Металлы в природе. Получение металлов

Только мало активные в химическом отношении металлы встречаются в природе в свободном состоянии, поэтому их называют «самородными металлами». Это золото, платина («благородные металлы»), реже Ag, Cu, Hg. Большинство металлов образуют минералы, основой которых являются различные соединения: оксиды, чаще гидратированные (Fe₂O₃, Fe₃O₄, Al₂O₃, SnO₂, MnO₂); сульфиды и дисульфиды (ZnS, PbS, Ag₂S, FeS, FeS₂), карбонаты (CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃) и другие.

Природные минералы и горные породы, содержащие металлы в таких соединениях и в таких концентрациях, при которых их переработка с целью получения металла экономически целесообразна, называют рудами.

Отрасль промышленности, производящая металлы и их сплавы из природных руд и другого сырья, например, металлического лома, называют металлургией. Различают пирометаллургические (то есть процессы при высоких температурах) игидрометаллургические (процессы в водных растворах) способы получения металлов.

Так как в любом соединении металл находится в положительной степени окисления (в окисленном состоянии), следовательно, получение металла в свободном состоянии — это процесс восстановления.

Чаще всего металлы получают восстановлением из их оксидов. Оксиды металлов составляют основу железных руд (Fe₂O₃, Fe₃O₄), алюминиевой руды (Al₂O₃), оловянной (SnO₂), марганцевой (MnO₂).

Если же в основе руды сульфиды, их приходится предварительно подвергать окислительному обжигу, при этом образуется оксид металла, из которого в дальнейшем получают металл:

2PbS + 3O₂ 2PbO + 2SO₂

PbO + CO Pb + CO₂

Самым сильным восстановителем является электрический ток на катоде (катодное восстановление). Поэтому для получения активных металлов широко применяется электрохимический способ, то есть электролиз расплавов солей, оксидов.

При химическом восстановлении используются такие восстановители, как уголь (обычно в виде кокса), оксид углерода (II), водород, активные металлы.

Кокс и СО применяют в производстве чугуна, свинца.

Способы получения металлов, при котором роль восстановителя выполняют другие металлы (Al, Mg, Ca, щелочные металлы), называют металлотермическими, во второй половине XIX столетия их исследовал Н.Н. Бекетов. Процессы происходят при высоких температурах. Например, алюминотермия:

Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃

магниетермия:

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Очень часто металлы (Fe, Cu, W, Ni) получают восстановлением водородом:

WO₃ + 3H₂ W + 3H₂O