Металлы в природе. Получение металлов

Получение металловТолько мало активные в химическом отношении металлы встречаются в природе в свободном состоянии, поэтому их называют «самородными металлами». Это золото, платина («благородные металлы»), реже Ag, Cu, Hg. Большинство металлов образуют минералы, основой которых являются различные соединения: оксиды, чаще гидратированные (Fe2O3, Fe3O4, Al2O3, SnO2, MnO2); сульфиды и дисульфиды (ZnS, PbS, Ag2S, FeS, FeS2), карбонаты (CaCO3, MgCO3, FeCO3) и другие.

Природные минералы и горные породы, содержащие металлы в таких соединениях и в таких концентрациях, при которых их переработка с целью получения металла экономически целесообразна, называют рудами.

Отрасль промышленности, производящая металлы и их сплавы из природных руд и другого сырья, например, металлического лома, называют металлургией. Различают пирометаллургические (то есть процессы при высоких температурах) и гидрометаллургические (процессы в водных растворах) способы получения металлов.

Так как в любом соединении металл находится в положительной степени окисления (в окисленном состоянии), следовательно, получение металла в свободном состоянии — это процесс восстановления.

Чаще всего металлы получают восстановлением из их оксидов. Оксиды металлов составляют основу железных руд (Fe2O3, Fe3O4), алюминиевой руды (Al2O3), оловянной (SnO2), марганцевой (MnO2).

Если же в основе руды сульфиды, их приходится предварительно подвергать окислительному обжигу, при этом образуется оксид металла, из которого в дальнейшем получают металл:

2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2

PbO + CO Pb + CO2

Самым сильным восстановителем является электрический ток на катоде (катодное восстановление). Поэтому для получения активных металлов широко применяется электрохимический способ, то есть электролиз расплавов солей, оксидов.

При химическом восстановлении используются такие восстановители, как уголь (обычно в виде кокса), оксид углерода (II), водород, активные металлы.

Кокс и СО применяют в производстве чугуна, свинца.

Способы получения металлов, при котором роль восстановителя выполняют другие металлы (Al, Mg, Ca, щелочные металлы), называют металлотермическими, во второй половине XIX столетия их исследовал Н.Н. Бекетов. Процессы происходят при высоких температурах. Например, алюминотермия:

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3

магниетермия:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

Очень часто металлы (Fe, Cu, W, Ni) получают восстановлением водородом:

WO3 + 3H2 W + 3H2O