирометаллургия

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово восстанавливают из касситерита SnО₂, а медь — из куприта Cu₂O

прокаливанием с углем (коксом):

SnО₂+ 2С = Sn + 2СО ↑; Cu₂O + С = 2Cu+ СО ↑

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

2ZnS + 30₂ = 2ZnО + 2SO₂ ↑; ZnО + С = Zn + СО ↑
сфалерит (цинковая обманка)

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

FeСO3 = FеО + СO₂ ↑ ; FеО + С = Fе + СО ↑
сидерит (шпатовый железняк)

Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:

К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.

2) TiO₂+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида

которого очень велика (2А1 + 1,5 O₂ = Аl₂O₃ + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:

где Q₁— теплота образования продукта, Q₂ -теплота образования исходного вещества.

Доменный процесс (производство чугуна):
C + O₂ = CO₂, CO₂ + C ↔ 2CO
3Fe₂O₃ + CO = 2(Fe 2 Fe 3 ₂)O₄+ CO₂
(Fe 2 Fe 3 ₂)O₄+ CO= 3FeO + CO₂
FeO + CO= Fe + CO₂
(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe₃C);

Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO₂, SO₂), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca₃(PO₄)₂ и CaSiO₃. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Гидрометаллургия

Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.

Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:

Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.

Электрометаллургия

Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.

Примеры:
а) NaCl (электролиз расплава) → 2Na + Cl₂

Класс:

• Обобщить и систематизировать знания учащихся об особенностях получении металлов и их географии; научных принципах производства металлов и сплавов; о природных соединениях железа и цветных металлов как основе черной и цветной металлургии.
• Углубить знания учащихся, полученные из курсов химии и географии в целом, о магматических и осадочных горных породах, о комплексном использовании сырья, о продукции предприятий металлургического комплекса; о защите окружающей среды от отходов предприятий металлургической промышленности.
• Продолжить формирование навыков самостоятельной работы учащихся с учебником, научно-популярной литературой. Развивать познавательную активность учащихся, способствовать выработке навыков наблюдения, умения делать выводы.

Оборудование: Коллекции “Горные породы”, “Металлы”, электролизер, кислородный конвектор, карты-атласы, набор химических элементов, экономическая карта России. Схемы: “Продукция металлургической промышленности”, “Металлургический комплекс”, “Набор химических элементов”. Выставка книг, газет по теме урока.

Вводное слово учителя географии:

Тема сегодняшнего урока “Металлургия и способы получения металлов”.

Цель урока – Обобщить и систематизировать знания об особенностях получения металлов и их географии, научных принципах производства металлов и сплавов и значения их для народного хозяйства страны.

Вся история человечества неразрывно связана с использованием металлов. Не случайно важнейшие этапы в развитии человеческого общества получили название по применению металлов: медный, бронзовый, железный. Металл нужен всюду. Металл – это машины, каркасы промышленных корпусов, мостов, плотин, электростанций. Металл – это трубы газонефтепроводов. Для развития металлургии наша страна практически обеспечена сырьем.

Учитель химии: Ребята, давайте вспомним, в каком виде встречаются металлы в природе (ответ: в самородном виде Au, Ag, Cu, в виде руд, оксидов, сульфидов и др.). А теперь, ребята, вспомним лабораторную работу по теме “Металлы в природе”. В тетрадях записываем число, тему урока и тему лабораторного опыта.

Цель опыта: рассмотреть важнейшие руды, используемые для получения чугуна и стали, цветных металлов, записать формулы и отметить внешние признаки.

Оформляем работу в виде таблицы.

Серый, металлический блеск

Серый, металлический блеск

Какой можно сделать вывод по работе?

Вывод: металлы входят в состав руды в виде оксидов, сульфидов, и других соединений.

Среди металлов самый славный
Важнейший древний элемент.
В тяжелой индустрии главный,
Знаком с ним школьник и студент,
Родится в огненной стихии,
Расплав его течет рекой,
Важнее нет в металлургии —
Он нужен всей стране родной
Ребята, вспомните, какую вы знаете металлургию?

Сообщение о черной металлургии.

К черным металлам относятся: железо, марганец и хром. Металлургия черная включает весь процесс производства металлов: добычу и подготовку руд, топлива, выпуск металла, производство вспомогательных материалов (огнеупоров, кислорода и т.п.). Поэтому в металлургическом производстве широко развито комбинирование, т.е. объединение на одном предприятии (комбинате) несколько технологически и экономически связанных между собой производств различных отраслей. По выплавке черных металлов в докризисные времена наша страна занимала ведущие места в мире. В последние 10 лет производство стало значительно сокращаться. Российская Федерация обладает значительными запасами железных руд: Центрально-черноземный, Северный, Восточно-Сибирский районы. Незначительное количество руды добывается в Западной Сибири. Общие запасы оцениваются в 55 млрд. тонн. По запасам марганца и хрома РФ отстает от Украины и Казахстана. Размещение большинства предприятий полного цикла ориентируются на источники сырья и на источники топлива (кокса). Самый крупный производитель черных металлов Уральский экономический район, он дает 40% стали и проката страны. Так как выплавка черных металлов — производство материалоемкое, металлургические заводы полного цикла размещаются в основном в районах добычи железной руды или коксующегося угля, или между ними. Значительное количество стали выплавляется в настоящее время из металлического лома (более дешевый и качественный способ выплавки стали – в 12-15 раз дешевле, чем из железной руды). Это электросталеплавление. Металлургические предприятия, производящие специальные сорта стали и ферросплавы, потребляют большое количество электроэнергии и поэтому размещаются не только вблизи источников сырья, но и в районах производства дешевой электроэнергии.

Особую роль для страны играет череповецкий комбинат (“Северсталь”), это крупнейшее предприятие черной металлургии в Северном экономическом районе и в России.

Важнейшие задачи дальнейшего развития черной металлургии в РФ – обновление производственных мощностей, освоение новых технологических процессов и оборудования для выплавки стали.

Учитель химии: черная металлургия – это получение чугуна, стали, а что же получает цветная металлургия?

Сообщение о цветной металлургии.

Цветная металлургия Российской Федерации производит разнообразные по физическим и химическим свойствам конструкционные материалы. В состав этой отрасли тяжелой промышленности входят медная, свинцово-цинковая, никель-кобальтовая, алюминиевая, титано-магниевая, вольфрамо-молибденовая, а также благородных и редких металлов. По стадиям технологических процессов цветная металлургия делится на добычу и обогащение сырья, металлургический передел и обработку цветных металлов. Низкое содержание металла в рудах цветных металлов требует обязательного их обогащения (флотационным способом). Так как руды цветных металлов содержат много различных компонентов, последовательно выделяют каждый компонент (многостадийный процесс). Обогащенная руда плавится в специальных печах и превращается в так называемый черновой металл, который подвергается затем очистке от вредных примесей (рафинирование). Полученный рафинированный металл используется в виде проката разного профиля в разных отраслях промышленности. Цветные металлы подразделяются на тяжелые (медь, олово, свинец, цинк и др.), легкие (алюминий, титан, магний), драгоценные (золото, серебро, платина), редкие (вольфрам, молибден, германий).

Области использования цветных металлов: медь машиностроение, электроэнергетика и других отраслях промышленности как в чистом виде, так и в сплавах с оловом (бронза), алюминием (дюралюминий), цинком (латунь), никелем (мельхиор); свинец идет на производство аккумуляторов, кабеля, используется в атомной промышленности; олово используется для изготовления белой жести, подшипников; никель – тугоплавкий металл, получают много сплавов никеля с другими металлами; алюминий применяется в разных отраслях машиностроения: самолетостроение, электротехнике, строительстве, в производстве товаров народного потребления; магний применяется в радиотехнике, авиационной, химической, полиграфической и других отраслях; титан применяется в судостроении, а также при изготовлении реактивных двигателей, ядерных реакторов.

Велико значение благородных металлов – золота, серебра, платины. По запасам золота Россия занимает третье место в мире (по добыче Россия занимает шестое место в мире). Размещение предприятий цветной металлургии происходит под влиянием многих природных и экономических факторов, среди которых особую роль играет сырьевой фактор. Другая особенность руд тяжелых цветных металлов – их комплексность. Большое значение имеет комплексное производство сырья. Особый интерес представляет комбинирование предприятий металлургии тяжелых металлов и основной химии, например, при использовании сернистых газов в процессе производства цинка и меди. Очень важную роль в размещении предприятий по выплавке легких цветных металлов играет топливно-энергетический фактор. Сырьевой и энергетический фактор по-разному влияют на размещение предприятий отдельных отраслей цветной металлургии.

Алюминиевая промышленность – более 75% выпуска продукции приходится на долю четырех крупных алюминиевых заводов: Братского, красноярского, Саянского и Новокузнецкого.

Медная промышленность – основные месторождения медных руд находятся на Урале; здесь преобладают заводы металлургического передела над предприятиями по добыче и обогащению медных руд.

Свинцово-цинковая промышленность – выделяется северо-Кавказский, Уральский, Западно-Сибирский и Дальневосточный районы.

Никелевая промышленность – получила развитие в Северном экономическом районе, Восточной Сибири (Норильск) – на медно-никелевых рудах Талкахского месторождения.

Учитель: подведем итог и запишем.

Продукция металлургической промышленности (схема)

9 класс. Химия. Металлургия

9 класс. Химия. Металлургия

Вопросы

Задай свой вопрос по этому материалу!

Поделись с друзьями

Комментарии преподавателя

Металлургией называют технологию производства металлов и их сплавов. Сырьем для получения металлов служат руды.

Как правило, производство металла происходит в два основных этапа. Первый – предварительная подготовка сырья. Второй – восстановление самого металла из сырья.

Рассмотрим подробнее эти этапы. В процессе предварительной подготовки сырья важной стадией является обогащение руды — удаление примеси пустой породы (например, кварца, полевого шпата и др.). После обогащения в руде увеличивается содержание полезного компонента.

Чтобы очистить руду от пустой породы, используют физические методы разделения смесей веществ, основанные на различии свойств компонентов смеси. При обогащении железной руды магнетит (Fe3O4) отделяют от пустой породы с помощью магнита.

Некоторые руды можно обогащать с помощью метода флотации, основанного на различии в смачиваемости полезного компонента руды и пустой породы.

Многие металлы встречаются в природе в виде сульфидных руд. Тогда на первом этапе такое сырье подвергают обжигу. Например, при обжиге железного колчедана образуются оксид железа (II), который поступает на следующий этап производства, и диоксид серы:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

На втором этапе проводят окислительно-восстановительную реакцию, в результате которой образуется металл. В качестве восстановителя используют уголь (кокс), монооксид углерода (СО) и водород. В некоторых случаях восстановление проводят путем электролиза.

Рассмотрим несколько примеров металлургических производств. Металлургию подразделяют на черную – производство железа и его сплавов – и цветную – производство остальных металлов.

Черная металлургия долгое время содержала в себе два последовательных производства. Сначала из железной руды получали чугун, а затем из чугуна – сталь. Чугун производят в доменных печах. Восстановление железа осуществляется углеродом и монооксидом углерода. Суть этих превращений можно выразить следующими уравнениями реакций:

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Выплавляемый металл насыщается углеродом и образуется сплав железа с углеродом – чугун. Большая часть произведенного чугуна используется на получение стали. Сталь содержит менее 2% углерода и существенно меньше, чем в чугуне, примесей серы, азота и фосфора. Поэтому необходимо выжечь углерод и примеси, а окисленное железо восстановить.

Долгое время сталь варили в мартеновских печах. В настоящее время они практически не используются из-за низкой производительности. Большую производительность имеют кислородные конвертеры и электропечи.

Рис. 1. Производство стали в кислородном конверторе

В настоящее время применяют технологию прямого восстановления железа из руды, минуя стадию получения чугуна. Подготовленное сырье нагревается в атмосфере смеси водорода и монооксида углерода. В результате образуется железный порошок, из которого можно получать любой необходимый сплав.

Производство алюминия относится к цветной металлургии. На одном из предыдущих уроков вы узнали, что современный способ восстановления алюминия, который позволил получать его в больших объемах, был открыт в конце 19 века. До этого времени алюминий ценился выше, чем серебро и золото. Этот метод заключается в получении алюминия путем электролиза расплава оксида алюминия в криолите.

На первом этапе данного производства из руды получают чистый оксид алюминия. На втором этапе проводят восстановление алюминия путем электролиза расплав оксид алюминия в криолите (который значительно понижает его температуру плавления). В расплаве происходит диссоциация оксида алюминия:

Al2O3 = 2Al3+ + 3O2-

Ионы алюминия подходят к катоду, на котором алюминий восстанавливается:

А на аноде образуется кислород.

Производство металлов вызывает много экологических проблем. В атмосферу при несоблюдении определенных норм выделяются оксиды серы, пыль и другие вредные примеси. В настоящее время стараются свести к минимуму отрицательное влияние производства на окружающую среду.

Урок по теме «Общие способы получения металлов»
методическая разработка по химии (9 класс) по теме

Урок в курсе химии 9 класса к учебнику О.С.Габриеляна

Скачать:

Предварительный просмотр:

Общие способы получения металлов.

«Общая характеристика металлургических производств на примере Челябинской области »

Над веком небывалым

Потомки свершат свой поздний труд

Победу назовут они Уралом

Железо назовут они Уралом

И мужество Уралом назовут»

Цель урока: 1). Сформировать представление о металлургии и способах получения

2). Развитие умения составления уравнений химических реакций.

3). Систематизировать знания о месторождениях полиметаллических руд на территории Челябинской области.

4). Воспитание гордости и патриотизма за свой край-богатейшую минеральную кладовую мира.

5). Дать теоретическую подготовку перед экскурсией в металлургический цех на ЗАО «Карабашмедь»

1. Проверка домашнего задания

– устный опрос, работа по схеме.

а) Положение Ме в ПСХЭ.

I Li II Me))) от 1 до 3 ё

Заряд ядра атома Ме Ra HeMe

III Me – n ё – Ме +n В периоде Причина

Восстановитель а) заряд ядра атома

б) свойства Ме Ме

Физические Свойства Химические

Металлическая Металлическая Реакции Реакции

связь решетка с простыми со сложными

1. Металлический блеск Me + Cl 2 = Me + H 2 O =
2. Электропроводность Me + O 2 = Me + HCl =
3. Теплопроводность Me + S = Me + CuSO 4 =
4. Пластичность

2. Мотивационно – ориентационный этап .

В зависимости от того, где расположен металл в электрохимическом ряду напряжения металлов, можно судить о его нахождении в природе.

Составляем опорно-логическую схему «Нахождение металлов в природе».

Ряд напряжений металлов

В виде солей В виде оксидов, сульфидов,

MeCl, MeSO 4, MeNO 3, MeCO 3 MexOy, MeS, MeCO 3

Руды — природные соединения, содержащие минералы металлов пригодные для промышленного получения из них металлов . Металлургия — наука о получении металлов из руд.

Виды металлургических процессов

1. Пирометаллургия
2. Гидрометаллургия
3. Электрометаллургия
4. Микробиометаллург ия

3. Деятельностный этап

а) заполнение таблицы, работа с учебниками

Виды металлургических процессов

Уравнения химических процессов

Предприятие Челябинской области

Методы обработки руд, основанные на химических реакциях при действии высоких температур

а) обжиг 2 СиS+ЗО 2 — 2СиО+2SО 2

б)плавка 2СиО+С=2Си+С0 2 / Н 2 , СО, Ме /

«Карабашмедь» г. Карабаш ЧМК г. Челябинск ММК г. Магнитогорск Сатка, Куса, Бакал

Методы получения металлов, основанные на химических реакциях,

происходящие в растворах

а) перевод в раствор

ZnS + 4Н 2 SО 4 = 2ZnSО 4 + 4SО 2 +Н 2 О

б) выделение Ме 2ZnSО 4 +2Н 2 О=2Zn+О 2

Челябинский электролит, цинк, завод ЧЭЦЗ

Выделение металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них электрического тока

1СuО— — — 2Сu+О 2 2NаС1О— — -2Nа+С1 2

Кыштымский медеэлектролитный завод КМЭЗ,

Златоустовский металлургический завод, г. Златоуст

Использование жизнедеятельности бактерий

CuSO 4 + Fe —— FeSO 4 + Cu

Домашнее задание (заполнить графу «Экологические проблемы»)

— Практически все виды металлургических процессов, за исключением последнего, развиты на территории Челябинской области. Это объясняется тем, что на Урале располагаются месторождения самых различных металлических руд, достаточно развитая гидрологическая сеть

— Работа с атласом и контурной картой Челябинской области

Задание: Отметьте на контурной карте Челябинской области города, развиты различные виды металлургических процессов.

Вывод: возвращение к эпиграфу урока. Развитие металлургии привело к появлению на Урале множества небольших горнозаводских городов, основным производством в которых являетcя получение того или иного металла. Одним, из которых является г. Карабаш.

В Уральских горах. Соймановской долине,

Вдали от больших городов и дорог,

Стоит неприметный, спокойный и тихий

С башкирским названием мой городок.

Не встретишь в нем длинных и стрельчатых улиц,

Широких проспектов, шикарных дворцов,

Но славен наш город трудом рудокопов

И огненных дел мастеров.

Живут в нем прекрасные, гордые люди,

Потомки героев гражданской войны…

И у печей металлурги умело

Плавят руду для любимой страны.

Урал с XYIII века и до наших дней остается одним из крупнейших промышленных регионов России, где производится добыча и производство металлов. Так в 50-60-е годы XYIII века на Урале окончательно сложились основные комплексы горнозаводского производства. Местная металлургия достигла наивысшего расцвета. К середине столетия общий обьем продукции уральских заводов составил 1,5 млн. пудов чугуна и 50 тыс. пудов меди в год. Благодаря этому Россия вышла на первое место в мире по производству черного металла. Около 2/3 уральского железа отправлялось на экспорт.

В годы Великой Отечественной Войны Урал давал 9/10 железорудного сырья, добывавшегося в СССР. Так 1/3 марганцевой руды, необходимой для производства железа, добывалась на Урале. Вплоть до 1944г. Урал был единственным регионом СССР, где добывалась хромовая руда – сырье для металлургии качественных сталей. В годы войны на Урале сосредоточилась вся алюминиевая и марганцевая промышленность страны. Край давал 9/10 всего никеля, произведенного в стране. Урал был монополистом в производстве кобальта, цинка и кадмия. Карабашский и Верхнее-Пышминский медные заводы давали 100% меди, производившейся в стране.

4. Оценочно-рефлексивный этап.

Развитие металлургии обусловило и сложную экологическую обстановку в нашей области. И ярким примером экологического неблагополучия является наш родной город Карабаш. Об этом хорошо сказано в стихах местной поэтессы Т.Трусковой.

Выжженная, мертвая земля,

Почернев от копоти, в морщинах

Золотая горбится гора.

На вершине только ветер свищет,

Из расщелин лезет пустота,

Скалы обнажили свои плечи,

Отпугивает мраком чернота…

А внизу, за дымовой завесой,

Затерялся городок, средь гор.

Словно птица, обжигая крылья

Вырваться стремится на простор .

Чтобы исправит положение, необходимо использование новых технологий металлургических процессов.

Задание: Используя, заполненную вами таблицу, укажите какие из видов металлургических процессов, экологически более безопасны и почему?

Изучение и реализация в жизнь различных способов получения металлов – сложная научная и технологическая проблема. Кто-то изберет своей будущей профессией – став работником металлургической промышленности. Но нужно знать, что наш край уникален т. к. в нашей области существуют предприятия, где используются все виды металлургии.

А так же Урал уникален своей природой и минеральным богатством.

Я хожу и любуюсь Уралом,

Дорогою моей стороной.

И нигде не встречал я красивей

Край мой светлый, богатый, родной.

Твои горы мне сердце волнуют

И поет мне речная вода

Где б я ни был, но в сердце уральца

Ты останешься навсегда.

Гладь озер твоих, скалы стальные

И шумят вековые леса…

Пройдут годы, века, не померкнет

Края нашего гордость краса.

Подведение итогов урока. Выставление оценок.