Получение железа, никеля, хрома и марганца в промышленности.

Получение железа, никеля, хрома и марганца в промышленности.

Железо

Железная руда (30-40 % Fe) обогащается (65-70% Fe), из концентрата при 1300 градусах получают агломерат или окатыши, большие куски долбят и загружают с коксом и флюсом в доменную печь. В результате доменного процесса получается чугун (раствор угля в железе), практически не находящий применения и полностью перерабатываемый в сталь.

Более эффективно прямое восстановление оксидов железа. После обогащения руды (более 70 % Fe) из нее получают прочные окатыши, более прочные, чем при доменном процессе. Природный газ подвергают конверсии и получают смесь CO и H2. Печи работают по принципу противотока: сырье идет сверху, а снизу подается газ-восстановитель. Руда в печи не плавится, так как в печи температура около 850 градусов. В результате получается губчатое железо, содержащее около 90% Fe и 1,2-2% C.

Особо чистое железо получают:

Fe(CO)5(при нагревании)= Fe + 5CO (не знаю почему тут 5 после скобок у соли)

FeC2O4(при нагревании)= Fe + 2CO2

Никель

Руда Ni после обогащения подвергается обжигу, при этом получаемый NiO восстанавливается коксом в электропечах. Дальнейшая очистка металлов производится электролизом.

Хром

Поскольку основное применение хрома это изготовление сталей, то хромистый железняк восстанавливают коксом, не разделяя металлы и получая феррохром:

Fe(CrO2)2 + 4C (при нагревании)= Fe + 2Cr + 4CO

С целью получения самого металла хромистый железняк подвергают окислительному плавлению с поташем:

4Fe(CrO2)2 + 8K2CO3 + 7O2(при 1100 градусах)= 8CO2 + 2Fe2O3 + 8K2CrO4

Хромат калия хорошо растворим в воде, и его выщелачивают их смешанного продукта водой. Далее хромат переводят в бихромат:

2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

Который восстанавливают до Cr2O3 коксом или серой:

K2Cr2O7 + 2C(при нагревании)= Cr2O3 + K2CO3 + CO

K2Cr2O7 + S(при нагревании)= Cr2O3 + K2SO4

Металл получают, восстанавливая Cr2O3 алюминием или кремнием. Возможно получение металлов и электролизом раствором соединений Cr(VI).

Марганец

Получают металл, восстанавливая рудный материал коксом:

MnO2 + 2C(при нагревании)= 2CO + Mn

Практикуется и совместное восстановление MnO2 с оксидами железа, при этом получается ферромарганец.

Пирометаллургические способы получения металлов (свинец, медь, цинк) из сульфидных руд.

Свинец

Схема получения свинца: PbS обжигают и получается PbO, оксид восстанавливается CO при нагревании.

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2

PbO + CO(при нагревании)= Pb + CO2

Медь

В пирометаллургических методах сульфидную медную руду (после обогащения и концентрирования) плавят в окислительной атмосфере, при этом сульфиды железа окисляются, а сульфиды меди нет. Отделенный таким образом Cu2S продувают в конверторе воздухом и получают черновую медь(98,5% Cu). Её подвергают окислительной плавке с флюсами. Возможна дальнейшая очистка электролизом.

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S = 3Cu + SO2

Цинк

Схема получения цинка: сульфид обжигают до оксида, оксид восстанавливается до чистого металла.

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

ZnO + C(при нагревании)= Zn + CO

Окислительное действие нитрата калия и хлората калия при нагревании (сплавлении).

Хлораты калия, натрия

4KClO₃ =(t)= KCl + 3KClO₄ 2KClO₃ =(t, MnO₂)= 2KCl + 3O₂

Примеры окислительной активности хлоратов

KClO₃ + 3Mg =(t)= KCl + 3MgO NaClO₃ + 5NaCl + 3H₂SO₄ = 3Na₂SO₄ + 3Cl₂ + 3H₂O

Образование аммиакатов и гидроксокомплексов металлов и их разрушение кислотами и при нагревании.

Аммиакаты: Аммиачные комплексы обычно получают при взаимодействии солей или гидроксидов металлов с аммиаком в водных или неводных растворах, либо обработкой тех же солей в кристаллическом состоянии газообразным аммиаком:

AgCl(т) + 2 NH₃ ^. H₂O = [Ag(NH₃)₂]Cl + 2 H₂O

Cu(OH)₂(т) + 4 NH₃ ^. H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 4 H₂O

NiSO₄ + 6 NH₃ ^. H₂O = [Ni(NH₃)₆]SO₄ + 6 H₂O

CoCl₂ + 6 NH₃(г) = [Co(NH₃)₆]Cl₂

Разрушение[Ag(NH3)2]+ + 2Н+ → Ag+ + 2NH4+,

[Ni(NH₃)₆]SO₄ + 3 H₂SO₄ = NiSO₄ + 3 (NH₄)₂SO₄

Водный раствор аммиака при взаимодействии с ионами меди (II) сначала осаждает основные соли переменного состава зеленого цвета, легкорастворимые в избытке реагента. При этом образуется аммиачный комплекс меди сине-фиолетового цвета: Cu²⁺ + 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O

Гидроксокомплексы металлов:Meⁿ⁺ + mOH^– = [Me(OH)_m]^n-m

Гидроксокомплексы образуются в реакциях протолиза из аквакомплексов:

[Al(H₂O)₆]³⁺ + H₂O [Al(H₂O)₅(OH)]²⁺ + H₃O⁺

либо при растворении амфотерных гидроксидов в водных растворах гидроксидов щелочных металлов:

Zn(OH)₂ + 2 OH^ = [Zn(OH)₄]²^

При рассмотрении способов разрушениягидроксокомплексов можно выделить несколько случаев.

1) При действии избытка сильной кислоты получаются две средних соли и вода:

Na[Al(OH)₄] + 4HCl (изб.) = NaCl + AlCl₃ + 4H₂O,

K₃[Cr(OH)₆] + 6HNO₃(изб.) = 3KNO₃ + Cr(NO₃)₃ + 6H₂O.

2) При действии сильной кислоты (в недостатке) получаются средняя соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

Na[Al(OH)₄] + HCl = NaCl + Al(OH)₃ + H₂O,

K₃[Cr(OH)₆] + 3HNO₃= 3KNO₃ + Cr(OH)₃ + 3H₂O.

3) При действии слабой кислоты получаются кислая соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

Na[Al(OH)₄] + H₂S = NaHS + Al(OH)₃ + H₂O,

K₃[Cr(OH)₆] + 3H₂CO₃ = 3KHCO₃+ Cr(OH)₃ + 3H₂O.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 512; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 11 12 13 141516 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!