استخلاص الفلزات – الاختزال بالكربون والفرن العالي والتحليل الكهربائي للألومينا والاستخلاص الحيوي
الكيمياءالكيمياء غير العضوية17–18 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلأربع شاشات: سخّن CuO وPbO وZnO وFe₂O₃ وAl₂O₃ مع الكربون لترى أيّ الأكاسيد يُختزل، بحسب موقع الفلز بالنسبة إلى الكربون في سلسلة النشاط الكيميائي؛ وفرن عالٍ تظهر فيه التفاعلات منطقةً منطقة مع جدول لكميات الحديد والحجر الجيري والخبث وCO₂؛ وخلية هول–هيرو تستخلص الألومنيوم من الألومينا المذابة في الكريوليت، مع حساب الكتلة m = MIt/(nF) والطاقة المستهلكة؛ ومقارنة بين التعدين النباتي والترشيح الحيوي لخام نحاس منخفض الجودة مع مرور الزمن.
الدرس: استخلاص الفلزات: الاختزال بالكربون، والفرن العالي، والتحليل الكهربائي لأكسيد الألومنيوم، والتعدين النباتي والترشيح الحيوي
ماذا تعرض
تعتمد طريقة استخلاص الفلز على نشاطه الكيميائي. فالفلزات التي تقع تحت الكربون في سلسلة النشاط، مثل النحاس والرصاص والحديد والخارصين، يمكن الحصول عليها بتسخين أكاسيدها مع الكربون: يفقد الأكسيد الأكسجين فيُختزل، ويكتسب الكربون الأكسجين فيتأكسد. وفي الفرن العالي يختزل أول أكسيد الكربون أكسيد الحديد (III)، ويزيل الحجر الجيري الرمل على هيئة خبث. أما الفلزات التي تقع فوق الكربون، مثل الألومنيوم، فتحتاج إلى التحليل الكهربائي لمركب منصهر، وهو يستهلك طاقة كبيرة. ويمكن استخلاص النحاس من الخامات منخفضة الجودة ببطء بواسطة النباتات (التعدين النباتي) أو البكتيريا (الترشيح الحيوي).
طريقة الاستخدام
في شاشة «الاختزال بالكربون» اختر «الأكسيد» واضبط «درجة حرارة التسخين» واضغط «تسخين»، ثم راقب المادة الصلبة وماء الجير واقرأ الكتل. في «الفرن العالي» اختر منطقة وغيّر «تغذية الخام» و«محتوى Fe₂O₃». في «التحليل الكهربائي للألومينا» اضبط «شدة التيار I» و«الجهد U» و«كفاءة التيار η»، وفعّل الكريوليت أو ألغه، ثم اضغط «ابدأ». في «الاستخلاص الحيوي» غيّر «نسبة النحاس» و«كتلة الخام منخفض الجودة»، واضغط «ابدأ» وقارن المنحنيين.
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة الاختزال بالكربون, الفرن العالي, التحليل الكهربائي للألومينا, الاستخلاص الحيوي
- أكسيد الفلز أكسيد النحاس (II) CuO, أكسيد الرصاص (II) PbO, أكسيد الخارصين ZnO, أكسيد الحديد (III) Fe₂O₃, أكسيد الألومنيوم Al₂O₃
- درجة حرارة التسخين 200–1600 °C
- كتلة الأكسيد 1–10 g
- خام الحديد المغذّى إلى الفرن العالي 50–400 t/h
- محتوى Fe₂O₃ في الخام 50–95 %
- التيار المار في خلية التحليل الكهربائي 50–500 kA
- الجهد بين طرفي كل خلية 3.8–5 V
- كفاءة التيار 80–100 %
- الألومينا مذابة في الكريوليت
- نسبة النحاس في الخام منخفض الجودة 0.1–2 %
- كتلة الخام منخفض الجودة 100–10000 t
- الخطوة الأخيرة لاستخلاص النحاس من المحلول الإحلال بخردة الحديد, التحليل الكهربائي للمحلول
أسئلة للاستكشاف
- لماذا يستطيع الكربون اختزال أكسيد النحاس (II) ولا يستطيع اختزال أكسيد الألومنيوم؟
- في الفرن العالي، أي مادة تتأكسد وأي مادة تُختزل عندما يتفاعل أكسيد الحديد (III)؟
- لماذا يُستخدم الكريوليت في استخلاص الألومنيوم، ولماذا يستهلك هذا الاستخلاص طاقة كبيرة جدًا؟
