Chuyên đề: Sản xuất kim loại

TRƯỜNG THPT CHUYÊN VỊ THANH
LỚP 11H
NĂM HỌC: 2017 - 2018
BÀI THUYẾT TRÌNH HÓA HỌC
N
H
Ó
M
1
XIN CHÀO CÔ VÀ CÁC BẠN
SẢN XUẤT KIM LOẠI
SẢN XUẤT KIM LOẠI
I – MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT
1.1. Trạng thái tự nhiên của kim loại


Hợp chất trong các khoáng sản, quặng
Một số là thành phần chính của lõi Trái Đất
Trong lớp vỏ Trái Đất, lượng kim loại nhỏ hơn phi kim, một số kim loại tồn tại ở dạng nguyên chất (kim loại quý) như: vàng, bạc, đồng, platin…
SẢN XUẤT KIM LOẠI
I – MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT
1.1. Trạng thái tự nhiên của kim loại
1.2. Một số loại quặng phổ biến và quan trọng trong tự nhiên
Các loại quặng phổ biến quan trọng như: Quặng sắt; Quặng kim loại màu (quặng kim loại nặng, quặng đồng, quặng chì, quặng thiếc,...); Quặng kim loại màu nhẹ (quặng nhôm, quặng titan,...); Quặng kim loại quý (quặng vàng, quặng bạc,...); Quặng apatit,...





Quặng sắt gồm đá và các khoáng vật mà người ta có thể tách sắt ra khỏi đá và khoáng vật. Quặng được tìm thấy dưới dạng hematit và manhetit, khoảng 98% quặng sắt được khai thác ra để dùng vào sản xuất thép.
Quặng hematit có công thức hóa học là Fe2O3 và có hàm lượng sắt rất cao tới 70%.
QUẶNG SẮT
Quặng manhetit có công thức hóa học là Fe3O4, hàm lượng sắt thấp hơn so với quặng hematit. Thuộc tính đặc biệt nhất của quặng này là từ tính của quặng
QUẶNG MANHETIT
Quặng pirit hay pirit sắt, là khoáng vật đisunfua sắt với công thức hóa học là FeS2. Pirit là phổ biến nhất trong các khoáng vật sunfua. Sử dụng để làm cơ chế đánh lửa bằng bánh xe trong các dạng súng cổ.
QUẶNG PIRIT
Quặng urani là các tích tụ khoáng vật urani trong vỏ trái đất có thể thu hồi đem lại lợi nhuận. Urani là một trong những nguyên tố phổ biến trong vỏ Trái Đất. Quặng urani phân bố trên tất cả các lục địa, các mỏ lớn nhất được phát hiện ở Úc, Kazakhstan, và Canada. Đến nay, các mỏ có chất lượng cao chỉ được tìm thấy trong vùng bồn trũng Athabasca của Canada.
QUẶNG URANI

Titan và các hợp chất titan được sử dụng nhiều trong nền kinh tế quốc dân. Hợp kim titan có tỷ trọng thấp, độ bền chống mài mòn tốt, nhiệt độ nóng chảy cao và độ dai cao ở nhiệt độ khoảng 600°C.
QUẶNG TITAN
Mangan là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Mn và số nguyên tử  25. Nó được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hợp với sắt), và trong một số loại khoáng vật. Quặng mangan quan trọng nhất là pyrolusit (MnO2). Các quặng quan trọng khác thường có sự phân bố liên quan đến các quặng sắt. Các nguồn trên đất liền lớn nhưng phân bố không đồng đều. Khoảng 80% nguồn tài nguyên mangan đã được biết trên thế giới. Mangan có vai trò quan trọng trong sản xuất sắt thép vì có tác dụng khử lưu huỳnh, khử ôxi, và mang những đặc tính của hợp kim
QUẶNG MANGAN
Quặng vàng được hiểu là các lớp bồi tích của vỏ Trái Đất sau sự vận động trong lòng đất và nhiệt độ nóng chảy phù hợp các nguyên tố vàng được liên kết với nhau và bị kéo dài theo sự vận động của vỏ trái đất.
Quặng vàng thường có hai loại chính là quặng vàng và quặng kim loại vàng.
Quặng vàng là quặng mà vàng đã đạt độ tinh khiết từ 75 đến 95%. Quặng kim loại vàng ở Việt Nam thường là quặng đa kim.
QUẶNG VÀNG
Boxit là nham thạch có màu từ trắng đến đen, chủ yếu là hỗn hợp các hợp chất vô cơ và nhôm hydoxit. Loại boxit thường gặp có màu đỏ.
Các loại hình quặng boxit quan trọng là bơsmit, gipsit (hydragilit), diaspo, alumogel.
QUẶNG BOXIT
Ứng dụng chủ yếu của boxit là làm nguyên liệu cho công nghiệp luyện nhôm. Ngành công nghiệp sản xuất nhôm kim loại tiêu thụ 85% quặng boxit trên toàn thế giới.

QUẶNG BOXIT
Phần boxit còn lại được sử dụng trong hai lĩnh vực là sản xuất alumin chuyên dụng (10%), bao gồm alumin nung và alumin hoạt hóa, và sản xuất vật liệu chịu lửa (5%), ví dụ gạch chịu lửa, xi măng chịu lửa và các vật liệu mài.
QUẶNG BOXIT
Gạch chịu lửa
Xi măng chịu lửa
Quặng cao lanh là nham thạch mịn, tỷ trọng cao, chủ yếu gồm khoáng caolinit có lẫn tạp chất, được tạo thành khi phong hóa các nham thạch felspat macma khác nhau.
Cao lanh nguyên chất màu trắng tinh, nhưng quặng cao lanh thường có các màu khác nhau do nhiễm các tạp chất sắt và mangan. Thành phần hóa học chủ yếu là Al4(OH)8Si4O10, với các tạp chất như thạch anh, muskovit, rutil, zircon, manhêtit và felspat chưa phong hóa hết.
QUẶNG CAO LANH
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như: công nghiệp gốm sứ, giấy, sơn, cao su, sợi thuỷ tinh, chất dẻo, vật liệu xây dựng, gạch chịu lửa, làm xúc tác cho công nghệ lọc dầu…
SẢN XUẤT KIM LOẠI
I – MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT
1.1. Trạng thái tự nhiên của kim loại
1.2. Một số loại quặng phổ biến và quan trọng trong tự nhiên
1.3. Khái niệm về quặng giàu, quặng nghèo
Quặng nước ta được chia làm hai nhóm quặng giàu và quặng nghèo
Quặng giàu là số lượng kim loại trong hợp kim của quặng chiếm lượng lớn
- Quặng nghèo là số lượng kim loại trong hợp kim của quặng chiếm lượng nhỏ hoặc thiếu
VD: Một số quặng nghèo ở nước ta là apatit…









SẢN XUẤT KIM LOẠI
I – MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÍ THUYẾT
1.1. Trạng thái tự nhiên của kim loại
1.2. Một số loại quặng phổ biến và quan trọng trong tự nhiên
1.3. Khái niệm về quặng giàu, quặng nghèo
2. Một số vấn đề về  sản xuất kim loại: Xử lý quặng trước khi khử, hệ thống hóa các phương pháp khử ion kim loại, tách kim loại sau khử và gia công kim loại.









Một số phương pháp điều chế kim loại
Phương pháp thủy luyện
- Phương pháp thủy luyện còn gọi là phương pháp ướt, được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học thấp như Au, Ag, Hg, Cu…
- Cơ sở của phương pháp này là dùng những dung dịch thích hợp, như dung dịch H2SO4, NaOH, NaCN…để hòa tan kim loại hoặc hợp chất của kim loại và tách ra khỏi phần không tan có trong quặng. Sau đó các ion kim loại trong dung dịch được khử bằng kim loại có tính khử mạnh hơn, như Fe, Zn…
Ví dụ 1:
Người ta điều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag2S, xử lí bằng dung dịch NaCN, rồi lọc để thu được dung dịch muối phức bạc:
Ag2S + 4NaCN → 2Na[Ag(CN)2] + Na2S
Sau đó, ion Ag+ trong phức được khử bằng kim loại Zn:
Zn + 2Na[Ag(CN)2] → Na2[Zn(CN)4] + 2Ag

Một số phương pháp điều chế kim loại
b. Phương pháp nhiệt luyện
Phương pháp nhiệt luyện được dùng để điều chế những kim loại có độ hoạt động hóa học trung bình như Zn, Cr, Fe, Sn, Pb,… bằng các chất khử mạnh.
- Cơ sở của phương pháp này là khử những ion kim loại trong các hợp chất ở nhiệt độ cao bằng các chất khử mạnh như C, CO, H2 hoặc Al, kim loại kiềm hoặc kiềm thổ
Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không
- Trường hợp quặng là sunfua kim loại như Cu2S, ZnS, FeS2…thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp.

Một số phương pháp điều chế kim loại
b. Phương pháp nhiệt luyện
- Đối với kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử (phản ứng nhiệt nhôm). Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tạo ra được sử dụng để đun nóng chảy Cr2O3, nhờ vậy giảm được chi phí cho nhiên liệu:
Cr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3
















- Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được kim loại mà không cần dùng chất khử


Một số phương pháp điều chế kim loại
c. Phương pháp điện phân
- Phương pháp điện phân là phương pháp vạn năng, được dùng để điều chế hầu hết các kim loại, từ những kim loại có độ hoạt động hóa học cao đến trung bình và thấp
- Cơ sở của phương pháp này là dùng dòng điện một chiều để khử các ion kim loại. Tác nhân khử là cực ( – ) mạnh hơn nhiều lần tác nhân khử là chất hóa học
- Điều chế kim loại có tính khử mạnh như Li, Na, K, Al…bằng cách điện phân những hợp chất (muối, bazơ, oxit) nóng chảy của chúng
Một số phương pháp điều chế kim loại
c. Phương pháp điện phân
Ví dụ: Sơ đồ thùng điện phân NaCl nóng chảy để điều chế Na
- Nguyên liệu là NaCl tinh khiết
- Cực dương làm bằng than chì, cực âm bằng thép
- Điều chế kim loại có tính khử trung bình và yếu như Zn, Cu,..bằng cách điện phân dung dịch muối của chúng
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
a) Phương pháp thủy luyện:
- Với dạng bài tập này ta hay sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng và có thể kết hợp với các phương pháp khác như bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố.


MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
 
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
b) Phương pháp nhiệt luyện:
- Phương pháp giải hay áp dụng cho dạng này là bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố.
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
 
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
 
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
 
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI BÀI TẬP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
NHÓM 1 ĐÃ HOÀN THÀNH BÀI THUYẾT TRÌNH

CÁM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE
N
H
Ó
M
1