Алюмотермический способ получения хрома

Алан-э-Дейл       04.07.2022 г.

История

Достаточно давно было доказано, что получать сразу же железо из руды возможно. В лабораторных условиях этот процесс легко осуществить. Вследствие этого перед металлургами стояла задача по созданию технологических методов добычи железа в промышленных объемах непосредственно из руды. Сейчас такие методы найдены и внедрены в производство.

Железо, получаемое прямо из руды, получило название губчатого. А методы получения – бездоменные или способы прямого восстановления.

Первые опыты получения губчатого железа без использования доменных плавок в Советском Союзе предпринимались в 50-х годах прошлого века.

Первое производство этого металла в промышленность внедрили в 70-х годах. Первые технологические способы получения губчатого железа без использования домны отличались незначительной производительностью. Получаемый продукт содержал много разнообразных примесей.

Новый толчок этому производству дал природный газ. В 80-х годах XX века он стал широко применяться в горно-металлургическом производстве. Тогда было установлено, что он идеально подходит для осуществления прямого восстановления железа из руды. Более того, начали широко использоваться и иные неприродные газы (попутный газ нефтедобычи, газовые фракции при газификации разнообразных углей, и т. п.).

Совершенствование технологических процессов и внедрение их в 90-е годы привели к тому, что энергоемкость и капитальные затраты на прямое восстановление железа существенно снизились. Начался значительный рост производства железа не доменным способом.

Прямое внедоменное получение губчатого железа — процессы, когда металл восстанавливается из руды при помощи газов, твердого углерода. А также совместно — твердого углерода и газа. Он осуществляется при температуре порядка 1000 градусов Цельсия. При этом природную породу не доводят до шлакования, примеси в ней не восстанавливаются, вследствие чего металл получается достаточно чистым. Специалисты называют этот процесс и иными терминами:

  • прямое получение губчатого железа;
  • безкоксовая металлургия;
  • бездоменная металлургия;
  • частичная металлизация руды.

В настоящее время способы добычи метала такими методами в производственных масштабах практикуются в России, Китае, Швеции, Германии, Великобритании, Норвегии и других странах.

Все известные методы делятся на две группы:

  • железо образуется под воздействием на руду газообразного восстановителя;
  • под воздействием на железную руду твердого восстановителя.

Способов получения губчатого железа бездоменным методом запатентовано почти пятьсот.

История изобретения

При развитии машиностроительной, судостроительной промышленности и распространении железной дороги появилась необходимость в появлении более качественной стали. Для этого ранее применяемые технологии изготовления не подходили.

Год изобретения бессемеровского процесса производства стали принято считать 1856. Именно тогда рассматриваемая технология была запатентована автором. Подобное изобретение позволило существенно ускорить развитие машиностроительной промышленности и распространить железную дорогу для транспортировки различных вещей.

Выплавка стали в конверторах

К особенностям изобретения бессемеровского процесса изготовления стали отнесем нижеприведенные моменты:

  1. Ранее применяемые методы производства обладали относительно невысоким показателем производительности. Поэтому на заводах не было достаточного количества металла. Тигельный метод был достаточно дорог, а главное, органичен по объему выпуска
  2. Бессемер начал работать над улучшением качества получаемого чугуна, которое применялось для изготовления дальнобойного орудия. Получаемые механизмы для дальних выстрелов должны выдерживать длительную эксплуатации.
  3. На протяжении длительного периода он разработал довольно большое количество различных технологий, которые позволили повысить качество чугуна и упростить процесс производства металла.
  4. До появления бессемеровского процесса производства меиалла в промышленности практически не было плавленой стали, так как разогреть шихту до температуры более 1 500 градусов Цельсия пока не могли.
  5. Продувка полученного сплава проводилась атмосферным воздухом. При этом подача воздуха проходит не на протяжении всего периода производства стали.
  6. Основной недостаток этой технологии заключается в получении низкокачественного металла. Это связано с тем, что из состава не выводятся достаточное количество серы и фосфора.
  7. Достаточно высокая стоимость получаемого металла также является причиной, по которой бессемеровский процесс производства за достаточно длительный период существования практически не изменилась.

Получение стали в конверторе Бессемера

Разработанная технология основана на применении специального конвертора, при помощи которого происходит продувка сырья.

Принцип электролиза

При электролизе ток могут проводить только ионные соединения (основанные на ионных связях) — благодаря тому, что атомы в этих соединениях потеряли или приобрели электроны и обрели электрический заряд — превратились в ионы. В растворе ионного соединения, например хлорида меди, ионы могут свободно передвигаться. В состав хлорида меди входят положительно заряженные ионы меди и отрицательно заряженные ионы хлора. С помощью электродов электрический ток подводится к раствору – электролиту. Катод – это электрод с отрицательным зарядом, анод – электрод с положительным зарядом. Поскольку противоположные заряды притягиваются, то отрицательно заряженные ионы в электролите собираются вблизи анода, а положительно заряженные – вблизи катода. При электролизе ионы обоих элементов собираются около электродов противоположного заряда, таким образом элементы разделяются.

Способы получения и добычи

Добыча и обработка проводится на природных рудниках. Потом расходное сырье доставляется до литейного предприятия, где происходит его переработка в конечный материал. Способы получения:

  1. Порошковый. При изготовлении сплавов используются порошки — смесь основных компонентов сплава по ГОСТу. С помощью специального оборудования порошок спрессовывается, ему придают определенную форму. После этого расходный материал спекают в промышленной печи.
  2. Литейный способ. Все компоненты будущего сплава сначала расплавляются, а потом перемешиваются. Смесь должна застыть.

Природные источники

Самое большое количество металлов содержится в земной коре. Их соединения можно найти в разных продуктах питания, воде, воздухе, химических веществах.

Природные соединения

Природные соединения:

  • сульфиды — киноварь, цинковая обманка, серный колчедан;
  • хлориды — каменная соль, сильвинит;
  • сульфаты — гипс, глауберова соль;
  • карбонаты — магнезит, доломит, известняк, мрамор, мел;
  • оксиды — красный, магнитный, бурый железняк;
  • нитраты — чилийская селитра.

Добыча руды (Фото: Instagram / dikomnw)

Способы добычи

Существует два способа добычи металлических руд:

  1. Открытый. Подразумевает разработку огромного карьера, который углубляется к центру. С его глубины на карьерных самосвалах руда вывозится наверх, где проходит дальнейшую переработку. Средняя глубина карьеров — 300 метров. Для разработки применяются крупные экскаваторы, земснаряды, карьерная техника. Карьерный метод добычи металлической руды применяется только, если после проверки почвы в ней было обнаружено более 57% руды. Главный недостаток карьера — малая глубина разработки.
  2. Закрытый. Подразумевает разработку шахт, которые могут уходить вниз на глубину нескольких сотен метров. Применяется, когда на поверхности после проверки было обнаружено менее 57% полезных руд. Внешне шахта напоминает колодец, который разветвляется в стороны на большой глубине. Главный недостаток — опасность для рабочих (частые обвалы, взрывы газов, большая вредность для здоровья).

Один из современных способов добычи металлической руды — СГД. Представляет собой гидромеханических метод добычи руды, который подразумевает создание глубокой шахты, снабженной трубопроводом с гидромонитором. Струя воды под большим напором подается в трубопровод. С ее помощью откалываются горные породы, которые всплывают наверх шахты. Эффективность данного способа небольшая, но он полностью безопасен для людей.

Шахта (Фото: Instagram / subcities)

Богатые рудники

Богатые железные рудники:

  1. Бакчарское железорудное месторождение.
  2. Абаканское железорудное месторождение.
  3. Абагасское железорудное месторождение.
  4. Курская магнитная аномалия.

Самые богатые месторождения алюминиевых руд находятся в

  • Венгрии;
  • Франции;
  • Индии;
  • Южной Африке;
  • Казахстане;
  • России;
  • Югославии;
  • Кольском полуострове;
  • Сибири.

Богатые месторождения медной руды расположены в США, Швеции, Канаде, России, Финляндии, ЮАР.

Медная руда (Фото: Instagram / alex_tango1910)

Гидрометаллургия

Методика, которая основана на проведении химических реакциях. Они протекают в различных растворах. Наиболее распространенные материалы, которые получаются подобным способом — никель, цинк, золото.

Пирометаллургия

Из расходного сырья металл извлекается под воздействием высоких температур. Для проведения данного способа применяются печи, плавильни. Этим методом получают чугун, свинец, сталь, никель, медь, хром

Для изготовления активных металлов важно использовать восстановители

Электрометаллургия

Подразумевает обработку расходного сырья электрическим током. Сила тока изменяется зависимо от преобладающих в составе руды компонентов. С помощью электрометаллургии получаются разные металлы — щелочноземельные, щелочные. Основные из них — алюминий, магний.

  1. С помощью металлов. Этот процесс называют металлотермией.
  2. С помощью водорода. С помощью этой методики можно получить материал с наименьшим количеством посторонних вкраплений.
  3. С помощью углерода или оксида углерода. Эта методика называется карботермией.

Химия11 класс

§ 18.7. Способы получения металлов

Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д.

В свободном виде встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Ag, Hg, Pt, Au, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:

Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы. Существуют следующие способы получения металлов: пирометаллургический, гидрометаллургический , электрометаллургический.

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово восстанавливают из касситерита (SnO2), а медь — из куприта Сu2O прокаливанием с углем (коксом):

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем накаливания с углем, так как карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

Восстановлением углем можно получить Fe, Сu, Zn, Cd, Ge, Sn, Pb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять:

а)водород:

  • МоO

3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия) (к достоинствам этого способа относится получение очень чистого металла);

  • ТiO2 + 2Mg = Ti + 2MgO (магнийтермия);

  • 3MnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O23 (алюминотермия).

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида которого очень велика:

2Аl + 1,5O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль.

Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), значение которого должно быть положительным:

где Q1 — теплота образования продукта, Q2 — теплота образования исходного вещества.

Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.

Процесс проходит в два этапа:

  1. природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла;
  2. из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом.

Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди (II) СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + Н2O.

Затем медь извлекают из раствора соли либо электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

CuSO4 + Fe = Сu + FeSO4.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.

Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

Второй закон Фарадея

Электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их молярным массам и обратно пропорциональны числам, выражающим их химическую валентность.

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A{\displaystyle A}иона к его валентности z{\displaystyle z}. Поэтому электрохимический эквивалент

k = 1F⋅Az{\displaystyle k\ =\ {1 \over F}\cdot {A \over z}},

где F{\displaystyle F} — постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея записывается в следующем виде:

m=M⋅I⋅Δtn⋅F{\displaystyle m={\frac {M{\cdot }I{\cdot }{\Delta }t}{n{\cdot }F}}},
где M{\displaystyle M} — молярная масса данного вещества, образовавшегося (однако не обязательно выделившегося — оно могло и вступить в какую-либо реакцию сразу после образования) в результате электролиза, г/моль
I{\displaystyle I} — сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав), А
Δt{\displaystyle {\Delta }t} — время, в течение которого проводился электролиз, с
F{\displaystyle F} — постоянная Фарадея, Кл·моль−1
n{\displaystyle n} — число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного)
Однако это не всегда так; например, при электролизе раствора соли меди(II) может образовываться не только свободная медь, но и ионы меди(I) (при небольшой силе тока).

Общие способы получения металлов

Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным  образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде  встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.

      Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

    Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:

М n+ + ne−→M

Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.

В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:

• пирометаллургический;

• гидрометаллургический;

• электрометаллургический.

 Пирометаллургия

     Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово восстанавливают из касситерита SnО2, а медь — из куприта Cu2O

прокаливанием с углем (коксом):

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:

1)      МоO3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия)

К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.

2)      TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)

ЗМnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O3 (алюминотермия)

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида

которого очень велика  (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций  восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:

Q= Σ Q1 — Σ Q 2 ,

где  Q1— теплота образования продукта, Q2 -теплота образования исходного вещества.

Доменный  процесс (производство чугуна):C + O2 = CO2, CO2 + C 2CO3Fe2O3 + CO = 2(Fe2Fe32)O4+ CO2(Fe2Fe32)O4+ CO= 3FeO + CO2FeO + CO= Fe + CO2(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);

Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)2 и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Гидрометаллургия

Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.

Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:

СuО + Н2SО4 =  СuSO4 + Н2

Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

СuSO4. + Fе = Сu + FеSO4

Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.

Электрометаллургия

Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.

Примеры:а) NaCl (электролиз расплава) → 2Na + Cl2

Бизнес и финансы

БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумагиУправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги — контрольЦенные бумаги — оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудитМеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетикаАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

История

Устройство, изобретенное Иоганном Вильгельмом Риттером для разработки электролиза воды.

Ян Рудольф Дейман и Адриан Паэтс ван Троствейк использовали в 1789 году электростатическую машину для производства электричества, которое разряжалось на золотых электродах в лейденской банке с водой. В 1800 году Алессандро Вольта изобрел гальваническую батарею , а несколько недель спустя английские ученые Уильям Николсон и Энтони Карлайл использовали ее для электролиза воды. В 1806 году Хамфри Дэви сообщил о результатах обширных экспериментов по электролизу дистиллированной воды, сделав вывод о том, что азотная кислота образуется на аноде из растворенного атмосферного азота. Он использовал высоковольтную батарею и нереактивные электроды и сосуды, такие как конусы золотых электродов, которые дублировались как сосуды, перекрытые влажным асбестом. Когда Зеноб Грамм изобрел машину Грамма в 1869 году, электролиз воды стал дешевым методом производства водорода. Метод промышленного синтеза водорода и кислорода электролизом был разработан Дмитрием Лачиновым в 1888 году.

Термодинамика

Диаграмма Пурбе для воды, включая области равновесия для воды, кислорода и водорода на STP. Вертикальная шкала — это электродный потенциал водорода или невзаимодействующего электрода относительно электрода SHE , горизонтальная шкала — это pH электролита (в противном случае не взаимодействующий). Если пренебречь перенапряжением , над верхней линией равновесным условием является газообразный кислород, и кислород будет пузыриться с электрода до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Точно так же, ниже нижней линии, состояние равновесия — газообразный водород, и водород будет пузыриться с электрода до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Разложение чистой воды на водород и кислород при стандартной температуре и давлении неблагоприятно с термодинамической точки зрения.

Анод (окисление): 2 H 2 O ( л ) O 2 ( г ) + 4 H + ( водн. ) + 4e —    E o = +1,23 В (для полууравнения приведения)
Катод (восстановление): 2 H + ( водн. ) + 2e — H 2 ( г ) E o = 0,00 В

Таким образом, стандартный потенциал водной электролизной ячейки (E o ячейка = E o катод — E o анод ) составляет -1,229 В при 25 ° C и pH 0 ( = 1,0 M). При 25 ° C и pH 7 ( = 1,0 × 10 -7 M) потенциал не изменяется на основании уравнения Нернста . Термодинамический стандартный потенциал ячейки может быть получен из расчетов свободной энергии стандартного состояния, чтобы найти ΔG °, а затем с помощью уравнения: ΔG ° = −n FE ° (где E ° — потенциал ячейки, а F — постоянная Фарадея , т.е. 96 485,3321233 C / моль). Для двух электролизованных молекул воды и, следовательно, образования двух молекул водорода n = 4, и ΔG ° = 474,48 кДж / 2 моль (вода) = 237,24 кДж / моль (вода). Однако расчеты потенциалов равновесия отдельных электродов требуют некоторых корректировок с учетом коэффициентов активности. На практике, когда электрохимическую ячейку «доводят» до завершения путем приложения разумного потенциала, она контролируется кинетически. Следовательно, энергия активации, подвижность (диффузия) и концентрация ионов, сопротивление проволоки, поверхностное препятствие, включая образование пузырьков (вызывает закупорку площади электрода) и энтропия, требуют большего приложенного потенциала для преодоления этих факторов. Требуемая величина увеличения потенциала называется перенапряжением .

Перечень рекомендованной литературы

1  . Руководство по неорганическому синтезу. М.: «Высшая школа». 1965

2  , . Чистые химические реактивы. М.: Госхимиздат. 1974

4  Практикум по неорганической химии. Под ред. . М.: Изд-во МГУ. 1976

5  , . Краткий химический справочник. Л.: «Химия». 1978

6  Практикум по неорганической химии. Под ред. . М.: Изд. Центр «Aкадемия». 2004

8  Ахметов и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1988.

9  , Дракин и неорганическая химия. 3е изд. М.: Химия, 1994.

10  Некрасов общей химии. М.: Химия, 1972, 1973. Т.1,2.

11  Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир, 1969. Ч. 1-3.

12  А. Уэллс. Структурная неорганическая химия, М.: Мир, 1987. Т.1-3.

13  13. Неорганическая химия. В трех томах под ред. акдемика . М.: Изд. Центр «Aкадемия». 2004 — 2007

Пирометаллургия

     Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово восстанавливают из касситерита SnО2, а медь — из куприта Cu2O

прокаливанием с углем (коксом):

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:

1)      МоO3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия)

К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.

2)      TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)

ЗМnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O3 (алюминотермия)

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида

которого очень велика  (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций  восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:

Q= Σ Q1 — Σ Q 2 ,

где  Q1— теплота образования продукта, Q-теплота образования исходного вещества.

Доменный  процесс (производство чугуна):C + O2 = CO2, CO2 + C 2CO3Fe2O3 + CO = 2(Fe2Fe32)O4+ CO2(Fe2Fe32)O4+ CO= 3FeO + CO2FeO + CO= Fe + CO2(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);

Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

Приложения

Около пяти процентов газообразного водорода, производимого во всем мире, создается путем электролиза. В настоящее время большинство промышленных методов производят водород из природного газа в процессе парового риформинга . Большая часть водорода, получаемого при электролизе, является побочным продуктом при производстве и каустической соды . Это яркий пример .

2NaCl + 2H 2 O → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

В процессе хлорщелочного (электролиз рассола) смесь хлористого вода / натрия составляет только половине электролиза воды , так как хлориды ионы окисляют до хлора , а не воды окисляется с кислородом. С термодинамической точки зрения этого не следует ожидать, поскольку окислительный потенциал иона хлорида меньше, чем у воды, но скорость реакции хлорида намного выше, чем у воды, что приводит к его преобладанию. Водород, полученный в результате этого процесса, сжигается (превращается обратно в воду), используется для производства специальных химикатов или для различных других небольших применений.

Электролиз воды также используется для производства кислорода для Международной космической станции .

Позже водород может быть использован в топливном элементе как способ хранения энергии и воды.

Получение железа твердым восстановителем

Если на производстве задействована технология получения губчатого железа путем твердого восстановления, то этот метод подразумевает в себя следующие операции:

  • дробление и измельчение руды;
  • для достижения высокой концентрации железа, не более 3% пустой породы, осуществляется магнитное обогащение;
  • обогащенная руда смешивается с топливом органического происхождения, в состав которого входят древесные опилки и иные аналогичные органические структуры;
  • создание из получившейся массы брикетов, с последующим перемещением их для обжига в печь.

Восстановление железа происходит вследствие сгорания углерода, который заключен в брикетах.

Полученное губчатое железо, как при твердом, так и газообразном восстановлении, в последующем направляется на стандартную переработку для получения стали.

Переплавка обычно осуществляется в электропечах, при этом в металл вводят необходимое количество углерода и иных примесей.

Примеры

Расплавы

Активные металлы, менее активные металлы и неактивные металлы в расплавах ведут себя одинаково.

1. Соль активного металла и бескислородной кислоты:

NaCl⟷Na++Cl−{\displaystyle {\ce {NaCl <-> Na+ + Cl-}}}

K(-): Na++e−=Na{\textstyle {\ce {Na+ + e- = Na^0}}}

A(+): Cl−−e−⟶Cl⟶Cl2{\displaystyle {\ce {Cl- — e- -> Cl^0 -> Cl2}}}

2. Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты:

Na2SO4⟷2Na++SO42−{\displaystyle {\ce {Na2SO4 <-> 2Na+ + SO4^2-}}}

K(-): 2Na++2e−=2Na{\displaystyle {\ce {2Na+ + 2e- = 2Na^0}}}

A(+): 2SO42−−4e−=2SO3+O2{\displaystyle {\ce {2SO4^2- — 4e- = 2SO3 + O2}}}

3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион:

NaOH⟷Na++OH−{\displaystyle {\ce {NaOH <-> Na+ + OH-}}}

K(-): Na++e−=Na{\displaystyle {\ce {Na+ + e- = Na^0}}}

A(+): 4OH−−4e−=2H2O+O2{\displaystyle {\ce {4OH- — 4e- = 2H2O + O2}}}

Активные металлы

1. Соль активного металла и бескислородной кислоты

NaCl⟷Na++Cl−{\displaystyle {\ce {NaCl <-> Na+ + Cl-}}}

K(-): 2H2O+2e−=H2+2OH−{\displaystyle {\ce {2H2O + 2e- = H2 + 2OH-}}}

A(+): Cl−−e−⟶Cl⟶Cl2{\displaystyle {\ce {Cl- — e- -> Cl0 -> Cl2}}}

2. Соль активного металла и кислородсодержащей кислоты

Na2SO4⟷2Na++SO42−{\displaystyle {\ce {Na2SO4 <-> 2Na+ + SO4^2-}}}

3. Гидроксид: активный металл и гидроксид-ион

NaOH⟷Na++OH−{\displaystyle {\ce {NaOH <-> Na+ + OH-}}}

Менее активные металлы и неактивные металлы

1. Соль менее активного металла и бескислородной кислоты

ZnCl2⟷Zn2++2Cl−{\displaystyle {\ce {ZnCl2 <-> Zn^2+ + 2Cl-}}}

K(-): Zn2++2e−=Zn{\displaystyle {\ce {Zn^2+ + 2e- = Zn^0}}}

A(+): 2Cl−−2e−=2Cl{\displaystyle {\ce {2Cl- — 2e- = 2Cl^0}}}

2. Соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты

ZnSO4⟷Zn2++SO42−{\displaystyle {\ce {ZnSO4 <-> Zn^2+ + SO4^2-}}}

K(-): Zn2++2e−=Zn{\displaystyle {\ce {Zn^2+ + 2e- = Zn^0}}}

Вывод: 2ZnSO4+2H2O⟶2Zn+2H2SO4+O2{\displaystyle {\ce {2ZnSO4 + 2H2O -> 2Zn + 2H2SO4 + O2}}}

3. Гидроксид: невозможно (нерастворим)

Алюмотермический способ

Алюмотермический способ; сырьем служит хромит.

Алюмотермическим способом кремний получается при нагревании смеси серы, кремнезема и металлического алюминия.

Зависимость энергии Гиббса образования некоторых оксидов от температуры.

В технике алюмотермическим способом получают хром, марганец, ванилин.

Технический марганец, полученный алюмотермическим способом, при необходимости подвергают электрохимическому рафинированию и вакуумной переплавке. Электрохимически очищенный марганец содержит обычно не более 0 05 % примесей.

Металлический стронций сейчас получают алюмотермическим способом.

Сплавы алюминия с цирконием получают алюмотермическим способом с использованием окиси циркония или введением циркония в сплав в виде богатых лигатур предварительно полученных алюмотермическим методом или дуговым сплавлением в защитной атмосфере. Температура плавления алю-минидов находится в пределах 1200 — 1645 С, за искл ючением ZrAls, температура плавления которого составляет 940 С. Электропроводность алюминидов соответствует электропроводности металлов. ZrAla на воздухе устойчив, но в кислотах и щелочах разлагается.

Общая схема производства четыреххлори.

Ферротитан получают из ильменитовых концентратов алюмотермическим способом в электропечах.

Из термических способов в последнее время в промышленности применяется алюмотермический способ получения кальция. Преимуществом термического способа следует считать значительное сокращение расхода электроэнергии и уменьшение стоимости сырья. К недостаткам способа надо отнести сложность технологической схемы производства, которая включает прокалку извести, дробление и размол, смешение извести с восстановителем, брикетирование и нагрев до высокой температуры.

В небольших количествах для нужд черной металлургии из ильменитовых концентратов алюмотермическим способом в электропечах получают ферротитан состава, %: 25 — 30 Ti; 5 — 8 А1; 3 — 4 Si; остальное — железо.

Сколько нужно взять алюминия для получения 112 г железа из его закиси-окиси алюмотермическим способом.

Сколько нужно взять алюминия для получения 15 2 г хрома из его окиси алюмотермическим способом.

Сколько нужно взять алюминия для получения 115 2 г хрома из его окиси алюмотермическим способом.

Рассчитайте количество алюминия, необходимое для восстановления металла, из 38 г этого оксида алюмотермическим способом.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.