Теория:
Металлы (кроме самородных) в природе находятся в окисленном виде и входят в состав соединений. Для их получения нужно осуществить процесс восстановления:
Все промышленные способы производства металлов подразделяются на пирометаллургические, гидрометаллургические и электрометаллургические.
Пирометаллургия — это получение металлов из руд восстановлением их соединений при высоких температурах.
Чаще всего сырьём является оксид, а в качестве восстановителей используют водород, кокс, угарный газ, алюминий или магний.
Водородом можно восстановить металлы, расположенные в ряду активности за марганцем. Используется этот способ для получения металлов высокой чистоты: вольфрама, молибдена, рения, осмия и других. Примеры реакций:
При восстановлении водородом металлы образуются в тонкодисперсном состоянии и часто находят применение в качестве катализаторов (железо, никель).
Уголь, кокс и угарный газ — более сильные восстановители по сравнению с водородом, но они также не могут восстановить металлы начала ряда активности. Углём и коксом можно восстановить металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Получить чистый металл таким способом не удаётся, так как углерод растворяется в расплавленных металлах.
Кокс и угарный газ используют для выплавки железа в доменном процессе:
При восстановлении железной руды часть углерода растворяется в расплавленном железе и образуется чугун — сплав железа, содержащий более \(2\) \(\%\) углерода.
Восстановление металлами называют металлотермией. Это более дорогой способ, чем восстановление углём, но полученный продукт не содержит примесей углерода.
Металлотермия применяется для получения некоторых цветных и редких металлов: вольфрама, марганца, титана, хрома, циркония и т. д. В качестве восстановителей используют алюминий , магний и другие активные металлы, а сырьём служат оксиды, хлориды или фториды металлов. Примеры металлотермических процессов:
Гидрометаллургия — это получение металлов из водных растворов их солей.
Таким способом получают медь. Сначала природное соединение переводят в растворимую соль:
Затем медь выделяют из соли с помощью электролиза или более активного металла:
Электрометаллургия — это получение металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью электрического тока.
Этот способ применяют для получения активных металлов: щелочных, щёлочноземельных, алюминия. Для получения натрия, магния, бериллия, кальция подвергаются электролизу расплавы их хлоридов:
Алюминий восстанавливают электрическим током из расплава оксида в криолите:
Примеры промышленного получения металлов
Получение меди. Для получения меди используют пирометаллургию: природное соединение переводят в оксид и восстанавливают водородом:
Используют также гидрометаллургию и электрометаллургию: медную руду обрабатывают раствором кислоты и переводят в сульфат, из которого медь вытесняют железом или выделяют электролизом:
Получение цинка. Цинк в природе встречается в виде сульфида. Сульфид подвергают обжигу и превращают в оксид, из которого металл восстанавливают углём:
Второй способ заключается в обработке сульфида серной кислотой и превращении его в сульфат, из которого цинк выделяют с помощью электролиза: