Общие способы производства металлов

При изучении общих способов производства металлов учитель опирается на знания учащихся, полученные ими на уроках химии.

Большинство металлов находится в природе не в самородном состоянии, а в виде соединений. Поэтому их надо восстановить до свободного состояния. Учащимся известно понятие об окислительно-восстановительных процессах на основе электронных представлений. Восстановить - это значит возвратить ионам металла потерянные атомами валентные электроны. Эти недостающие электроны принимаются от восстановителей. Какие из восстановителей практически используются в металлургии?

Так как важен подбор восстановителей, то следует остановиться на этом подробно, причем необходимо связать решение этого вопроса с изучением свойств руды, из которой предполагается получать металл. Так, многие металлы находятся в природе в составе сульфидов, которые практически почти не восстанавливаются углеродом или водородом, поэтому сульфиды предварительно обжигают, переводят в окислы, например:

Такой обжиг применяют при переработке руд цветных металлов: свинца, меди, цинка, висмута и др.

В качестве восстановителей используют уголь, окись углерода, водород, метан, активные металлы (алюминий, магний, кальций). Некоторые восстановители (углерод, окись углерода и водород) уже известны учащимся. Надо повторить их восстановительные свойства в свете электронных представлений и отметить, что углерод и окись углерода не всегда можно использовать в качестве восстановителей даже в тех случаях, если они хорошо восстанавливают металлы, так как получающиеся металлы иногда образуют карбиды, например при восстановлении углеродом вольфрама из его трехокиси получается не свободный металл, а карбид вольфрама. Поэтому для восстановления этого металла из окисла применяется водород.

Учащимся известен этот восстановитель еще со времени начала формирования понятия об окислительно-восстановительных реакциях на примере восстановления меди, свинца и железа из их окислов. Здесь круг знаний учащихся следует расширить, указав, что водород широко используется при получении вольфрама, молибдена, германия из их окислов. В качестве упражнения дается написание уравнений реакций между водородом и трехокисью вольфрама или молибдена, двуокисью германия. Учитель сообщает, что восстановление металлами проводится в тех случаях, когда его нельзя осуществить при помощи других восстановителей, или в процессе восстановления металлов образуются их карбиды. В отдельных случаях, когда металл можно восстановить углем или окисью углерода, все же иногда используют металлотермический способ, так как это оказывается в ряде технических случаев удобным приемом, например при сваривании рельс алюминотермическим способом.

В качестве восстановителя в металлургии, кроме алюминия, используется магний (для получения титана и урана). Разумеется, в школе не следует разбирать технологию получения этих металлов, учащимся дают только задание самостоятельно написать уравнения реакций, на основе которых эти металлы выделяются в промышленности в свободном виде: а) восстановление титана из четыреххлорного титана магнием, б) восстановление урана из четырехфтористого урана магнием.