Technické kovy

Více než tři čtvrtiny prvků vyskytujících se v přírodě jsou kovy,to je zřejmé i z pohledu na Mendělejevovu periodickou soustavu,kde kovy převládají.
Výrobou kovů se zabývá metalurgie – hutnictví.Volně se vyskytující kovy se těží a čistí fyzikálními metodami. Surovinou pro výrobu kovů jsou rudy.Z rud se vázané kovy získávají v konečné fázi redukcí. Těžbou rudy se zabývá hornictví a její úpravou úpravnictví. Kovy vyrobené hutními procesy však nejsou čisté a proto se musí čistit – rafinovat.
Existuje velké množství způsobů,kterými se kovy získávají.Mohou se rozdělit do dvou skupin.Jedním ze způsobů je suchý(pyrometalurgický) postup a druhým je mokrý(hydrometalurgický)postup.
Suché postupy – z těchto metod se nejčastěji používají:
redukce oxidů kovů uhlíkem nebo CO
redukce oxidů kovů vodíkem
aluminotermie
elektrolýza z tavenin
Mokré postupy – z těchto metod se nejčastěji používají:
elektrolýza vodných roztoků
kyanidování – používá se u Au a Ag
cementace-při výrobě mědi
Při těchto metodách se však musí nejdříve převést surovina chemickou i fyzikální cestou do roztoku.
Kovy se rozdělují na železné a neželezné(barevné) kovy.Mezi železné řadíme železo a ocel a neželezné např.olovo,měď,hliník.
Kromě čistých kovů se používá také velké množství slitin,které mají často lepší vlastnosti než čisté kovy.

Olovo
V přírodě se vyskytuje v rudách,nejrozšířenější a nejdůležitější rudou olova je galenit tj.leštěnec olověný PbS.Nalézá se na četných místech. Olovo patří k nejdéle známým kovům.Již Římané používali olova hlavně na vodovodní potrubí . Sloučeniny olova byly známy starým Řekům i Římanům.
Olovo je modrobílý,na čerstvém řezu lesklý kov,který však rychle na vzduchu kalně nabíhá.Je nejměkčí z těžkých kovů,je špatným vodičem tepla a el.proudu. Používá se jako konstrukční materiál pro výrobu nádob a potrubí na zředěnou kys.sírovou,na výr.akumulátorů,jako ochrana proti radioakt.záření,tvoří základ ložiskových kovů.
Olovo působí jako pomalý jed.Nejvíc škodí vdechování olověného prachu.

Výroba olova
Surovinou pro výrobu olova je galenit,ten se nejdříve oxidačně praží a pak se provádí redukce v šachtové peci.
Oxidační pražení galenitu probíhá na aglomeračním pásu.Zahřívá se za přístupu vzduchu,galenit se zde přeměňuje na oxid olovnatý.

2 PbS + 3 O2 2 Pb O + 2 SO2

Redukční tavení probíhá v šachtových pecích,které jsou asi 10 m vysoké a připomínají svou funkcí vysokou pec.Shora pece se dávkuje aglomerát,koks a vápenec jako struskotvorná přísada.PbO se redukuje pomocí CO na surové olovo,které obsahuje 90 – 96% olova .Zbytek tvoří nežádoucí Cu,As,Sb,Sn,aAg.
Proto se musí rafinovat.Struska má vysoký obsah Pb a Zn,proto se také dále zpracovává.Plyny vycházející z pece se musí rovněž čistit.
Rafinace sur.olova
Odstranění mědi se provádí promícháváním roztaveného olova s elementární sírou.Síra reaguje s Cu
za vzniku sulfidu měďného,který vyplave na hladinu olověné lázně,pomocí stěru se odtud odstraní.

Harisování je odstranění As,Sb a Sn jejich oxid.přeměnou na arseničnany ,antimoničnany a ciničitany.
K této přeměně dochází oxid.nežádoucích kovů ve vrstvě taveniny.Sodné soli nežádoucích prvků vyplavou na hladinu,kde se odstraní stěrem.K tomu nám slouží Harrisův přístroj.
Parkesování je odstranění Ag z tekutého olova extrakcí pomocí Zn.Ag se totiž v Zn dobře rozpouští.
Do olova ,které je zahřáté na 460°C se přidá zinek.Po zamíchání se směs nechá pomalu chladnout až
na 350°C.Zinek v sobě Ag pohltí.Při překročení teploty 419°C krystalky Zn s pohlceným stříbrem vyplavou na povrch a ve formě pěny se setřou.
Harisováním se proces rafinace ukončí.Odstraní se tak zinek,který se dostal do olova při parkesování.

Sloučeniny olova
Olovičité sloučeniny se snadno redukují na olovnaté,proto působí jako oxid.činidla.
PbO se užívá při výrobě skla.
PbCrO4 je chromová žluť užívaná jako barvivo.
Sloučeniny olova jsou jedovaté.

Měď
Dostala svůj název podle řeckého ostrova Kypru,kde se prvně tavila.
Měď je měkký načervenalý kov,který je z dostupných kovů nejlepším vodičem el.proudu a tepla.Proto se používá k výrobě el.kabelů,jako materiál pro výrobu kotlů,výměníků tepla,dest.kolon aj.Využívá se jako střešní krytina,ve slitinách (bronz,mosaz).Nereaguje s vodou,na vzduchu je málo stálá,ve vlhkém prostředí vzniká měděnka.
V přírodě se vyskytuje v různých typech minerálů.Jsou to chalkopyrit,bornit,chalkosin,kuprit,malachit,
azurit,ze kterých se vyrábí pražením a redukcí,čistá měď se získá elektrolyticky ze surové mědi.

Výroba
Nejdůležitější surovinou je chalkopyrit (Cu2S . Fe2S3 ).
Flotovaná surovina se nejdříve oxidačně praží.Tím se odstraní převážná část síry,vznikne SO2,
který se odvádí ke zpracování na kys.sírovou a dále na oxidy železa.Cu2S zůstává nedotknutý.
Vzniklý praženec se přivádí do tavící pece spolu s křemenem jako struskotvornou přísadou.Křemen na
sebe váže oxidy železa a převádí je do strusky.Měď se tak zkoncentruje na tzv.kamínek,neboli lech.
Ten se zpracovává v konvertoru.Konvertor je válcová vyzděná nádoba,do níž se dmýchá vzduch.
V konvertoru probíhají tyto reakce:

2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2

Cu2S + Cu2O 6Cu + SO2

Rafinace mědi se provádí ve dvou fázích.Nejdříve se přetavuje v plamenových pecích,kde se do rozta-
vené měděné lázně dmýchá vzduch.Vzniká 99,7%-ní Cu která se odlévá do tzv. anodových bloků.
Probíhá zde elektrolytická rafinace,kde anodou je surová Cu,katodou čistá Cu a elektrolytem je roztok CuSO4 a kys.sírové.Surová se anodicky oxiduje a přechází do roztoku ve formě iontů odkud se vylučuje na katodě jako 99,99%-ní Cu.

výroba H2SO4
SO2 SO2 SO2

flotovaný pražení praženec tavení kamínek konvertor
chalkopyrit

vzduch SiO2 struska SiO2 vzduch surová měď

99,7% Cu
99,9% Cu elektrolýza odlívání anod přetavování Cu

Hliník
Hliník stojí svým výskytem mezi všemi prvky na třetím místě,mezi kovy na prvním.V přírodě se
vyskytuje pouze vázaný ve sloučeninách,jako jsou hlinitokřemičitany ; živce,slída,kaolinit,další
rudy jsou kryolit,bauxit,korund.Nikdy se nevyskytuje ryzí.
Hliník je stříbrolesklý,poměrně měkký a lehký kov.Je kujný a dobře vede el.proud i teplo.Proto se
v poslední době používá jako náhradní materiál místo mědi.Na vzduchu se pokrývá vrstvou oxidu
hlinitého a tím je odolný proti korozi,je reaktivní.Hliník se používá v aut.průmyslu,v elektrotechnice,
nádrže na konc.kys.dusičnou.Práškový hliník se používá v aluminotermii,při výrobě prskavek a v
zábavné pyrotechnice.
Výroba – základní surovinou pro výrobu hliníku je bauxit.
Výroba má tři fáze : a) příprava čistého Al2O3
b) výroba surového hliníku elektrolýzou
c) elektrolytická rafinace hliníku

a) příprava čistého Al2O3 se provádí více metodami,které mají společný základ.Alkalickým tavením
se přemění na hlinitan sodný,který je na rozdíl od nečistot rozpustný ve vodě.Hydrolýzou vzniká Al(OH)3,který se kalcinací přemění na čistý Al2O3.

Al2O3.nH2O + 2 NaOH 2 NaAlO2 + ( n + 1) H2O

NaAlO2 + 2 H2O Al (OH)3 + NaOH

2 Al (OH)3 Al2O3 + 3 H2O

b) základním elektrolytem je tavenina Al2O3 v kryolitu.Přídavek kryolitu snižuje teplotu tání na 950°C.
Katodou je nejdříve grafitové dno,později je jím kapalný hliník.Anodou je grafit.
3+ -
katoda : Al + 3 e Al
3- -
anoda : 2 AlO3 - 6 e Al2O3 + 3/2 O2

Kyslík,který se zde vylučuje,reaguje s uhlíkem z anody.Kapalný hliník se odsává ze dna elektrolyzéru
vakuovou pánví.
c) rafinace – základem je anodické rozpouštění Al z jeho slitiny s mědí a vyloučení velmi čistého hliníku na katodě.Principem čištění je,že kovy elektropozitivnější než hliník se z anody nerozpouštějí a prvky,
které jsou elektronegativnější se na katodě nevylučují.Sur. Al se přidává na anodu a z katody se odčerpá-
vá čistý Al (99,998%).

Nejdůležitější slitiny
Kromě čistých kovů se používá velké množství slitin (jsou to tuhé roztoky ),které mají často lepší vlastnosti než čisté kovy..Např. jsou lépe tavitelné,tvrdší,odolnější vůči korozi.

Druh slitiny Název Složení
slitiny Cu bronz Cu + Zn
mosaz Cu + Sn
slitiny Ni nikelin Cu + Zn + Ni
konstantant Cu + Ni
slitiny pájka Pb + Sn
Pb + Sn + Sb písmenkový kov Pb + Sb + Sn
tvrdý ložiskový kov Sn + (Sb +Cu)
měkký ložiskový kov Pb + Sn + Sb + Cu

slitiny dural a superdural Al + Cu + Mg
Al + Mg alpaky Al + Si