Дата_____________ Класс_______________

Тема: Понятие о металлургии. Способы получения металлов. Сплавы (сталь, чугун, дюралюминий, бронза). Проблема безотходных производств в металлургии и охрана окружающей среды.

Цели урока: знать определение металлургии, способы промышленного получения металлов, роль русских ученных в развитии металлургии; знать понятие руды и пустой породы, основные стадии получения металла.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала.

Природные соединения металлов

 

Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в виде сложного вещества.

 

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

 

1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)

2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe₃O₄, FeS₂)

3. Благородные – в свободном виде (Au, Pt, Ag)

 

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот или оксидов:

 

• хлоридов – сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;

• нитратов – чилийская селитра NaNO₃;

• сульфатов – глауберова соль Na₂SO₄ · 10 H₂O, гипс CaSO₄ • 2Н₂О;

• карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃ • MgCO₃;

• сульфидов –  серный колчедан FeS₂, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;

• фосфатов – фосфориты, апатиты Ca ₃(PO₄)₂ ;

• оксидов – магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк Fe₂O₃ • Н₂О.

 

Ещё в середине II тысячелетия до н. э. в Египте было освоено получение железа из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.

 

Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов.

 

Получение металлов

 

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

Ме⁺ⁿ  + ne^- → Me⁰

 

I. Пирометаллургический способ

Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических - кокс, оксид углерода (II), водород; металлических - алюминий, магний, кальций и другие металлы.

 

1. Получение меди из оксида с помощью водорода – Водородотермия:

 Cu ⁺²O + H₂ = Cu⁰ + H₂O

 

2. Получение железа из оксида с помощью алюминия –Алюмотермия:

 Fe⁺³₂O₃ +2Al = 2Fe⁰ + Al₂O₃

 

Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:

3Fe₂ O₃ + H₂ = 2Fe₃ O₄ + H₂O или 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

 Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O

Fe₃O₄ + 4CO = 3Fe + 4CO₂

 

II. Гидрометаллургический способ

Способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным.

 

Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

 

1 стадия – CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O,

2 стадия – проводят реакцию замещения более активным металлом

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

 

III. Электрометаллургический способ

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза).

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

 

2NaCl ^эл.ток→ 2Na + Cl₂

 2Al₂O₃ ^эл.ток→  4Al + 3O₂

 

IV. Термическое разложение соединений

 

Например, получение железа:

Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-200⁰, образуя пентакарбонил:

 Fe + 5CO = Fe (CO)₅

 

Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 250⁰ карбонил разлагается, образуя порошок железа:

Fe (CO)₅ = Fe + 5CO↑

 

Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа.

  

Реакции, лежащие в основе получения металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

M_xO_y + C = CO₂ + Me  или   M_xO_y + CO = CO₂ + Me 

2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением

1 стадия – M_xS_y+O₂=M_xO_y+SO₂

2 стадия -  M_xO_y + C = CO₂ + Me  или   M_xO_y + CO = CO₂ + Me

3. Алюминотермия (восстановление более активным металлом)

M_xO_y + Al = Al₂O₃ + Me 

4. Водородотермия

M_xO_y + H₂ = H₂O + Me 

 

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами выделения из них металла, как простого вещества.

Проблема безотходных производств в металлургии

и охрана окружающей среды

 

Безотходная технология - технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту окружающей среды.

Безотходная технология - принцип организации производства вообще, подразумевающий использование сырья и энергии в замкнутом цикле. Замкнутый цикл означает цепочку первичное сырьё - производство - потребление - вторичное сырьё.

Как известно, при обжиге руд цветных металлов образуются газы, содержащие оксид серы (IV) – SO₂. Этот газ засоряет окружающую среду, но  его можно улавливать и использовать для производства серной кислоты. В результате можно не только предотвратить загрязнение окружающей среды, но и получить дополнительную прибыль. Так, например, при получении 1 т меди можно получить примерно 10 т серной кислоты.

3. Домашнее задание

П.35, 45-47, упр.1-3, 5-6 на стр. 147.

Выполнить доклады по темам:

1. Курская магнитная аномалия.

2. ОЭМК.

3. Лебединский ГОК.

4. Стойленский ГОК.

5. М. В. Ломоносов.

6. Н. Н. Курнаков.

7. П. П. Аносов.

8. Д. И. Чернов.