1. Металдарды, бейметалдарды алу жолдары Галогендерге жалпы сипаттама. Галогендерді алу Металдарды, бейметалдарды алу жолдары

Барлық химиялық элементгердің 4/ 5-нен көбі металдар. Менделеев кестесін сол жақтағы жоғарғы бұрышынан оң жақтағы төменгі бұрышына қарай, Ве, А1, Се, Ро элементтерінің үстімен екіге бөлсек, астыңғы үшбұрышта (және 8-топта) металдар болады.

Кестеден металдар негізгі топтарда да, қосымша топтарда да бар екенін, ал қосымша топтардағы элементтердің барлығы металдар, негізгі топтардан, біз әлі оқымаған III-, II-, І-топтардың да элементтерінің көпшілігі металдар екенін кереміз.

Табиғаттағы металдар және оларды алудың негізгі тәсілдері. Табиғатта металдар көбіне түрлі қосылыстар түрінде кездеседі, кейбіреулері бос, еш затпен қосылыспаған күйде болады. Ондай жеке кездесетін түрін сап металдар дейді, ол — платина, алтын, күміс және мыс, қалайы, сынап сияқты металдар. Соңғы үш металл, көбіне қосылыс түрінде болады.

Металдардың жер қыртысында кездесетін қосылыстары, түрлі минералдар түрінде болады.

Ішінде минералдардың қосылыстары бар минералдар мен тау жыныстарын, құрамындағы металды өнеркәсіптік жолмен шығарып алу экономика жағынан тиімді болса, кен (руда) деп атайды. Демек қандайда болсын кен құрамында керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. бос жыныс деп аталатын бөлімі болады. Мысалы, темір кендерінде таза темір 50-70% болса, ондай кенді іске асыру экономика жағынан пайдалы дейді, мыс кендерінде, таза мыс 1% болса да, ол бай кен болып саналады, ал алтынға келсек, онда пайыздың оннан, жүзден бөліктері бар жыныстардың өзі тиімді деп есептеледі.

Металдардың кені болып саналатын қосылыстар көбіне оксидтер, сульфидтер және түрлі тұздар (карбонат, галогенид, сульфат, силикат, фосфат т.б.).

1. Оксид кендерінің мысалдары - қызыл темір тас (Ғе20 3), қоңыр темір тас (2Ғе203*ЗН20 ), магнитті темір тас (ҒеО- Ғе20 3); боксит (Аl203*2Н20); пиролюзит (Мn02); қалайы тас (Sn02); қызыл мыс кені (Сu20 ), хромды темір тас [Ғе(Сг02)2] т.т.

2. Сулъфид кендері, жер қыртысында біраз терендікте жатады, мысалы, колчедандар: мыс колчеданы (СuҒеS2); темір колчеданы (ҒеS2); жалтырлар: мыс жалтыры (Сu2S); қорғасын жалтыры (РЬS); алдауыштар: күмістікі (Аg2S), сыр (НgS) т.б. Сульфид кендерінің көпшілігінде бірнеше металл аралас болады, мысалы, қорғасын мен мырыш аралас, оның үстіне алтын, күміс т.б. қоспасы болады. Мұндай көп металды кенді металды кен деп атайды.

3.Тұз кендері. Кейбір металдар, әсіресе, периодтық жүйенің I-, И-негізгі топтарындағы металдар және сирек металдардың біразы жаратылыста көбінесе тұздар түріңде кездеседі. Ол тұздар теңіздердің, не ащы көлдердің суында еріген күйде және қазба тұз түрінде жер қабатында болады (бұлар да бұрынғы теңіздердің калдығы). Ол тұздардың да химиялық құрамына қарай химиялык атымен қатар минералдық аты бар. Айталық, галогенидтер — карналит (КСl*MgCl2*6H2O ), сильвинит (КСІ *NaCl), сильвин (КСІ), галит (NаСІ), флюорит (СаҒ2), бишофит (МgСl2*6Н20).

Сульфаттар — каинит (KCl *MgSO4 *3H2O), серит (MgSO4 *H2O ), полигалит (K2SO4 *MgSO4 *2CaSO4 * 3H2O), лангбейнит (K2SO4 *2MgSO4), эпсомит (MgSO4 *7H2O ), гипс (CaSO4 *2H2O ), ангидрид (СаS04), тенардит (NaS04), мирабилит (Na2SO4*10H2O).

Карбонаттар — доломит (CaCO3 * MgCO3), мрамор (СаС03), сидерит (ҒеС03), смитсонит (ZnС03), церусит (РЬС03), сода (Na2СO3 10Н20 ) т.б.

Енді кен ішінде осы қосылыстар түрінде болатын металдарды шығарып алу мөселесіне келелік. Металды адам баласы мүнан 5000 жыдцай бүрын өндіре бастаған. Содан кейінгі жердегі адамзаттьщ материалдық, рухани жөне мөдени тұрмысының дамуы, металл алу және оны пайдалана білумен байланысты болған. Бірақ, XX ғасырдың басында бар болғаны 15 металл, негізінен темір, мыс, қорғасын қалайы, мырыш, күміс, алтын ғана қолданылып келді. Соңғы қысқы мерзімде алюминий, магний, хром, никель, марганец жөне басқа металдардың аңызы артып, сонымен қатар казіргі ғылым мен техника металдардың бәріне де қолданылатын орын тауып, барлығын адам баласының қызметіне қосты.

Қазіргі кезде адам керегіне тұтынылатын металл мөлшері орасан көп, мысалы, осы ғасырдың ортасында бүкіл жер жүзінде жылына 150 миллион тонна темір, мыс, қорғасын, алюминий әрқайсысы 2 миллион тоннадан, қалайы, никель әрқайсысы 200 мың тоннадан артық өндіріледі.

Металл қоры жағынан, оны өндіруде Қазақстанның қосар үлесі зор. Академик Қ.И. Сәтпаевтың айтуынша Қазақстан еліміздің гауһар қоры; Қазақстан хром және ванадий байлығынан жер жүзінде бірінші орын алады, ал темір, мыс, корғасын, мырыш, күміс, кадмий, ванадий, хром, вольфрам, молибден және басқа кейбір металдардың қоры жөнінде біздің елде бірінші орын алады.

Кен құрамындағы металды шығарып алатын өнеркәсіп саласын металлургия дейді. Химия металлургиямен тығыз байланысты ғылым, өйткені металл өндіру процестері химиялық реакцияларға негізделген. Металлургия сол химиялық реакцияларды өндірістік масштабта жүргізудің әдістерін, оған керекті аппараттарды табады.

Қазіргі заман металлургиясының теориялық және практикалық негіздерін құруға Д.К. Чернов, Н.С. Курнаков, М.А. Павлов, И.П. Бардин т.б. үлкен үлес қосты.

Кендегі металды шығарып алудан бұрын көп жағдайда ол кенді әуелі байыту керек. Кенде керекті бөлігімен қатар, керексіз құм, саз, әктас т.б. сияқты, бос жыныстар болады, ол бос жыныстар кейде өте көп те болады, кеннің сол керекті бөлімін бос жыныстан бөліп ажыратуды кенді байыту деп атайды. Кен байытудың қарапайым түрлерінен басқа флотация кең қолданылады. Флотацияның техникасы оңай, оның негізі — кен мен бос жыныстың бөлшектерінің адсорбциялағыш қасиеттерінің әр турлі болуында. Флотация жасау үшін кенді өте ұсақ етіп ұнтақтап, сумен араластырып (пульпа түрінде) арнаулы ыдысқа құяды; суға полюстілігі нашар бір органикалық зат, айталық қарағай майын қосады (1 т кенге 400 г есебінен). Бос жыныс бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланады (өйткені олар гидрофильдік заттар), кеннің, әсіресе сульфидтің, бөлшектерінің сыртына су молекулалары адсорбцияланбайды (өйткені олар гидрофобтық заттар) ал майдың молекулалары адсорбцияланады.

Ыдыстың астыңғы жағынан сығылған ауа жібергенде, сол ауа көпіршіктерінің сырты майдың жұқа қабыршағымен қапталады. Осындай ауаның көпіршігі жоғары көтеріліп ыдыстың бетінде көбік түзеді, оньщ сыртындағы маймен адсорбцияласқан кеннің бөлшектері, ілесіп жоғары шығып, көбік ішінде болады. Бөлшектеріне су сіңген бос жыныс ауырлап ыдыс түбіне шөгеді.

Кебікті сыпырып алып, сығып байытылған кенді алады. Кен ішіндегі металды алу әдісі — оның химиялық қүрамына байланысты.Оксид-кендерін тотықсыздандырып барып ішіңдегі метадцы алады. Тотықсыздандырғыш ретінде көбінесе көміртек қолданылады, мысалы:

SnO2+ 2 С = Sn+ 2СO

Ғе2O3+ЗС=2Ғе+ЗСO

Кенмен араласып пешке түскен бос жыныстарды (олар көбіне қүм SiO2) беліп шығару үшін шикіқүрамға флюс, немесе балқытқыш араластырады.

Бос жыныспен флюс реакцияласып оңай балқитын қосылыстар — қож түзеді. Қож жеңіл болғаңдықтан сүйық күйде балқыган металдың үстінде болады, оны пештің арнаулы аузынан бөлек ағызып алады. Кейбір қиын балқитын металдарды алуда тотықсыздандырғыш ретіңде алюминий қолданады, өйткені алюминийтотыққанда өте көп жылу бөліп шығарады (бір моль (АЬОз) түзілгенде 1,6'Ю33 кДж), бүл реакцияны шағын ыдыста өткізсе, 3500°-қа дейін қызу береді. Бүл әдісті алюминотермия дейді, оны орыс галымы Н.Н.Бекетов үсынған. Хром, марғанец, молибден жөне басқа қиьш балқитын металдар осы алюминотермия арқылы алынады:

MoO3 + 2Al = Mo + Al2O3

Таза металл және сирек металдар алу үшін тотықсыздандырғыш ретінде сутек қолданылады:

WO3 + 3H2 = W + 3H2O

Сульфид кендерін өуелі арнаулы пештерде (конвертор, немесе ватер жакет) күйдіріп, қүрамындағы күкіртгі де, металды да оксидке айналдырады:

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

Одан әрі, оксидтерді жоғарыда айтқандай тотықсыздаңдырады.

“Қайнаған тәрізді күйде” куйдіру. Ұсақталған қатты заттарды “қайнаған тәрізді күйде” өрекеттестіру, өнеркәсіптің түрлі саяаларында өріс алды. Ұсақ үнтақталған затты шілтер үстіне салып, астынан шілтердің тесік-тесігінен ауа (басқа газ) үрлейді, сонда үнтақ заттың ауа тесіп шыкқан беті бүлкілдеп, қайнап жатқан тәрізді болады. Соның нәтижесінде үнтак зат, тозаң түрінде кетеріліп, ауамен (басқа газбен) жақсы араласып, бұл “қайнаған тәрізді күйде” реакцияласуы өте жылдам болады.

Сульфид кендерін күйдіркг ертегенде осы әдісті қолданатын болды, сонда өндірістің енімі 3-4 есе артады.

Тұз кендеріндегі литий, натрий, калий, калыдий, магний, бериллий т.б. сияқты металдарды, олардың түздарын балқьгтып, электролиздеп алады. Алюминийді балқыған глиноземді (Аl2O3) элекгролиздеп алады.

Тұздар қүрамывдағы металдар, оң зарадты ион түрінде болады. Электролиздеғеңде ол оң иондар теріс электродқа (катодқа) келіп, тиісті мөлшерде электрон қосып алып, бейтарап атомға айналып, балқыған түздан бөлініп шығады.

Электролиз әдісін тек балқыған емес, еріғен түздарға және мыс, никель т.б. металды тазалауға (рафинация) қолданады.

Электролизден басқа өдістердің барлығы жоғары температурада жүреді, оларды пирометаллургия әдісгері деп атайды.

Кейбір кендерде керекті металдың аздығы сондай, олар флотациямен де байымайды, ондай кендерғе гидрометаллургия әдістерін қолданады. Оның мазмұны — кенді өте үсақтап түрлі реагенттермен (қышқыл, сілтілердің ерітінділері) әрекеттестіреді. Сонда ерітіндіге түз түрінде көшкен металды көбінесе электролиздеу арқылы шығарып алады.

Бұл айтылған металдарды алудың жалпы ортақ әдістері, жеке металды алудың бүдан өзгеше ерекшеліктерімен сол метаддарды өткенде танысамыз.