Получение алюминия

Горные породы с высоким содержанием оксида алюминия (бокситы, нефелины, алуниты, каолины) называются алюминиевыми рудами.

Алюминий - самый распространенный в земной коре металл. Главная масса его сосредоточена в алюмосиликатах. Чрезвычайно распространенным продуктом разрушения образованных ими горных пород является глина, основной состав которой отвечает формуле Al2O3.2SiO2.2H2O. Из других природных форм нахождения алюминия наибольшее значение имеют боксит Al2O3.xH2O и минералы корунд Al2O3 и криолит AlF3.3NaF.

В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом раствора глинозема Al2O3 в расплавленном криолите. Al2O3 должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al2O3 около 2050 оС, а криолита 1100 оС. Электролизу подвергают расплавленную смесь криолита и Al2O3, содержащую около 10 масс.% Al2O3, которая плавится при 960 оС и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF3,,CaF2 и MgF2 проведение электролиза оказывается возможным при 950 оС.

Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно, собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это - алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами.

Al2O3 = Al3+ + AlO33-

На катоде выделяется жидкий алюминий:

Al3+ + 3е- = Al

Алюминий собирается на дне печи, откуда периодически выпускается. На аноде выделяется кислород:

4AlO33- - 12е- = 2Al2O3 + 3O2

Получение меди.

В настоящее время медь добывают только из руд. В зависимости от характера входящих в их состав соединение, подразделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют наибольшее значение, поскольку из них выплавляются 80% всей добываемой меди. Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются: халькозин, или медный блеск,Cu2S; халькопирит, или медный колчедан,CuFeS2; куприт Cu2О и малахит CuCO3·Cu(OH)2.

Медные руды, как правило, содержат такое количество примесей, что непосредственное получение из них меди экономически невыгодно. Поэтому в металлургии меди особенно важную роль играет флотационный способ обогащения руд, позволяющий использовать руды с очень небольшим содержанием меди.

Для получения меди из сульфидных руд обожженную руду сплавляют в шахтных или отражательных печах с кремнеземом и коксом. При этом большая часть железа переходит в шлак в виде силиката железа FeSiO3 , медь же превращается в сульфит Cu2S, который вместе с остающимися еще в руде сульфидом железа образует штейн, собирающийся на дне печи под слоем шлака.

Дальнейшая обработка штейна с целью удаления из него оставшегося железа ведётся в конверторах. Сквозь находящийся в конверторе расплавленный штейн, к которому добавлено необходимое количество песка, продувают воздух или, что более эффективно, кислород.

Химические процессы, происходящие в конверторе, довольно сложны. Находящийся в штейне сульфид железа превращается в закись железа и удаляется в виде силиката в шлаке:

2FeS+3O2=2FeO+2SO2

2FeO+2SiO2=2FeSiO3

Медь восстанавливается до металла. При этом, вероятно, происходят следующие реакции:

2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2

2CuO+ Cu2+6Cu+ SO

Выделяющиеся при этих реакциях тепло поддерживает в конверторе температуру 1100-1200ºС и делает излишним расход топлива.

Вдувание воздуха продолжают до тех пор, пока не восстановится вся медь, о чём можно судить по характеру вырывающего из конвертора пламени. Расплавленную медь выпускают из конвектора в песчаные формы, где она и застывает в виде толстых пластин.

Получение титана

Титан очень распространен в природе; составляя 0,61 вес. % земной коры, он стоит впереди таких широко используемых в технике металлов, как медь, свинец и цинк.

Минералы, содержащие титан, находятся в природе повсеместно. Важнейшими из них являются: титаномагнетиты FeTiO3 ·nFeO4, ильменит FeTiO3, сфен CaTiSiO5 и рутил TiO2. Несмотря на большую распространенность титана в природе, его до последнего времени относили к редким элементам и он находил, лишь весьма ограниченное применение. Однако за последнее время этот элемент стал предметам обширных и обстоятельных исследований в большинстве стран мира.

Такое внимание титану объясняется тем, что исследование свойств чистого титана, впервые полученного в 1925 г., показало, что в чистом виде этот металл весьма пластичен и легко поддается механической обработке. Он хорошо куется и прокатывается в листы и даже в фольгу. Это, в сочетании с высокой коррозионной устойчивостью и жаропрочностью, делает титан ценнейшим конструкционным материалом для многих областей новой техники, в частности для авиации и ракетостроения.

Сущность получения металлического титана заключается в восстановлении четыреххлористого титана или окислов титана или натриетермическим способом. В результате значительного количество исследований разработан ряд способов получения чистого титана. Из них наибольшее значение имеет способ, заключающихся в переводе титановой руды в чистую двуокись титана с последующим ее хлорированием в присутствии угля или молотого графита:

TiO2 + 2C12 + 2C TiC14 + 2CO

Образовавшийся четыреххлористый титан восстанавливают металлическим

магнием или натрием:

TiC14 + 2Mg Ti + 2MgC12

TiC14 + 4Na Ti + 4NaC14

Металлический титан плавится при 1725ºС; плотность его равна 4,54 г\см.