Металлы в чистом виде в природе
В классе самородных металлов одним из важнейших является подкласс минералов с координационной структурой (группы меди, железа, платины, осмистого иридия).
Группа меди
Из минералов, принадлежащих к группе меди, мы рассмотрим два минеральных вида — медь и электрум. Минералы этой группы кристаллизуются в гексоктаэдрическом классе кубической сингонии — Oh — m3m(3L44L⁶36L29PC). Кристаллическая струкра их характеризуется гранецентрироваиным кубом с плотнейшей упаковкой атомов, размещенных в вершинах куба и в центре каждой его грани. Размер элементарных ячеек указывает на возможность образования непрерывных изоморфных смесей между серебром и золотом и ограниченную смесимость этих металлов с медью. Минералы группы меди встречаются в виде кристаллов и кристаллических сростков, часто наблюдаются неправильные зерна с искривленными гранями, закругленными ребрами и неравномерным ростом по разным направлениям, в результате чего образуются широко распространенные среди этих минералов дендритовидные формы. По происхождению минералы группы золота являются либо первичными образованиями, связанными главным образом с гидротермальными и пневматолитовыми процессами, либо вторичными, возникшими на поверхности в процессе разрушения или окисления.
Медь — Сu. Химический состав. Медь обычно бывает химически чистой, иногда содержит примеси Ag, Au и Fe (до 2,5%).
Разности: золотистая медь с содержанием Au до 2—3%; витнеит — с содержанием Au до 11,6%.
Агрегаты и габитус. Медь образует неправильные плоские дендриты и пластины, возникающие в трещинах горных пород .
В некоторых месторождениях были встречены сплошные массы меди весом в несколько тонн. Например, в районе Верхнего озера в США найдены отдельные глыбы самородной меди до 1000 т. Правильно образованные кристаллы наблюдаются редко, чаще они имеют кубический габитус с главными формами куба, ромбического додекаэдра , октаэдра и др. Встречаются двойники срастания по (111) реже по (110). Как кристаллы, так и двойниковые образования меди редко развиваются равномерно по всем направлениям. Обычно вместо сплошного кристалла возникает сетка удлиненных, вытянутых в одном определенном направлении скелетных форм или дендритов.
В простых кристаллах рост выражен в основном в направлении четверных осей, и тогда ветви дендрита образуют одна с другой прямые углы. В двойниковых образованиях ветви дендрита вытянуты вдоль двойной оси, параллельной двойниковой плоскости. Физические свойства меди приведены в табл.
Диагностические признаки. Медь легко определяется по цвету, ковкости и плотности. Главные линии на рентгенограммах: 2,085; 1,806; 1,276. В разведенной азотной кислоте растворяется легко, в соляной — труднее. Раствор с излишком аммиака имеет характерный синий цвет. П. п. т. плавится (температура плавления 1083° С).
Отличие от сходных минералов. Самородную медь в сплошных скоплениях можно спутать с никелином и борнитом. Отличия:
- Никелин нековкий имеет буровато-черную черту и более высокую твердость (5);
- Борнит имеет индигово-синюю побежалость.
Искусственное получение. Медь легко получают при восстановлении из раствора органическими и неорганическими веществами. Хорошие кристаллы меди возникают при электролизе.
Скопления самородной меди чаще всего возникают в связи с экзогенными процессами, но такие образования редко имеют практическое значение . Самородная медь характерна для нижних частей зон окисления медных сульфидных месторождений. Особенно интересны в минералогическом отношении Турьинские месторождения Урала, самородная медь которых была исследована еще в 1837 г. Г. Розе, а также старые Калмакташские рудники в Казахстане. Образцы самородной калмакташской меди весом в несколько тонн сохранились только в музеях. В некоторых осадочных породах, например в песчаниках, наблюдается самородная медь, цементирующая отдельные песчинки (медистые песчаники), а также выделяющаяся в них в виде конкреций. Такие образования известны в Приуралье, Донбассе, в Подолии, в Наукатском месторождении в Средней Азии и в других местах. В зоне окисления и в осадочных породах самородная медь могла образоваться по таким реакциям:
В экзогенных месторождениях самородная медь встречается вместе с купритом (Cu2О), халькозином (Cu2S), бурыми железняками, малахитом (CuCu(OH)2[CO3]) В них она образует псевдоморфозы по куприту и халькозину, а в старых горных выработках встречаются ее псевдоморфозы по обломкам дерева и выделения на железных предметах. Эта медь называется цементной и образуется по реакции
На земной поверхности самородная медь не устойчива и в кислородных условиях переходит в куприт (Сu2О) и тенорит (СuО), а в водно-воздушной среде — в махалит (CuCu(OH)2 [СО3]) и азурит (Cu2Cu(OH)2[СО3]2).
Практическое использование меди общеизвестно. Основными отраслями народного хозяйства, которые используют значительное количество меди, являются машиностроение, металлургия, электротехника, приборостроение. Медь используется также для чеканки монет. Нижний промышленный предел самородной меди в промышленных месторождениях равен 0,5%.
Похожие страницы:
Что такое платина самородная Это Pt — минерал класса самородных металлов. К группе платине самородной относятся минералы, представляющие собой природные.
Содержание статьи1 МЕДЬ САМОРОДНАЯ1.1 Образование меди1.2 Медный порошок МЕДЬ САМОРОДНАЯ Сu — минерал класса самородных металлов. Тонкие смеси самородной меди.
Содержание статьи1 Самородные металлы2 Платина3 Золото3.1 Серебро3.2 Медь Самородные металлы Особую группу представляют минералы, весьма важные в практическом отношении и.
Минерал самородная платина Группа самородной платины . К этой группе принадлежит большое количество минералов, которые представляют собой твердые растворы Pt, Fe.
Платина обогащение Формы нахождения платиновых металлов в рудах определяют их поведение в последующих процессах обогащения. Поэтому их изучение имеет большое.
Минералы самородные металлоиды Из минералов, которые входят в этот класс, мы рассмотрим довольно редкие самородный мышьяк и самородный висмут, принадлежащие.
Какие металлы встречаются в природе в самородном состоянии?
Какие химические элементы встречаются в самородном состоянии?
Металлы в чистом виде, то есть в самородном состоянии, в виде самородков, встречаются в природе достаточно редко, хотя с такими металлами человечество познакомилось уже очень давно, когда первобытные люди обнаружили самородки золота или меди. Именно химически инертные металлы чаще всего и встречаются в природе в виде самородков. Это благородные металлы, к которым помимо золота относится платина, иридий, осмий, палладий, рутений и родий. Это серебро и медь. Чистое железо также может встретится в природе, хотя в основном это метеоритное железо. Известны случаи нахождения самородков алюминия, цинка, свинца, олова, хрома, кадмия и даже ртути. Находили даже самородные сплавы - чугун, латунь.
Металлов в природе насчитывается более 90. 60 из них встречаются в природе в виде соединений или в свободном состоянии в виде самородков.
Имеются металлы, которые
- встречаются только в свободном виде (такие как золото и платина, так как они очень химически инертны и взаимодействуют с другими элементами при жестких условиях).
- встречаются в природе только в виде соединений с другими химическими элементами, потому что они очень активны и не могут существовать в свободном состоянии (такие как натрий и калий или кальций)
- встречаются и в виде соединений и с свободном состоянии, например никель, олово, свинец.
Металлы в природе
По поводу металлов которые встречаются в самородном состоянии хочу заметить, что речь идет о металлах которые можно назвать химически чистыми, а не в в виде химических соединений. Я не стал приводить все металлы, так как их достаточно много. Но хочу отметить, что если вы посмотрите таблицу Менделеева, то там перечислены эти металлы, прежде всего это инертные металлы, например редкоземельные металлы - неодим и его аналоги находящиеся рядом с ним , например празеодим, металлы платиновой подгруппы. А из тех которые многим известны это палладий и никель.
Самородные элементы - это элементы, которые встречаются в природе в виде простого вещества, молекулы которого построены только из одного элемента. Самородные элементы образовались в природе в результате геологических или космических процессов. Всего насчитывается около 45 самородных элементов, в том числе газы и металлы.
Самородные металлы - это металлы, которые встречаются в природе в виде простого вещества (в виде песка или в виде мелких и крупных самородков), а не только в виде соединений с другими элементами.
К самородным металлам относятся благородные металлы: золото Au, платина Pt, осмий Os, иридий Ir. К самородным элементам или самородным металлам относится медь Cu, она часто встречается в природе в самородках. Свинец Pb, олово Sn, ртуть Hg, алюминий Al, встречаются в самородках гораздо реже. Встречается и железо Fe в метеоритах.
Самородные металлы
такие ископаемые металлы, которые представляют собой химически простые тела и могут находиться лишь в механической смеси с другими минералами. Из более часто встречающихся относятся к С. золото, серебро, платина, ртуть, медь, железо и полуметаллы — мышьяк, сурьма и висмут; из редких — свинец, олово и теллур (см.). Большей частью они являются в аморфном состоянии, являясь в виде разного рода пластинок, зерен, сеток, угловатых кусков, слитков и т. п. Самые кристаллы обыкновенно очень несовершенны: тусклы, неправильны, с тупыми, как бы обтертыми или оплавленными ребрами, хотя и взяты из коронных месторождений. Большинство С. образует кристаллы правильной системы; только мышьяк, сурьма, висмут и теллур кристаллизуются по ромбоэдрическому отделению гексагональной системы.
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .
Смотреть что такое "Самородные металлы" в других словарях:
Самородные элементы — (a. native elements; н. gediegene Elemente; ф. elements natifs; и. elementos nativos) класс минералов, хим. состав к рых отвечает химическим элементам. Cреди C. э. (ок. 80 минералов) различают самородные металлы, полуметаллы и неметаллы.… … Геологическая энциклопедия
САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — класс минералов, химический состав которых отвечает отдельным химическим элементам. Структура обычно координационная (алмаз, медь, золото и др.). Среди самородных элементов (ок. 80 минералов) различают самородные металлы (Au, Ag, Сu, Pt, Fe и… … Большой Энциклопедический словарь
самородные элементы — класс минералов, химический состав которых отвечает отдельным химическим элементам. Структура обычно координационная (алмаз, медь, золото и др.). Среди самородных элементов (около 80 минералов) различают самородные металлы (Au, Ag, Cu, Pt, Fe… … Энциклопедический словарь
САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — минералы, состав к рых отвечает индивидуальным хим. элементам. Среди С. э. (ок. 80 минералов) различают: самородные металлы (золото, платина, серебро, медь и др.), полуметаллы (мышьяк, сурьма) и неметал лы (алмаз, графит, сера). Большинство С. э … Большой энциклопедический политехнический словарь
САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — класс минералов, хим. состав к рых отвечает отд. хим. элементам. Структура обычно координационная (алмаз, медь, золото и др.). Среди С. э. (ок. 80 минералов) различают самородные металлы (Au, Ag, Cu, Pt, Fe и др.) и неметаллы (алмаз, графит, сера … Естествознание. Энциклопедический словарь
МЕТАЛЛЫ САМОРОДНЫЕ — встречающиеся в природе в чистом или почти чистом виде. См. Элементы самородные. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
Самородные элементы — Серебро самородное в кварце. Размер 5 x 3 см Самородные элементы класс единой кристаллохимической классификации минералов (подроб … Википедия
Самородные элементы — химические элементы, встречающиеся в природе в виде более или менее устойчивых минералов. Среди С. э. различают: неметаллы (полиморфные модификации углерода алмаз и графит, самородные S, Se, Te), полуметаллы (самородные As, Sb) и металлы… … Большая советская энциклопедия
самородные элементы — [native elements] химические элементы, встречающиеся в природе в виде более или менее устойчивых минералов. Среди самородных элементов различают: неметаллы (полиморфные модификации С алмаз, графит, самородные S, Se, Те), полуметаллы (самородные… … Энциклопедический словарь по металлургии
МИНЕРАЛ — (от позднелат. minera руда), прир. твердое тело с характерными хим. составом, кристаллич. структурой и св вами. Образуется в результате физ. и хим. процессов (экзогенных, эндогенных и метаморфических; см. Полезные ископаемые )в глубинах и на пов… … Химическая энциклопедия
Способы образования минералов этой группы очень разнообразны: их можно вкратце свести к двум главным видам генезиса. Некоторые самородные элементы (платина, осмий, иридий, большая часть железа, алмаз, значительная часть золота, висмута и др.) являются первичными образованиями т. е. они выделяются непосредственно из магмы или ее газовых или водных эманации.
Другие относятся к вторичным образованиям, для выделения которых из их соединений необходимы те или иные химические реакции. Сюда относится медь, серебро, сурьма, ртуть, мышьяк, сера и др.
Есть самородные элементы, для которых известны обе формы генезиса; это относится к золоту, никелю, железу, углероду и др. Вообще в генетическом отношении самородные элементы чрезвычайно различны, причем образование одних (алмаз) еще далеко не ясно, а для других достаточно сложно.
Платина
Химический состав—Pt. Обычна примесь железа, реже — осмия, иридия. Тв. 4—5. Уд. в. 14—19 (при содержании Os и Ir доходит до 21).
Самородная платина имеет стально-серый цвет и металлический блеск.
Диагностика. Платина отличается от других самородных элементов высоким удельным весом и большой твердостью. Типичны формы выделения платины в хромистом железняке.
Обычно встречается в зернах и чешуйках. Кристаллы встречаются редко. Крупные самородки платины также попадаются редко (рис. 2 и 3). При большом содержании железа платина иногда магнитна (действует на магнитную стрелку). Подобии золоту, платина встречается в коренных и россыпных месторождениях.
Коренные месторождения платины до последнего времени бы ли известны на Урале, где они приурочены к выходам темных, богатых оливином и пироксенами, пород, так называемых дунитов, перидотитов или образовавшихся из них змеевиков, содержащих выделения хромистого железняка. Платина рассеяна в хромистом железняке, с которым она обычно связана. Она встречается в виде мельчайших зерен, и лишь изредка образует более или менее крупные вкрапления.
Кроме того, коренная платина обычна в качестве пос тоянной примеси в никелистом пирротине и приурочена к породам группы габбро (месторождения Седбёри в Канаде и др.).
Употребление. Благодаря своей тугоплавкости (температура плавления 1775°) и неизменяемости при действии большинства кислот, платина применяется для изготовления химической посуды и аппаратов; кроме того, употребляется в зубоврачебном и ювелирном деле. Губчатая платина широко применяется в хи мической практике в качестве катализатора, а соли платины — в рентгенотехнике и при химическом анализе.
До 1913 г. 95% всей мировой добычи платины приходилось на Урал, где она добывалась исключительно в россыпях в Исовском и Тагильском округах. Остальная часть добычи приходилась на Колумбию. После мировой войны (1914—1918 гг.) добыча в Колумбии сильно возросла. Из других стран с 1926 г. получила большое значение Южная Африка (Бушвельдский комплекс), где разрабатываются преимущественно коренные месторождения платины, а за последние годы — Канада.
Золото
Химический состав- Аu. Тв. 2,5—3. Уд. в. 15,6—19,3.
Самородное золото редко бывает совершенно чистым; обычно содержит примесь серебра и, реже, меди. Золото имеет ярко желтый цвет и отличается хорошей ковкостью.
Диагностика. По внешнему виду золото больше всего похоже на халькопирит, особенно в мелких вкраплениях. От халькопирита золото отличается меньшей твердостью, отсутствием побежалости, высоким удельным весом и ковкостью. Нож дает на золоте блестящую царапину, хорошо видную под лупой.
Золото встречается главным образом в самородном состоянии в форме зерен, пластин, самородков. Кристаллы редки и обычно деформированы — сплющены или изогнуты. Самородки достигают иногда очень крупных размеров. Самый крупный самородок, найденный на Урале, весил 36 кг (рис. 3). Один из самых больших самородков в мире, найденный в Австралии, весил 68,98 кг .
Золото в природе легко истирается и превращается в мельчайшую пыль, незаметную для глаза. В таком же виде оно обычно содержится в золотоносных породах. Первичной формой образования золота является его выделение из магм, преимущественно гранитных, а также гидротермальных растворов, генетически с ними связанных.
При циркуляции по трещинам в гранитах, при высоком давлении и температуре, минеральных растворов, содержащих углекислые, сернокислые и мышьяковокислые соли щелочных и щелочноземельных металлов, происходит химическое видоизменение породы; золото выносится подами вместе с растворами кремнезема и сернистых минералов (пирита, мышьякового колчедана и др.) и отлагается вместе с ними в кварцевых рудных жилах, причем оно нередко входит в состав колчеданов. При разрушении на поверхности земли горных пород, содержащих золото, последнее, вследствие высокого удельного веса и химической стойкости, скопляется в песках, образуя золотые россыпи.
В россыпях золото встречается вместе с магнетитом, ильменитом, шеелитом, киноварью, цирконом и другими минералами. Такое золото называется шлиховым в отличие от жильного.
При благоприятных экономических условиях золотые россыпи имеют промышленное значение при содержании золота от 0,1 г и выше на 1 г породы.
Для извлечения золота из жил золотоносный кварц дробится при помощи механизмов и подвергается затем так называемой амальгамации. При этом мелкораздробленный кварц смывается струей воды, а золото медленно движется по наклонной поверхности, обитой медными амальгамированными (покрытыми ртутью) листами (амальгаматорами), которыми и задерживается.
Время от времени амальгама счищается с поверхности листов и нагревается в ретортах; ртуть отгоняется и дистиллируется, а золото остается на дне реторты. Часть золота остается в эфелях, смываемых с амальгаматора струей воды, и извлекается затем посредством цианирования, причем золото переходит в раствор. Из этого раствора золото извлекается цинковыми стружками, на поверхности которых оно оседает из раствора. Затем цинковые стружки с осажденным на поверхности золотом сильно накаливаются в печах, цинк отгоняется и остается золото.
Из россыпей золото извлекается посредством промывки, причем происходит разделение по удельному весу. Тяжелые зерна золота задерживаются на плоском дне желоба и также улавливаются ртутью, а более легкие частички кварца и других минералов смываются струей воды. В СНГ 80% золота добывается из россыпей.
В СНГ важнейшие месторождения золота находятся в Сибири. Ряд месторождений жильного и рассыпного золота находится на Урале, в Казахстане и др.
Мировая добыча золота в 1934 г. (без СНГ) составила 720 т.
Серебро
Химический состав — Ag, нередко с небольшой примесью золота и меди. Тв. 2,5—3. Уд. в. 10—11. Сингония кубическая.
В свежем виде самородное серебро белого цвета с металлическим блеском. Образование на поверхности сернистого серебра вызывает ее почернение или пожелтение.
Диагностика. Для серебра типичны характер агрегатов (волосовидные, проволочные, листовидные формы) и ковкость. Обладает серебряно-белым цветом и сильным металлическим блеском в свежем изломе или на свежеочищенной поверхности. В отличие от платины, не встречается в виде вкраплений в изверженных породах и обладает меньшей твердостью — легко чертится ножом.
Серебро иногда встречается в виде кристаллов и сростков кристаллов, но чаще образует древовидные формы (дендриты), пластины, неправильные куски и листоватые или проволочные массы (рис. 4).
Известны очень крупные самородки серебра. Во Фрейберге (Саксония) в 1875 г. на глубине около 300 м найдена глыба в 5000 кг. В Чили (Южная Америка) были встречены большие пластины самородного серебра весом до 1420 кг.
Происхождение самородного серебра снизано с распадением сернистых его соединений в верхних частях рудных жил. Наибольшее количество самородного серебра образуется при распадении на земной поверхности серебросодержащего свинцового блеска.-
Месторождения самородного серебра обычно не имеют практического значения, так как являются поверхностными образованиями и быстро истощаются.
В СНГ самородное серебро известно на Алтае, в Закавказье (Чираги-Дзор) и других районах.
Большая часть серебра, поступающая на рынок, получается не из самородного серебра, а извлекается попутно при выплавке свинца из серебросодержащего свинцового блеска.
Медь
Химический состав — Сu, часто с небольшими примесями. Тв. 2,5. Уд. в. 8,8—8,9. Сингония кубическая.
Самородная медь медно-красного цвета с металлическим блес ком. С поверхности часто бывает покрыта черным и зеленоватым налетом.
Диагностика. Самородную медь трудно смешать с другими минералами. Характерные признаки ее: медно-красный цвет на свежеочищенной поверхности, ковкость, крючковатый излом. От золота медь отличается цветом, меньшим удельным весом и растворимостью в азотной кислоте.
Встречается в сплошных массах, иногда пластинчатых. Реже попадаются кристаллы, обычно соединяющиеся в древовидные сростки. Медь встречается в пластах и жилах вместе с различными медными рудами, главным образом купритом и малахитом.
Самородная медь образуется в природе двумя способами: 1) путем выделения из Горячих водных растворов в верхних частях магматических пород после их застывания, в последних его стадиях; таковы месторождения самородной меди в районе Верхнего озера в Северной Америке; 2) при распадении сернистых медных руд.
В последнем случае процесс идет по схеме CuFeS2 → CuSО4 → Сu, причем попутно образуются куприт, малахит, азурит.
Промышленные месторождения самородной меди находятся только в районе Верхнего озера (в США) и в Боливии.
В СНГ самородная медь известна на Урале — в Турьинских рудниках, в Богословском районе, в Тагиле и в Сысерти, кроме того, в Узбекистане близ Коканда и в Казахстане — в Каркаралинском районе.
Статья на тему Самородные металлы
Агломерация платиновых металлов Азотнокислое серебро Амальгамация золотых руд Аффинаж золота и серебра Аффинаж платиновых металлов Аффинаж серебра Вторичное серебро и.
Благородные металлы Золото , серебро , платина , иридий , осмий , палладий , рутений , родий . Как благородный.
Платина (Platinum) Aт. вес 195,09. В природе платина, подобно золоту, встречается в россыпях в виде крупинок, всегда содержащих примесь других.
ЦИАНИРОВАНИЕ СЕРЕБРА Одним из самых больших методов получения серебра из его руд где серебро находится в самородном состоянии считается метод.
ТЕЛЛУРИД СЕРЕБРА(I) (Ag2Te) Свойства Неорганическое вещество , в воде не растворим , в природе встречается совместно с теллуридом золота .
Золото (Аurum) Ат. вес 197,0. Золото встречается в природе почти исключительно в самородном состоянии главным образом в виде мелких зерен.
Получение металлов. Нахождение их в природе
Этот видеофрагмент даёт возможность учащимся вместе с путешественником побывать в местах, где были найдены самые большие самородки металлов, он расскажет о распространённости металлов в земной коре, о некоторых исторических фактах, касающихся металлов, а также о рудах и минералах. Вместе с ним ребята побывают на дне водоёма и увидят отложения металлов, смогут представить себя в роли геолога и сравнить такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк. Путешественник расскажет им об основных методах получения металлов и затронет некоторые вопросы охраны окружающей среды, связанные с получением металлов.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Получение металлов. Нахождение их в природе"
Получение металлов. Нахождение их в природе
Ребята, сегодня мы побываем с вами в местах, где получают металлы, а также узнаем, где же встречаются металлы.
Ну что ж, начинаем путешествие. Металлы встречаются в природе в свободном состоянии, их называют самородными металлами, так и в виде соединений.
В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь, платина и ртуть. Эти металлы обычно содержатся в небольших количествах в виде зёрен или вкраплений в горных породах. Изредка встречаются и довольно крупные куски металлов – самородки. Одним из самых больших месторождений чистого серебра был так называемый «серебряный тротуар» в Канаде. Он представлял собой глыбу почти чистого серебра длиной тридцать м, уходящую в землю на восемнадцать м. Выработка этого месторождения дала около двадцать т металла. А один из крупнейших самородков серебра весил почти сто девять кг. Самый крупный самородок меди весил четыреста двадцать т, а золота – сто двенадцать кг.
А вот распространённость химических элементов металлов в земной коре различна. К наиболее распространённым металлам относятся алюминий (7,45%), железо (4,20%), кальций (3,25%), натрий (2,40%), калий (2,35%) и магний (2,35%). Содержание других металлов в земной коре может составлять тысячные доли процента и ниже.
Некоторые историки считают, что упадок Римской империи был обусловлен массовым отравлением свинцом. Известно, что водопроводы Древнего Рима были из свинца. В свинцовых чанах хранили воду и вино. Попадая в человеческий организм, свинец вызывает поражение центральной нервной системы, приводит к изменению состава крови.
Многие металлы являются элементами, необходимыми для функционирования живых организмов. На долю ионов Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ в организме человека приходится 99% всех ионов металлов.
К биологически наиболее значимым металлам относятся: K, Na, Mg, Ca, Fe, Cu, Co, Mn, Zn, Mo.
В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: таких, как оксиды, силикаты, карбонаты, сульфиды и хлориды. Эти соединения входят в состав руд и минералов.
Рудой называют горную породу, получение из которой чистого металла экономически выгодно. В состав руды входят минералы и примеси в виде пустой породы. А минералы – это природные тела, имеющие определённый химический состав. Давайте с вами посмотрим названия и химический состав некоторых минералов.
Химический состав
Красный железняк (гематит)
Магнитный железняк (магнетит)
Железный колчедан (пирит)
Медный колчедан (халькопирит)
Свинцовый блеск (галенит)
К наиболее известным минералам относится пирит, или железный колчедан (FeS2), киноварь (HgS), малахит ((CuOH)2CO3). Пирит и киноварь используют в промышленности для получения соответствующих металлов, то есть железа и ртути, а малахит, как поделочный камень.
А теперь представьте, что на дне водоёмов тоже есть соединения металлов, эти отложения – конкреции – представляют собой грозди, клубни или лепёшки, густо усеивающие дно. Плоские озёрные и болотные конкреции величиной с мелкую монету были известны ещё в средние века, поэтому их и называли «копеечной рудой». В настоящее время железомарганцевые конкреции, покрывающие огромные площади на дне океанов, называют полезными ископаемыми XXI века. Это богатейший источник не только железа и марганца, но и кобальта, никеля, меди и молибдена.
Представьте себя геологом или минералогом, как же это увлекательно. Для этого сравним такие минералы, как красный, бурый и магнитный железняк.
Цвет красного железняка коричнево-красный, сам он прочный, плотный, если провести образцом руды по поверхности фарфоровой ступки, то он оставляет красно-коричневый след, не притягивается магнитом.
Бурый железяк имеет жёлто-коричневую окраску, сам прочный и плотный, не притягивается магнитом, оставляет на фарфоровой ступки жёлто-бурую полосу.
Магнитный железняк чёрного цвета, сам прочный и плотный, притягивается магнитом, оставляет чёрный цвет черты на поверхности фарфоровой ступки, имеет металлический блеск.
Здорово, получается, что минералы отличаются между собой окраской, магнитными свойствами, цветом черты и некоторыми другими показателями.
В современной технике широко используют более 75 металлов и многочисленные сплавы на их основе. Поэтому большое значение придаётся промышленным способам получения металлов из руд. Обычно перед получением металлов из руды её измельчают, потом предварительно обогащают – отделяют пустую породу, примеси. В результате образуется концентрат, служащий сырьём для металлургического производства. Затем обогащённую руду превращают в оксид и только после этого восстанавливают металл.
Металлургия – это наука о методах и процессах производства металлов из руд и других металлосодержащих продуктов, о получении сплавов и обработке металлов. В зависимости от метода получения металла из руды (концентрата) существует несколько видов металлургических производств.
Представьте, что из одной т медной руды можно получить шестнадцать кг концентрата и только четыре кг чистой меди.
Такая отрасль металлургии, как пирометаллургия занимается переработкой руд, она основана на химических реакциях, при чём они проходят при высоких температурах, ведь от греч. пирос, означает огонь.
Пирометаллургические процессы включают обжиг и плавку.
При обжиге сульфиды переводят в оксиды, а сера удаляется в виде оксида серы (IV). А затем из оксида восстанавливают металл. Полученный металл или сплав подвергают механической обработке, придают ему соответствующую форму. В процессе выделения металлов (плавке) из оксидов в качестве восстановителей используют углерод, оксид углерода (II), водород, кремний или более активные металлы.
Например, ещё древние металлурги для получения железа из его руд использовали в качестве восстановителя углерод. Но этот способ неудобен тем, что реакция между твёрдыми веществами идёт только в местах их соприкосновения.
В промышленных масштабах для получения железа, цинка и других цветных металлов из оксидов используют в качестве восстановителя оксид углерода (II).
Сейчас мы посмотрим, как получают чугун и сталь. Восстановление железа проводят в специальных вертикальных печах, называемых доменными, высотой до нескольких десятков метров и внутренним объёмом до 5000 м 3 . Они имеют стальной корпус, а изнутри выложены огнеупорным кирпичом. По характеру своей работы доменная печь – аппарат непрерывного действия. Сверху в печь подаётся твёрдое сырьё – шихта, представляющая собой смесь железной руды, кокса (переработанного угля), известняка и других добавок, а снизу вдувается подогретый или обогащённый кислородом воздух. В нижней части печи кокс сгорает в горячем воздухе, образуя углекислый газ.
Углекислый газ поднимается вверх в печи и взаимодействует с новыми порциями раскалённого кокса
с образованием оксида углерода (II).
В результате реакций СО с оксидом железа (III) образуется железо.
В доменном процессе получается железо с относительно большим (более 2%) содержанием углерода – чугун.
Чугун превращают в сталь, удаляя избыточный углерод путём окисления кислородом воздуха в специальных установках – мартеновский печах, конвертерах или электропечах.
Для получения некоторых металлов в качестве восстановителя используют водород.
В роли восстановителей можно также использовать более активные металлы, способные вытеснять другие металлы из их оксидов и солей. Этот способ получения металлов называется металлотермией. Если используют алюминий, то говорят об алюминотермии:
Восстановление железа методом алюминотермии до сих пор применяется при сварке рельсов.
Этот метод получения металлов был предложен русским учёным
Н.Н. Бекетовым.
Гидрометаллургия – это методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворе. Гидрометаллургические процессы включают стадию перевода нерастворимых соединений металлов из руд в растворы, с последующим восстановительным выделением металлов из полученных растворов с помощью других металлов или электрического тока.
Электрометаллургия – методы получения металлов, основанные на электролизе, т.е. выделение металлов из растворов или расплавов их соединений с помощью постоянного электрического тока. Этот метод применяют для получения активных металлов – щелочных и щелочноземельных, алюминия, также для получения легированных сталей. С помощью этого метода, английский химик Г. Дэви впервые получил калий, натрий, барий и кальций.
Большое значение имеет микробиологический метод получения металлов. В этом методе используется жизнедеятельность некоторых бактерий. Так, тионовые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. Бактериальный метод применяют для извлечения меди из её сульфидных руд. А затем полученный раствор сульфата меди (II) подаётся на гидрометаллургическую переработку. Кроме этого, учёные обнаружили, что некоторые микроводоросли и бактерии накапливают на своей поверхности отдельные металлы (например, золото) или их оксиды. Микроорганизм постепенно обрастает «шубой» из минеральных частиц, увеличивается в размерах в десятки раз, что позволяет легко выделить частицы из раствора.
При промышленном производстве металлов большое значение имеют вопросы охраны окружающей среды от загрязнений отходами производства. Охрана окружающей среды предусматривает, прежде всего, дезактивацию выбросов, например отходящих газов при выплавке чугуна. Здесь главную опасность представляет образующийся при переработке сернистых руд оксид серы (IV), который, попадая в атмосферу, может вызывать «кислотные дожди». Наряду с комплексным использованием сырья, строительством очистных сооружений, устройством замкнутых циклов водопользования с целью охраны окружающей среды необходимы вывод промышленных предприятий за городскую черту, создание лесозащитных вокруг городов и промышленных центров.
Таким образом, металлы встречаются в природе в виде соединений или в самородном состоянии. В земной коре металлы чаще всего встречаются в виде соединений: оксидов, силикатов, карбонатов, сульфидов, хлоридов. Эти соединения входят в состав руд и минералов. Для получения металлов из руд руду сначала измельчают, обогащают, переводят в оксид и только после этого восстанавливают металл. В качестве восстановителей используют C, CO, H2, Si или более активные металлы. Металлургия занимается получением металлов и их сплавов из руд. В зависимости от метода получения металла из руды существует несколько видов металлургических производств: пирометаллургия, гидрометаллургия и электрометаллургия.
Читайте также: