Obtinerea metalelor tranzitionale

Stare naturala Operatii de prelucrare Metode de obtinere Metode de purificare Procedee industriale

Starea naturala

Nativ; in sulfuri Cu, Ni; Namoluri anodicela rafinarea Cu, Ni; Concentrat extras de la prajirea sulfurilor Cu, Ni

U-plechblenda (oxid); carnotitK2(UO2)2(VO4)2 3H2O

Bastnaesit(fluorocarbonat) MCO3F

HgHgScinabru

AuPtIrOsReLegat de Mo

WwolframatCaWO4

Tatantalat

Hfsilicat

LaMonazit(fosfat)

CdCdS

AgPdRhRuTcDezintegrare U

MoMoS2subprod. la obt. Cu

Nbniobat

Zrsilicat

Ysilicat

ZnZnSblenda

CuCalcopirita

CuFeS2Cu2S

NiSilicati

Sulfurisulfuroarseniuri

CoCoAs2CoAsS

FeFe2O3hematitFe3O4magnetita

FeS2 pirita

MnMnO2piroluzit

rodocrozitMnCO3

CrcromitFeCr2O4

V vanadatK3VO4 (Pb2+, UO22+)

TiTiO2 rutil

FeTiO3 ilmenit

Scsilicat

Operatii de prelucrare

Prelucrare mecanicaSfaramare

Preeliminara (250-40mm)Medie (40-10 mm)Fina (8-0,3 mm)

ClasareVolumetricaGravimetrica

Separare si concentrareManualaGravimetricaElectrostaticaMagneticaFlotatie

UtilajeMori cu bileConcasoare

UtilajeGratare, ciururi, site

UtilajeJgheaburi de colectareBenzi rulanteHidroclasoareSeparatoare prin zetajSeparator magneticCelule de flotatie

Operatii de prelucrare

Prelucrare termicaUscareaUmiditatea libera, de absorbtie si chimica se indeparteaza prin fierbere sievaporare in tobe de uscare cu aer cald sau cu agenti de uscarePrajireaSe aplica minereurilor si concentratelor sulfuroase in prezenta aerului.(Temperatura de aprindere este cu atat mai mica cu cat particula este mai mica)

Prajirea oxidanta in procese metalurgicePrajirea sulfatizanta in procese hidrometalurgicePrajirea cloruranta concentratele de sulfuri sunt transformate in cloruriprin prajire la 900C cu NaCl4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2MS + 2O2 MSO4MSO4 + 2NaCl MCl2 + Na2SO4Clorurile se extrag si se prelucreaza prin electroliza sau cementare

Disocierea termica se aplica oxizilor, carbonatilor sulfurilor

Operatii de prelucrarePrelucrare chimicaAmalgamareaSe foloseste la scara industriala pentru extragerea Ag si Au din minereuri, dupacare Hg se indeparteaza prin distilare la 360-400 C.Procedee hidrometalurgiceSe aplica minereurilor sarace in componenta utila. Se realizeaza prin: - difuzie cu agenti chimici - cromatografie,- extractie cu solventi- schimbatori de ioniDizolvare cu agenti chimiciConsta in tratarea mineralelor cu agenti chimici corespunzatori (acizi, hidroxizi, alcooli, etc ) si extragere prin cementare sau depunere electrochimicaCuO + H2SO4 CuSO4 + H2O CuSO4 + Fe Cu + FeSO4CianurarePentru extractia Au si Ag cu cianuri alcaline in prezenta de O2 si reducere cu Zn2Au + 4NaCN + 1/2O2 + H2O 2Na[Au(CN)4] + 2NaOH2Na[Au(CN)4] + Zn 2Na2[Zn(CN)4] + 2Au + 2(CN)2Procedee biochimiceSunt procedeele in care se folosesc bacterii pentru extragerea metalelor (Cu, U).

Metode de obtinereConsiderente termodinamice

Pozitia metalului in seria potentialelor electrochimiceEnergiile de formare si energiile libere de reactie

Metode de reducereReducere pe cale uscata (cu reducatori C, CO, H2, hidruri metalice, etc)Reducere pe cale umeda (cu metale mai active sau alti agenti de reducere)Disociere termicaElectroliza in topitura sau in solutie

Metode de reducere pe cale uscataReducerea cu C sau COOxizi, carbonati, hidroxizi

Fe, Cu, Zn, etc, 2MO + C 2M + COMO + CO 2M + CO2

-nu cele ce formeaza carburiCr, W, Ti, Zr

-la temperaturi ridicateCO2 + C CO

Diagramele EllinghamG = H - TS

G < 0 reactia are locG = 0 reactia este la echilibruG > 0 reactia inversa are loc

Presiuneapartiala

a O2

Metode de reducere pe cale uscataReducerea cu H2, CaH2 sau LiAlH4Oxizi, halogenuri, sulfuri, hidroxizi, combinatii complexe

Ag2O + H2 2Ag + H2OCuO + H2 Cu + H2O (t C)WO3 + 3H2 W + 3H2O (900 C)Cr2O3 + 3H2 2Cr + 3H2O (1500 C)Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O (300 C)TiO2 + CaH2 Ti + Ca(OH)2 (900 C)GeS2 + 2H2 Ge + 2H2S (t C)[Pt(NH3)5Cl]Cl + H2 Pt + 2NH4Cl (t C)

Reducatori metaliciOxizi, halogenuri, sulfuri. Metale pure. Caldura de reactie duce la topirea metalelor.

MCl4 + 2Mg M + 2MgCl2 (t C, M= Ti, Zr)K2[MF6] + 4Na M + 2KF + 4NaF (t C, M = Ti, Zr, Hf)2NiO + Si 2Ni + SiO2 (t C, silicotermie)Aluminotermia (pentru V, Cr, Mn, Fe)M2O3 + Al M + Al2O3 + Q (t C, M = Cr, Fe)3Mn3O4 + 8Al 9Mn + 4Al2O3 + Q (t C)

Metode de reducere pe cale umeda

ReducatoriH2O2 in mediu bazic, saruri Fe2+, glucoza, CH2O, SnCl2, N2H4, NH2OH, etc Metoda cementariiPentru obtinerea metalelor cu potentiale mai negative decat cel al hidrogenului (Cu, Ag, Au, Hg, Rh, Os, Ir, Pt, etc) folosind metale mai acive (Fe, Zn, Mg, etc)

CuSO4 + Fe Cu + FeSO4 (se pot folosi deseuri de Fe)MCln + n/2Zn M + n/2ZnCl2 (M = Ag Au, Ru, Rh)2K[M(CN)n] + Zn M + K2[Zn(CN)4] + (n/2-2)(CN)2 (M = Ag, Au, Os, Pd, Pt)H2[MCl6] + Zn M + 2ZnCl2 + 2HCl (M = Os, Pd, Pt)

Alte exemple3AgNO3 + 3FeSO4 3Ag + Fe(NO3)3 + Fe(SO4)3H2[PtCl6] + 2SnCl2 Pt + 2SnCl4 + 2HCl2AuCl3 + 3H2O2 + 6KOH 2Au + 3O2 + 6H2O + 6KCl

Metode de obtinere prin disociere termica

Disocierea termicaEste folosita pentru obtinerea metalelor in stare pura. Se folosesc: hidruri, oxizi, halogenuri simple sau complexe, carbonili metalici, etc. Hidruri

MHn M + n/2H2 (CdH2 la 20 C, ZnH2 la 80 C)Oxizi

Ag2O 2Ag + 1/2O2HgO Hg + 1/2O2 (t = 480 C)

Halogenuri simple sau complexeMXn M + n/2X2 (MXn = TaCl5; MoCl6; Re3Cl9)(NH4)2[PtCl6] Pt + 2NH3 + 2Cl2 + 2HClH2[PtCl6] Pt + 2HCl + 2Cl2

Carbonili metaliciMx(CO)y xM + yCONi(CO)4 Ni + 4CO (t = 180 C)Mo(CO)6 Mo + 6CO (t = 600 C)Co2(CO)8 Co4(CO)12 (t = 50 C) 2Co + 8CO (t = 60 C)

Metode de obtinere electrochimice

Obtinerea prin reducere electrochimica-Electroliza in topitura (cloruri, hidroxizi). -Electroliza in solutie (cloruri, sulfati).

Metal Compozitia topiturii Temperatura de lucru Sc ScCl3, KCl, (LiCl) 700-800 C Y YCl3, NaCl 700-800 C Ti TiCl4, KCl, (LiCl) 500-550 C Zr K2[ZrCl6], NaCl 750-800 C Cr CrF3, KCl (NaF) 800-950 C Mo K2[MoCl6], KCl, (NaCl) 600-900 C

Metode de purificareRafinarea electoliticaCupru: El. CuSO4 in H2SO4

CuSO4 Cu2+ + SO42-2H2O 2H+ + 2OH-

K - foite de cupru electrolitic, K: Cu2+ + 2e- Cu A - Cu brut (98%), A: 2OH - 2e- H2O + 1/2O2

Cu + H2SO4 + 1/2O2 CuSO4 + H2OArgint: A Ag brut (95%), K Ag electrolitic, El. AgNO3 in HNO3 si NaNO3Aur: A Au brut (95%), K Au electrolitic, El. AuCl3 in HCl (t=70 C)

Topirea zonaraConsta in topirea unei zone inguste dintr-o bara metalica si deplasarea acesteia in lungul barei duce la acumularea impuritatilor in zona topita si purificareametalului.

Acumularea impuritatilor

Deplasarea barei

Metode de purificare

DistilareaSe utilizeaza pentru purificarea Hg (p.f. = 357 C) sau Zn (p.f. = 907 C)Distilare in atmosfera inertaDisocierea termica- Metoda van Arkel si de Ber Pentru purificarea Ti, Zr, Hf. Iodurile formate la temperaturi mai joase se descompun pe un filament de W

MI4 M + 2I2- Descompunerea termica a carbonililor metalici

Mx(CO)y xM + yCODisproportionarea

2ZrCl2 ZrCl4 + Zr (t C)

Ti

I2

Procedee industriale

Obtinerea fontei si otelului

Procedee industriale

Obtinerea fontei

3Fe3Fe22OO33 ++ CO CO 2Fe2Fe33OO44 + CO+ CO22CaCOCaCO33 CaOCaO + CO+ CO22

FeFe33OO44 + CO + CO 3FeO + CO3FeO + CO22C + COC + CO22 2CO2CO

FeOFeO + C + C CO + FeCO + FeCaOCaO + SiO+ SiO22 CaSiOCaSiO33

2C + O2C + O22 2CO2CO

200 C

700 C

1000 C

1200 C

2000 C

Procedee industriale

Obtinerea oteluluiDiagrama fier-carbon

Procedee industriale

Obtinerea otelului

Continut in carbon

Fe Fe +Fe3C

Perlite

Procedee industriale

Obtinerea otelului

C + O2 CO

Obtinerea metalelor tranzitionaleStarea naturalaOperatii de prelucrareOperatii de prelucrareOperatii de prelucrareMetode de obtinereMetode de reducere pe cale uscataMetode de reducere pe cale uscataMetode de reducere pe cale umedaMetode de obtinere prin disociere termicaMetode de obtinere electrochimiceMetode de purificareMetode de purificareProcedee industrialeProcedee industrialeProcedee industrialeProcedee industrialeProcedee industriale