1

1

Materiały internetowe

• http://www.angelo.edu/faculty/kboudr

ea/index/Notes_Chapter_08.pdf

• http://cwx.prenhall.com/petrucci/medi

alib/power_point/Ch24.ppt

• http://web.mit.edu/2.813/www/Class

%20Slides/Lecture

%207%20Mat.Prod.pdf

2

2

Przesuwając się z lewa na prawo, energia jonizacji wzrasta i
wzrasta powinowactwo elektronowe. Dlatego też charakter
metaliczny maleje gdy przesuwamy się z lewa na prawo w
danym okresie.
• Przesuwając się w dół grupy, energia jonizacji maleje, a
charakter metaliczny wzrasta

Przesuwając się z lewa na prawo, energia jonizacji wzrasta i
wzrasta powinowactwo elektronowe. Dlatego też charakter
metaliczny maleje gdy przesuwamy się z lewa na prawo w
danym okresie.
• Przesuwając się w dół grupy, energia jonizacji maleje, a
charakter metaliczny wzrasta

3

3

Zmiana charakteru

metalicznego grup

głównych

4

4

Metale, metaloidy,

niemetale

• metaloidy [gr.], chem. używana dawniej nazwa

pierwiastków, które w reakcjach chem. — w

zależności od warunków — mogą wykazywać

cechy metali (oddawać elektrony) lub niemetali

(pobierać je), jak german, antymon.

5

5

Właściwości metali i

niemetali

Metale

Niemetale

Własności atomowe

mało elektronów

walencyjnych

więcej elektronów

walencyjnych

większe promienie

atomowe

mniejsze promienie atomowe

niższe energie jonizacji

większe energie jonizacji

niższe elektroujemności

wyższe elektroujemności

Własności fizyczne

stałe w temperaturze

pokojowej

trzy stany skupienia

dobre przewodnictwo

elektryczne i cieplne

słabe przewodnictwo

elektryczne i cieplne

kowalne i ciągliwe

niekowalne, nieciągliwe

Własności

chemiczne

oddając elektrony stają

się kationami

przyjmując elektrony stają

się anionami

reagują z niemetalami

tworząc związki jonowe

reagują z metalami tworząc

związki jonowe

mieszane z innymi

metalami tworzą stopy

reagują z innymi

niemetalami tworząc związki

kowalencyjne

6

6

Reakcje metali z wodą

Wszystkie litowce (E

0

Me/Me+

=-3,05--2,92)

reagują z wodą z wydzieleniem wodoru.
Litowiec o największym promieniu atomowym
jest najbardziej reaktywny. Reaktywność
maleje wraz ze zmniejszaniem się promienia
atomowego. Rubid i Cez eksplodują przy
kontakcie z wodą.

2 M(s) + 2 H

2

O(l) = H

2

(g) + 2 OH

-

(aq) + 2 M

+

(aq)

Berylowce (E

0

=- 1,85- -2,91 V)

Roztwarzalność berylowców w wodzie:

Beryl - nie roztwarza się, a pozostałe - roztwarzają się
wg
reakcji:
Me + 2H

2

O = Me

2+

+ 2OH

-

+ H

2

Mg - na gorąco, a pozostałe - na zimno

Wszystkie litowce (E

0

Me/Me+

=-3,05--2,92)

reagują z wodą z wydzieleniem wodoru.
Litowiec o największym promieniu atomowym
jest najbardziej reaktywny. Reaktywność
maleje wraz ze zmniejszaniem się promienia
atomowego. Rubid i Cez eksplodują przy
kontakcie z wodą.

2 M(s) + 2 H

2

O(l) = H

2

(g) + 2 OH

-

(aq) + 2 M

+

(aq)

Berylowce (E

0

=- 1,85- -2,91 V)

Roztwarzalność berylowców w wodzie:

Beryl - nie roztwarza się, a pozostałe - roztwarzają się
wg
reakcji:
Me + 2H

2

O = Me

2+

+ 2OH

-

+ H

2

Mg - na gorąco, a pozostałe - na zimno

7

7

Reakcje metali z

wodorotlenkami

Cynk, cyna i glin roztwarzają się w
wodorotlenkach z wydzieleniem wodoru, gdyż
są to metale amfoteryczne.

Zn + 2OH

-

+ 2H

2

O = [Zn(OH)

4

]

2-

+ H

2

Sn + 2OH

-

+ 4H

2

O = Sn(OH)

6

2-

+ 2H

2

Al + OH

-

+ 3H

2

O = Al(OH)

4

-

+ 3/2H

2

Cynk, cyna i glin roztwarzają się w

wodorotlenkach z wydzieleniem wodoru, gdyż
są to metale amfoteryczne.

Zn + 2OH

-

+ 2H

2

O = [Zn(OH)

4

]

2-

+ H

2

Sn + 2OH

-

+ 4H

2

O = Sn(OH)

6

2-

+ 2H

2

Al + OH

-

+ 3H

2

O = Al(OH)

4

-

+ 3/2H

2

8

8

Reakcje metali z kwasami

1) Wodór może być wydzielany z roztworu przez
metale
o ujemnym potencjale a więc metale
nieszlachetne. Przykład:
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2
Podobnie roztwarza się cynk lub chrom.

Natomiast nie zajdzie reakcja roztwarzania miedzi
w kwasie solnym:
Cu + 2H

+

= Cu

2+

+ H

2

Podobnie zachowuje się srebro (Cu i Ag są
metalami
szlachetnymi).

1) Wodór może być wydzielany z roztworu przez
metale
o ujemnym potencjale a więc metale
nieszlachetne. Przykład:
Fe + 2H+ = Fe2+ + H2
Podobnie roztwarza się cynk lub chrom.

Natomiast nie zajdzie reakcja roztwarzania miedzi
w kwasie solnym:
Cu + 2H

+

= Cu

2+

+ H

2

Podobnie zachowuje się srebro (Cu i Ag są
metalami
szlachetnymi).

9

9

Reakcje metali z kwasami

2) Metale szlachetne roztwarzają się natomiast w roztworach

wodnych silnych utleniaczy, np. kwasów utleniających (HNO

3

,

st. gorący H

2

SO

4

)

Cu + H

+

+ NO

3

-

= Cu

2+

+ NO + H

2

O

2) Metale szlachetne roztwarzają się natomiast w roztworach

wodnych silnych utleniaczy, np. kwasów utleniających (HNO

3

,

st. gorący H

2

SO

4

)

Cu + H

+

+ NO

3

-

= Cu

2+

+ NO + H

2

O

10

10

Reakcje metali z kwasami

3) Złoto, platyna i pallad nie roztwarzają się w
kwasie
azotowym oraz gorącym st. siarkowym.
Potrafi je natomiast roztworzyć woda
królewska.
Jest to mieszanina stężonych kwasów: solnego
(HCl)
i azotowego (HNO

3

) w stosunku objętościowym

3:1
HCl + HNO

3

= H

+

+ NO

3

-

+ Cl

-

Roztwarzanie platyny i złota:
3Pt + 16H

+

+ 4NO

3

-

+ 18Cl

-

= 3PtCl

6

2-

+ 4NO +

8H

2

O

Au + 4H

+

+ NO

3

-

+ 4Cl

-

= AuCl

4

-

+ NO + 2H

2

O

3) Złoto, platyna i pallad nie roztwarzają się w
kwasie
azotowym oraz gorącym st. siarkowym.
Potrafi je natomiast roztworzyć woda
królewska.
Jest to mieszanina stężonych kwasów: solnego
(HCl)
i azotowego (HNO

3

) w stosunku objętościowym

3:1
HCl + HNO

3

= H

+

+ NO

3

-

+ Cl

-

Roztwarzanie platyny i złota:
3Pt + 16H

+

+ 4NO

3

-

+ 18Cl

-

= 3PtCl

6

2-

+ 4NO +

8H

2

O

Au + 4H

+

+ NO

3

-

+ 4Cl

-

= AuCl

4

-

+ NO + 2H

2

O

11

11

Reakcje metali z kwasami

Zjawisko pasywacji
Be, Al, Cr - stężony kwas azotowy
Pb - kwas solny, kwas siarkowy

Zjawisko pasywacji
Be, Al, Cr - stężony kwas azotowy
Pb - kwas solny, kwas siarkowy

12

12

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

• Ruda żelaza zawiera minerały tego metalu:Fe

2

O

3

-

hematyt, Fe

3

O

4

- magnetyt, Ponadto jako złoże

występuje głównie krzemionka (SiO

2

)

• Otrzymywanie żelaza z jego rud polega na redukcji tlenków żelaza

za pomocą węgla i tlenku węgla , który jest szczególnie czynnym

reduktorem , ponieważ jako gaz reaguje z tlenkami żelaza w całej

objętości pieca. Szybkość redukcji wzrasta ze wzrostem

temperatury , a wydzielanie produktów reakcji w stanie ciekłym

sprzyja usuwaniu zanieczyszczeń , dlatego proces przeprowadza

się w wysokich temperaturach w tak zwanych wielkich piecach. Są

to wielkie konstrukcje mające do 30 m wysokości i 2000 m

3

pojemności. Ładowanie pieca odbywa się od góry przez urządzenie

zasypowe , przez które wprowadza się: koks , rudę i topniki

(dolomit, wapień) , które ze złożem rudy tworzą w piecu łatwo

topliwą mieszaninę krzemianów wapnia , glinu , manganu zwaną

żużlem. Koks wprowadzany do wielkiego pieca spala się w
strumieniu gorącego powietrza

wdmuchiwanego przez dysze.

Wytworzony CO

2

przechodząc przez rozżarzone warstwy koksu

redukuje się do tlenku węgla.

13

13

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

• Gorące gazy( CO i CO

2

) unosząc się ku górze ogrzewają wsad

wielkopiecowy zsuwający się ku dołowi . Procesy

zachodzące w warstwach rudy zależą od temperatury

wytworzonej w dolnej strefie pieca. W najwyższych jego

częściach następuje odwodnienie rudy , przy temperaturze

120-230 stopni Celsjusza . Redukcja rozpoczyna się w

temperaturze 420 stopni i początkowo polega na redukcji

Fe(III) do Fe(II). W miarę posuwania się ku dołowi i dalszego

wzrostu temperatury następuje redukcja tlenków do

metalu.W temperaturze 930 stopni redukująco działa

również węgiel.W miarę obsuwania się ładunku do dolnych ,

gorętszych części pieca , mających temp. większą niż 930

stopni, następuje stopienie żelaza i na skutek rozpuszczania

się w nim węgla i innych pierwiastków powstaje stop żelaza

z węglem (2,5-4,5%) oraz krzemem , fosforem , manganem.

Jest to właśnie surówka - produkt wielkiego pieca.

• Równocześnie z redukcją tlenków żelaza odbywa się też

reakcja pomiędzy topnikami i zanieczyszczeniami rudy. W

wyniku tych reakcji tworzy się ciekły żużel , który spływa w

dół pieca i jako lżejszy od surówki tworzy warstwę na jej

powierzchni.

14

14

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

Proces wielkopiecowy, proces
prowadzony w wielkim piecu i
obejmujący: doprowadzanie
surowców (rud żelaza, koksu,
topników) przez górną część pieca,
wdmuchiwanie (od dołu) gorącego
powietrza i gazów spalinowych,
redukcję tlenków żelaza do metalu,
oddzielenie skały płonej, spust
surówki i żużla, odprowadzenie
gazów wielkopiecowych.

Gaz wielkopiecowy, produkt uboczny w
procesie wielkopiecowym. Skład zależy od
wsadu wielkopiecowego i zawarty jest
granicach: 10-16% tlenku węgla(IV), 23-
30% tlenku węgla(II) (czad), 0,3-4%
metanu, 52-60% azotu.
Na 1 tonę surówki wydziela się do 4000
m3 gazu wielkopiecowego. Gaz
wielkopiecowy nie oczyszczony zawiera
znaczą ilość pyłu. Wartość opałowa 3350-
3700 kJ/m3. Stosowany do opalania
nagrzewnic wielkopiecowych oraz baterii
koksowniczych

.

Proces wielkopiecowy, proces
prowadzony w wielkim piecu i
obejmujący: doprowadzanie
surowców (rud żelaza, koksu,
topników) przez górną część pieca,
wdmuchiwanie (od dołu) gorącego
powietrza i gazów spalinowych,
redukcję tlenków żelaza do metalu,
oddzielenie skały płonej, spust
surówki i żużla, odprowadzenie
gazów wielkopiecowych.

Gaz wielkopiecowy, produkt uboczny w
procesie wielkopiecowym. Skład zależy od
wsadu wielkopiecowego i zawarty jest
granicach: 10-16% tlenku węgla(IV), 23-
30% tlenku węgla(II) (czad), 0,3-4%
metanu, 52-60% azotu.
Na 1 tonę surówki wydziela się do 4000
m3 gazu wielkopiecowego. Gaz
wielkopiecowy nie oczyszczony zawiera
znaczą ilość pyłu. Wartość opałowa 3350-
3700 kJ/m3. Stosowany do opalania
nagrzewnic wielkopiecowych oraz baterii
koksowniczych

.

15

15

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

• W dolnej części pieca zachodzą reakcje

utleniania węgla, które prowadzą do

powstania tlenku węgla (II):

• C + O

2

= CO

2

• CO

2

+ C = 2 CO

• Tlenek ten łatwo reaguje ze stopioną,

w wysokiej temperaturze, pod

wpływem topników rudą żelaza.

Zachodzą następujące reakcje:

• 3 Fe

2

O

3

+ CO = 2 Fe

3

O

4

+ CO

2

• Fe

3

O

4

+ CO = 3 FeO + CO

2

• FeO + CO = Fe + CO

2

• Jest to tzw. redukcja częściowa,

redukcja właściwa, czyli redukcja

węglem zachodzi w dolnej strefie

wielkiego pieca, w której panuje

najwyższa temperatura, dochodząca do

ok. 1200 - 1500

o

C.

• FeO + C = Fe + CO

16

16

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

• Surówka, produkt redukcji rudy żelaza w

wielkim piecu, będący stopem żelaza m.in. z

węglem, krzemem, manganem, siarką,

fosforem. Można wyróżnić tzw. surówkę białą

– gdy węgiel występuje głównie w formie

cementytu (Fe

3

C), twardą lecz trudną do

obróbki oraz surówkę szarą – gdy węgiel

występuje głównie w formie grafitu, mniej

wytrzymałą.

• Surówka przeznaczona jest do wyrobu stali,

staliwa, żeliwa oraz żelazostopów.

17

17

PROCES SPALANIA KOKSU

•SPALANIE ZUPEŁNE

C + O

2

 CO

2

•SPALANIE NIEZUPEŁNE

C + 0.5 O

2

 CO

•REAKCJA BOUDOUARDA

(400 – 950

o

C)

CO

2

+ C  2CO

18

18

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

• Jednocześnie z reakcja pomiędzy węglem , a

tlenkami żelaza, odbywa się reakcja z

topnikami oraz innymi zanieczyszczeniami

obecnymi w mieszaninie. W efekcie powstaje

ciekły żużel, czyli produkt uboczny

zawierający stopione substancje mineralne.

Żużel jest lżejszy do surówki, więc oddziela

się od niej i wypływa na jej powierzchnię.

• Surówka oprócz żelaza zawiera:C 2,5 -

4 %, Si 0,2 - 3 %, P 0,1 - 2 % oraz

mangan i siarkę

19

19

Metalurgia (pirometalurgia)

żelaza

20

20

KONWERTOROWY PROCES

WYTAPIANIA STALI

metoda wytwarzania stali z ciekłej surówki, w

zbiornikach przechylnych zwanych konwertorami,

polegająca na wypalaniu węgla i innych

domieszek z surówki poprzez przedmuchiwanie

metalu powietrzem, mieszaniną powietrza lub

innych gazów z tlenem, albo samym tlenem, bądź

nadmuchiwanie tych gazów na powierzchnię

ciekłego metalu. W konwertorach tlenowych do

wsadu oprócz surówki dodaje się ok. 30% złomu.

K.p.w.s. jest bardzo wydajny; podstawowe metody

wytopu konwertorowego to proces

bessemerowski (wynaleziony 1865 przez H.

Bessemera) oraz proces tomasowski (wynaleziony

1877 przez S. Thomasa). Obecnie gł. zastosowanie

znajduje proces konwertorowy tlenowy,

opracowany 1949 w Austrii, a oznaczany skrótem

literowym LD od miejsca pierwszego zastosowania

(Linz i Donawitz).

21

21

KONWERTOROWY PROCES

WYTAPIANIA STALI

-Surówka zawiera około 4% węgla

-stal zawiera 0.1-1.2% węgla (większość stali

zawiera mniej niż 0.5% węgla)

Usunięcie węgla – przedmuchiwanie tlenu przez

stopioną surówkę

22

22

Konwertor - zbiornik z blachy stalowej, wyłożony materiałem
ogniotrwałym, służący do utlenienia w wysokich temperaturach
domieszek w ciekłym wsadzie, przez wdmuchiwanie go
powietrzem lub powierzchniowe wdmuchiwanie tlenu. Konwertory
dzielą się na hutnicze i odlewnicze. Konwertor hutniczy
stosowany jest do otrzymywania stali z ciekłej surówki
(świeżenie) oraz do otrzymania miedzi i kamienia niklowego. W
konwertorach stalownicznych płynną surówkę wlewa się przez
gardziel pochylonego konwertora. Powietrze doprowadzane przez
dyszę w wymiennej dennicy utlenia w ciekłej surówce domieszki
(krzem, mangan, węgiel, fosfor). Proces konwertorowy odbywa
się bez dostarczania ciepła z zewnątrz, a wzrost temperatury
wywołany jest ciepłem wydzielanym z reakcji utleniania
domieszek (częściowo również metalu). Dzięki dużej szybkości
reakcji procesu konwertorowego, wydajność konwertora jest
bardzo duża. Czas trwania wytopu wynosi ok. 10-20 minut, a
pojemność konwertora 25-100 ton. Do przerobu surówek
niskofosforowych stosowano konwertory Bessemera
(besemerowanie) o wyłożeniu kwaśnym (krzemionkowym), zaś do
surówek wysokofosforwoych używano konwertor Thomasa
(proces Thomasa) o wyłożeniu zasadowym (dolomitowym). W
latach 70. XX wieku zostały one wyparte przez znacznie
wydajniejsze konwertory tlenowe o wyłożeniu zasadowym
(konwertorowy proces tlenowy).

Konwertor - zbiornik z blachy stalowej, wyłożony materiałem
ogniotrwałym, służący do utlenienia w wysokich temperaturach
domieszek w ciekłym wsadzie, przez wdmuchiwanie go
powietrzem lub powierzchniowe wdmuchiwanie tlenu. Konwertory
dzielą się na hutnicze i odlewnicze. Konwertor hutniczy
stosowany jest do otrzymywania stali z ciekłej surówki
(świeżenie) oraz do otrzymania miedzi i kamienia niklowego. W
konwertorach stalownicznych płynną surówkę wlewa się przez
gardziel pochylonego konwertora. Powietrze doprowadzane przez
dyszę w wymiennej dennicy utlenia w ciekłej surówce domieszki
(krzem, mangan, węgiel, fosfor). Proces konwertorowy odbywa
się bez dostarczania ciepła z zewnątrz, a wzrost temperatury
wywołany jest ciepłem wydzielanym z reakcji utleniania
domieszek (częściowo również metalu). Dzięki dużej szybkości
reakcji procesu konwertorowego, wydajność konwertora jest
bardzo duża. Czas trwania wytopu wynosi ok. 10-20 minut, a
pojemność konwertora 25-100 ton. Do przerobu surówek
niskofosforowych stosowano konwertory Bessemera
(besemerowanie) o wyłożeniu kwaśnym (krzemionkowym), zaś do
surówek wysokofosforwoych używano konwertor Thomasa
(proces Thomasa) o wyłożeniu zasadowym (dolomitowym). W
latach 70. XX wieku zostały one wyparte przez znacznie
wydajniejsze konwertory tlenowe o wyłożeniu zasadowym
(konwertorowy proces tlenowy).

23

23

Konwerter Bessemera

24

24

KONWERTOROWY PROCES

WYTAPIANIA STALI

25

25

Pirometalurgia miedzi

Cu

2

S: Chalkocyt

Cu

2

S: Chalkocyt

CuFeS

2

: Chalkopiryt (50%

produkcji miedzi)

CuFeS

2

: Chalkopiryt (50%

produkcji miedzi)

Cu

2

0: Kupryt

Cu

2

0: Kupryt

Cu

2

CO

3

(OH)

2

: Malachit

Cu

2

CO

3

(OH)

2

: Malachit

Cu

2

S - chalkozyn

Cu

2

S - chalkozyn

26

26

Pirometalurgia miedzi

1) Ruda (~ 1%) Koncentrat (~20 to 35%)
• mielenie, flotacja
2) Prażenie i topienie

CuFeS

2

Cu

2

S (kamień ) Cu (blister)

~98% Cu

2FeOSiO

2

(żużel)

0.34 -1% Cu

1) Ruda (~ 1%) Koncentrat (~20 to 35%)
• mielenie, flotacja
2) Prażenie i topienie

CuFeS

2

Cu

2

S (kamień ) Cu (blister)

~98% Cu

2FeOSiO

2

(żużel)

0.34 -1% Cu

Kamień miedziowy, półprodukt w procesie otrzymywania miedzi z
rud i koncentratów tego pierwiastka. Stanowi stop siarczków
miedzi(II) i żelaza(II). Wytapiany z miedzi zawiera ok. 25% siarki i
ok. 10-65% miedzi, ponadto żelazo i inne substancje. Temperatura
topnienia 950-1100°C.

Kamień miedziowy, półprodukt w procesie otrzymywania miedzi z
rud i koncentratów tego pierwiastka. Stanowi stop siarczków
miedzi(II) i żelaza(II). Wytapiany z miedzi zawiera ok. 25% siarki i
ok. 10-65% miedzi, ponadto żelazo i inne substancje. Temperatura
topnienia 950-1100°C.

27

27

Pirometalurgia miedzi

Pierwszym etapem jest prażenie rudy

Wytapia się tzw. kamień miedziowy, tj.
mieszaninę siarczków miedzi i żelaza
Miedź surową otrzymuje się w procesie
konwertorowania:
2Cu

2

S + 3O

2

= 2Cu

2

O + 2SO

2

2Cu

2

O + Cu

2

S = 6Cu + SO

2

Ostatnim etapem jest oczyszczanie miedzi w
procesie
elektrorafinacji:
anoda: Cu = Cu

2+

+ 2e

katoda: Cu

2+

+ 2e = Cu

Pierwszym etapem jest prażenie rudy

Wytapia się tzw. kamień miedziowy, tj.
mieszaninę siarczków miedzi i żelaza
Miedź surową otrzymuje się w procesie
konwertorowania:
2Cu

2

S + 3O

2

= 2Cu

2

O + 2SO

2

2Cu

2

O + Cu

2

S = 6Cu + SO

2

Ostatnim etapem jest oczyszczanie miedzi w
procesie
elektrorafinacji:
anoda: Cu = Cu

2+

+ 2e

katoda: Cu

2+

+ 2e = Cu

28

28

Pirometalurgia innych

metali

Wiele metali występuje w formie siarczków.
Najczęściej
przerabia się je poprzez prażenie (w powietrzu):
2ZnS + 3O

2

= 2ZnO + 2SO

2

2MoS

2

+ 7O

2

= 2MoO

3

+ 4SO

2

CoS + 2O

2

= CoSO

4

HgS + O

2

= Hg + SO

2

Wiele metali występuje w formie siarczków.
Najczęściej
przerabia się je poprzez prażenie (w powietrzu):
2ZnS + 3O

2

= 2ZnO + 2SO

2

2MoS

2

+ 7O

2

= 2MoO

3

+ 4SO

2

CoS + 2O

2

= CoSO

4

HgS + O

2

= Hg + SO

2

29

29

Produkcja cynku

30

30

31

31

Pirometalurgia innych

metali

Z kolei rudę tlenkową poddaje się chlorowaniu w
obecności
węgla, np.:
TiO

2

+ C + 2Cl

2

= TiCl

4

+ CO

2

Tlenki redukuje się do metalu za pomocą
reduktorów:
ZnO + CO = Zn + CO

2

SnO

2

+ 2C = Sn + 2CO

WO

3

+ 3H

2

= W + 3H

2

O

TiCl

4

+ 2Mg = Ti + 2MgCl

2

3V

2

O

5

+ 10Al = 6V + 5Al

2

O

3

3Mn

3

O

4

+ 8Al = 9Mn + 4Al

2

O

3

Co

2+

+ 2e = Co (elektroliza)

Reduktorami w tych reakcjach są: C, CO, H

2

, Mg,

Al. Redukcja następuje też na katodzie.

Z kolei rudę tlenkową poddaje się chlorowaniu w
obecności
węgla, np.:
TiO

2

+ C + 2Cl

2

= TiCl

4

+ CO

2

Tlenki redukuje się do metalu za pomocą
reduktorów:
ZnO + CO = Zn + CO

2

SnO

2

+ 2C = Sn + 2CO

WO

3

+ 3H

2

= W + 3H

2

O

TiCl

4

+ 2Mg = Ti + 2MgCl

2

3V

2

O

5

+ 10Al = 6V + 5Al

2

O

3

3Mn

3

O

4

+ 8Al = 9Mn + 4Al

2

O

3

Co

2+

+ 2e = Co (elektroliza)

Reduktorami w tych reakcjach są: C, CO, H

2

, Mg,

Al. Redukcja następuje też na katodzie.

32

32

Hydrometalurgia

Hydrometalurgia jest metodą selektywnego
wydzielania metali z rud za pomocą procesów
zachodzących w roztworach wodnych.
Najważniejszym procesem jest tutaj ługowanie,
np.

Ługowanie roztworem H

2

SO

4

w obecności tlenu:

Cu

2

S + O

2

+ 4H

+

= 2Cu

2+

+ S + 2H

2

O

Ługowanie roztworami cyjanków w obecności
tlenu:
4Au + 8CN

-

+ O

2

+ 2H

2

O = 4Au(CN)

2-

+ 4OH

-

Ługowanie alkaliczne boksytów:
AlOOH + OH

-

+ H

2

O = [Al(OH)

4

]

-

Hydrometalurgia jest metodą selektywnego
wydzielania metali z rud za pomocą procesów
zachodzących w roztworach wodnych.
Najważniejszym procesem jest tutaj ługowanie,
np.

Ługowanie roztworem H

2

SO

4

w obecności tlenu:

Cu

2

S + O

2

+ 4H

+

= 2Cu

2+

+ S + 2H

2

O

Ługowanie roztworami cyjanków w obecności
tlenu:
4Au + 8CN

-

+ O

2

+ 2H

2

O = 4Au(CN)

2-

+ 4OH

-

Ługowanie alkaliczne boksytów:
AlOOH + OH

-

+ H

2

O = [Al(OH)

4

]

-

33

33

Hydrometalurgia

Pozostałe etapy procesów hydrometalurgicznych:

- selektywne koncentrowanie: ekstrakcja, procesy
membranowe, wymiana jonowa, flotacja jonowa,

- wydzielanie metalu (metali): elektroliza, cementacja,
redukcja ciśnieniowa wodorem

- elektroliza Cu

2+

+ 2e = Cu

- cementacja Cu

2+

+ Fe = Fe

2+

+ Cu

- redukcja wodorem Cu

2+

+ H

2

= Cu + 2H

+

Pozostałe etapy procesów hydrometalurgicznych:

- selektywne koncentrowanie: ekstrakcja, procesy
membranowe, wymiana jonowa, flotacja jonowa,

- wydzielanie metalu (metali): elektroliza, cementacja,
redukcja ciśnieniowa wodorem

- elektroliza Cu

2+

+ 2e = Cu

- cementacja Cu

2+

+ Fe = Fe

2+

+ Cu

- redukcja wodorem Cu

2+

+ H

2

= Cu + 2H

+

34

34

35

35

Otrzymywanie glinu

36

36

Otrzymywanie elektrolityczne

glinu

Elektroliza prowadzona
jest w stopionym kriolicie –
Na

3

AlF

6

.

Elektroliza prowadzona
jest w stopionym kriolicie –
Na

3

AlF

6

.

37

37

Otrzymywanie metali

wysokiej czystości

Często zależy nam na metalach o bardzo dużej
czystości. Wówczas przeprowadzamy związki
metali w połączenia lotne i następnie je
rozkładamy. Takimi związkami mogą być jodki
(np. tytanu i cyrkonu) lub karbonylki (np.
niklu):
TiI

4

= Ti + 2I

2

ZrI

4

= Zr + 2I

2

Ni(CO)

4

= Ni + 4CO

Często zależy nam na metalach o bardzo dużej
czystości. Wówczas przeprowadzamy związki
metali w połączenia lotne i następnie je
rozkładamy. Takimi związkami mogą być jodki
(np. tytanu i cyrkonu) lub karbonylki (np.
niklu):
TiI

4

= Ti + 2I

2

ZrI

4

= Zr + 2I

2

Ni(CO)

4

= Ni + 4CO

38

38

Otrzymywanie metali

wysokiej czystości

Często zależy nam na metalach o bardzo dużej
czystości. Wówczas przeprowadzamy związki
metali w połączenia lotne i następnie je
rozkładamy. Takimi związkami mogą być jodki
(np. tytanu i cyrkonu) lub karbonylki (np.
niklu):
TiI

4

= Ti + 2I

2

ZrI

4

= Zr + 2I

2

Ni(CO)

4

= Ni + 4CO

Często zależy nam na metalach o bardzo dużej
czystości. Wówczas przeprowadzamy związki
metali w połączenia lotne i następnie je
rozkładamy. Takimi związkami mogą być jodki
(np. tytanu i cyrkonu) lub karbonylki (np.
niklu):
TiI

4

= Ti + 2I

2

ZrI

4

= Zr + 2I

2

Ni(CO)

4

= Ni + 4CO

39

39

Otrzymywanie materiałów

wysokiej czystości

Topienie strefowe, metoda otrzymywania
czystych materiałów ze stopów. Stop
poddawany topieniu strefowemu odlany jest w
kształcie pręta, wzdłuż niego przesuwa się
pierścieniowy grzejnik, powodując lokalne
topienie stopu, a następnie jego krzepnięcie.
Kryształy wydzielające się w strefie krzepnięcia
wykazują wyższą czystość aniżeli wyjściowy
stop, tymczasem zanieczyszczenia przesuwają
się wraz ze strefą topioną do jednego z końców
pręta. Wielokrotne powtarzanie tej operacji, z
zachowaniem kierunku przesuwania grzejnika
pozwala na uzyskanie materiału o wysokiej
czystości.
Topienie strefowe jest stosowane do
otrzymywania materiałów półprzewodnikowych
(półprzewodniki).

Topienie strefowe, metoda otrzymywania
czystych materiałów ze stopów. Stop
poddawany topieniu strefowemu odlany jest w
kształcie pręta, wzdłuż niego przesuwa się
pierścieniowy grzejnik, powodując lokalne
topienie stopu, a następnie jego krzepnięcie.

Kryształy wydzielające się w strefie krzepnięcia
wykazują wyższą czystość aniżeli wyjściowy
stop, tymczasem zanieczyszczenia przesuwają
się wraz ze strefą topioną do jednego z końców
pręta. Wielokrotne powtarzanie tej operacji, z
zachowaniem kierunku przesuwania grzejnika
pozwala na uzyskanie materiału o wysokiej
czystości.

Topienie strefowe jest stosowane do
otrzymywania materiałów półprzewodnikowych
(półprzewodniki).

40

40

41

41

Topienie strefowe

42

42

Biometalurgia

• Bakterie typu ferrobacillus utleniają jony

Fe

2+

do Fe

3+

.

• Fe

2+

bakterie Fe

3+

• CuS + 2Fe

3+

= Cu

2+

+ 2Fe

2+

+ S

• Można tymi bakteriami roztwarzać metale

z ubogich złóż siarczkowych.

• Optymalne warunki: pH ok. 3,5;

temperatura = +28

o

C

.