Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim SVIP

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Các phương pháp hóa học thường được sử dụng để tách kim loại là điện phân nóng chảy, nhiệt luyện và thủy luyện.

Kim loại trong tự nhiên chủ yếu có mặt trong quặng dưới dạng hợp chất, thường là oxide hoặc muối.

Quy trình tách kim loại từ quặng:

 Các phương pháp hóa học để tách kim loại:

- Điện phân nóng chảy (kim loại hoạt động hóa học mạnh).

- Nhiệt luyện (kim loại hoạt động hóa học trung bình).

- Thủy nhiệt (kim loại hoạt động hóa học yếu).

II. QUÁ TRÌNH TÁCH MỘT SỐ KIM LOẠI CÓ NHIỀU ỨNG DỤNG

1. Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bằng phản ứng điện phân

Sơ đồ bể điện phân aluminium oxide nóng chảy

2. Tách sắt ra khỏi iron(III) oxide 

Iron(III) oxide phản ứng với carbon monoxide ở nhiệt độ cao tạo ra sắt và carbon dioxide.

\(Fe_2O_3+3CO\overset{t^{o}}{\rarr}2Fe+3CO_2\)

3. Tách kẽm ra khỏi zinc sulfide

- Đốt quặng zinc sulfide trong không khí:

\(2ZnS+3O_2\overset{t^{o}}{\rarr}2ZnO+2SO_2\)

- Tách kẽm ra khỏi zinc oxide:

\(ZnO+C\overset{t^{o}}{\rarr}Zn+CO\)

III. HỢP KIM

1. Khái niệm hợp kim

Hợp kim là vật liệu kim loại chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.

2. Ưu điểm của hợp kim

Hợp kim thường sở hữu các đặc tính vượt trội hơn so với kim loại nguyên chất về độ bền, cứng, khả năng chống ăn mòn, gỉ sét,...

3. Một số hợp kim phổ biến

Gang, thép, inox và duralumin là những hợp kim được sử dụng phổ biến hiện nay.

- Gang và thép (hợp kim của Fe và C) có độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực tốt hơn so với kim loại sắt.

- Inox (hợp kim của Fe, C, Cr và Ni) có ưu điểm là cứng và khó bị gỉ.

- Duralumin (hợp kim của Al, Cu, Mn, Mg,...) có ưu điểm là nhẹ nhưng bền và cứng hơn so với nhôm.

IV. SẢN XUẤT GANG, THÉP

1. Sản xuất gang từ nguồn quặng chứa iron(III) oxide

Gang được sản xuất bằng cách luyện quặng sắt trong lò cao ở nhiệt độ cao với carbon monoxide.

Nguyên liệu: Quặng sắt, than cốc, chất tạo xỉ.

Các giai đoạn sản xuất gang:

- Tạo khí CO:

\(C+O_2\rarr CO_2\)

\(C+CO_2\overset{t^{o}}{\rarr}2CO\)

- Khí CO phản ứng với oxide sắt:

\(3CO+Fe_2O_3\overset{t^{o}}{\rarr}2Fe+3CO_2\)

- Đá vôi phân hủy thành CaO và kết hợp với SiO₂ tạo thành xỉ:

\(CaO+SiO_2\overset{t^{o}}{\rarr}CaSiO_3\)

Sơ đồ lò luyện gang

2. Sản xuất thép

Thép được tạo ra bằng cách tinh luyện gang, giảm bớt hàm lượng carbon để thu được hợp kim bền và dẻo hơn.

Nguyên liệu: Gang, khí oxygen.

Quá trình sản xuất: Thổi khí oxygen vào lò đựng gang nóng chảy để tạo thành các oxide dạng khí (CO₂, SO₂) và các oxide dạng rắn (SiO₂, MnO₂,...).

Sơ đồ lò thổi