Природное сырье и способы его переработки

Формы нахождения в природе
ЩМ и ЩЗМ – соли: ЩМ – Г-, NO3-, SO42-, CO32- (реже)
ЩЗМ – PO43-, CO32-, SO42-; Г- и NO3- реже
силикаты
M3+ - высокое сродство к кислороду
(Al, РЗЭ, Sc)
оксиды, гидроксиды, силикаты, фосфаты
Sn, Pb, большинство d – элементов - оксидные или
сульфидные
(арсенидные)
минералы
Элементы в самородной форме - Au, Ag, Cu, Hg,
платиновые, N2, O2, сера

Обогащение руд (отделение пустой породы)
Разделение по: плотности
магнитным свойствам
смачиваемости
растворимости
...
Очистка, разделение смесей
- перевод одного из компонентов в раствор или осаждение из
раствора
- перевод в летучую форму + перегонка
(гидриды, галогениды)
Ti, Si, Ge, W, ...
- поглощение компонентов адсорбентов
хроматография

Цианидное выделение золота
порода с Au + NaCN, O2 Na[Au(CN)2] р-р
Zn
Au↓ + Na2[Zn(CN)4] р-р
Метод Ван Аркеля – Де Бура
TiI4 t, нагретая мет. нить Ti
(WI2) (W)
галогеновые лампы
Разделение РЗЭ
дробная кристаллизация - «мишметалл» (40% Ce, 20% La, 15%Nd,...)
хроматография, экстракция – до 99,9%

Разделение (аффиннаж) платиновых металлов
Встречаются в природе в рудах Ni, Cu
электролитическая очистка Cu или Ni
смесь платиновых
металлов в анодных
шламах
растворение
в HCl + HNO3
р-р
H2[ЭCl6]
кроме Os
осадок OsO4,
отгонка
+ NH4Cl
р-р
осадок
(NH4)2PtCl6
упар.
+ HNO3
р-р
осадок
(NH4)2IrCl6
Zn
+ H2SO4
Pd, Ru, Rh (Pt, Ir)
HCl
+ HNO3
H2SO4
отгонка
Pd (р-р)
Rh (р-р)
RuO4

Методы получения простых веществ
Перевод оксидов или солей в летучие галогениды:
M2Ox + xC + xГ2 => 2MГx + x CO
Перевод сульфидных руд в оксиды: обжиг на воздухе

Получение железа
Доменный процесс
2C + O2 => 2CO
3C + Fe2O3 => 2Fe + 3CO
3CO + F2O3 => 2Fe + 3CO2
чугун (система Fe-C с >2,14% C)
понижение конц. С
выжиганием
сталь (<2,14% C)
(мартеновский процесс,
конвертерный, ...)

Получение алюминия
анод: угольные стержни
электролит: р-р Al2O3 в расплаве Na3AlF6
катод: жидкий Al на дне электролизной ванны
Реакции:
Al2O3 => AlO+ + AlO2-
анод: 2AlO2- - 2e- => Al2O3 + 1/2O2 (+ C => CO2)
катод: 3AlO+ + 3e- => Al2O3 + Al
проблема инертного анода
требования к материалу?

Получение меди
первичные Cu минералы – сульфиды (CuFeS2, CuS, Cu2S)
вторичные минералы: куприт Cu2O тенорит CuO
малахит Cu2(OH)2CO3
Начало выплавки меди (энеолит) – вторичные минералы + С
Производство из сульфидных руд:
выплавка:
4CuFeS2 + 10,5O2 => 4Cu + FeO + Fe3O4 + 8SO2
электролитическое рафинирование:
катод – чистая медь; анод – черновая медь