Параграф 36 Химия 9 класс Габриелян | Конспект

🧪 Металлургия: получение металлов

🌍 Содержание металлов в природе

Металлы в земной коре присутствуют как в свободном состоянии, так и в виде различных соединений.

• Распространённость зависит от типа металла.

• Наиболее распространённый металл — алюминий, который составляет около 8% от массы земной коры.

• В природе алюминий встречается исключительно в соединениях.

• Благородные металлы, такие как золото, серебро и платина, встречаются в свободном виде благодаря своей химической инертности и устойчивости к окислению.

• Золото часто образует россыпи в результате разрушения горных пород.

• Серебро и медь также устойчивы в сухом воздухе, но могут подвергаться коррозии во влажных условиях.

• Железо редко встречается в свободной форме, его находят в составе метеоритов.

• Другие металлы, такие как магний, кальций, цинк, встречаются преимущественно в виде соединений: оксидов, карбонатов, сульфидов и галогенидов.

🏗️ Металлургия

Металлургия — это отрасль науки и промышленности, которая занимается получением металлов и их сплавов из природных соединений.

• Термин «металлургия» происходит от греческих слов «металлон» — руда и «эргон» — работа.

• Основной процесс металлургии включает извлечение металлов из руд путём химического восстановления их оксидов, сульфидов или других соединений.

• Для восстановления металлов применяют углерод (кокс), водород, алюминий или электрический ток в зависимости от типа руды.

• Металлургия делится на несколько основных направлений: пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию.

⚒️ Типы природных соединений металлов

Природные соединения металлов служат основным источником сырья для металлургии.

• Оксиды: встречаются у алюминия (боксит), железа (магнетит, гематит) и других металлов.

• Галогениды: натрий (галит), кальций (флюорит).

• Сульфиды: цинк (сфалерит), свинец (галенит).

• Карбонаты: кальций (мрамор), магний (доломит).

• Сульфаты: кальций (гипс), натрий (глауберова соль).

🔥 Доменный процесс

Для получения железа из руд используют доменный процесс.

• В доменную печь загружают железную руду, кокс и известняк, которые нагреваются до высокой температуры.

• Основной химический процесс включает восстановление железной руды угарным газом (CO) и углеродом (C) до металлического железа.

• Продуктом процесса является чугун — сплав железа с углеродом (от 2% до 4%).

• Чугун прочен, но хрупок, поэтому его перерабатывают в сталь.

• Для удаления излишков углерода чугун переплавляют в кислородных конвертерах, получая сталь с меньшим содержанием углерода (0,2–2%).

⚙️ Методы металлургии

Каждое направление имеет свои технологии и способы переработки сырья.

• Пирометаллургия: использует высокие температуры для восстановления металлов из их соединений.

• Применяется для обработки железа в доменных печах, где восстановление происходит углеродом.

• Гидрометаллургия: предполагает растворение руды в кислотах или щелочах для извлечения металла.

• Например, медь получают путём обработки руд раствором серной кислоты.

• Электрометаллургия: включает электролиз — процесс восстановления металлов с помощью электрического тока.

• Применяется для получения алюминия из бокситов.

• В процессе электролиза алюминиевый оксид (Al2O3) восстанавливается до чистого алюминия.

💎 База параграфа

• 🧪 Формулы и реакции:

  • Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 — восстановление железа в доменной печи угарным газом.

  • C + O2 = CO2 — горение кокса для обеспечения процесса теплом.

  • Al2O3 -(электролиз)-> 2Al + 3/2 O2 — получение алюминия из оксида.

• 📊 Состав и доли:

  • 8% — массовая доля алюминия в земной коре.

  • 2–4% — содержание углерода в чугуне.

  • 0,2–2% — содержание углерода в стали.

• 📖 Определения:

  • Пирометаллургия — получение металлов при высоких температурах с помощью восстановителей (C, CO, H2, Al).

  • Гидрометаллургия — выделение металлов из растворов их солей, полученных путем выщелачивания руд.

  • Электрометаллургия — способы получения металлов с помощью электролиза расплавов или растворов.

📝 Подведем итоги

• Металлы находятся в природе преимущественно в виде оксидов, сульфидов и солей, и только инертные (Au, Pt) — в свободном состоянии.

• Металлургия объединяет методы химического восстановления элементов, разделяясь на термические (пиро-), водные (гидро-) и электрические (электро-) процессы.

• Доменный процесс является основой получения чугуна и последующего синтеза стали, где критически важным является контроль содержания углерода.

• Современная промышленность опирается на эффективную переработку минерального сырья (бокситов, магнетита, галита) для обеспечения глобального спроса на конструкционные материалы.