ПОЛУЧЕНИЕ S-МЕТАЛЛОВ

Металлы I группы имеют высокие электродные потенциалы и являются сильнейшими среди известных восстановителей. Поэтому их нельзя получать путем восстановления соответствующих оксидов. Из-за высокой электроположительности этих металлов их нельзя также вытеснять из водных растворов солей действием каких-либо других металлов. Электролиз водных растворов солей этих металлов тоже не приводит к получению самих металлов, а лишь к образованию их гидроксидов. При проведении электролиза с ртутным катодом образуется амальгама (сплав такого металла и ртути), однако восстановление чистого металла из амальгамы сопряжено с большими трудностями.

Щелочные металлы получают электролизом их расплавленных галогенидов. При этом для понижения температуры плавления к галогениду щелочного металла добавляют какую-либо другую соль, например хлорид кальция.

Металлы II группы - тоже сильные восстановители. Поэтому их невозможно непосредственно восстанавливать углеродом, так как в результате образуются дикарбиды этих металлов. Металлы II группы можно получать электролизом их расплавленных хлоридов в смеси с хлоридом натрия, который добавляется для понижения температуры плавления. Однако барий и стронций получаются таким методом лишь с трудом, поскольку образуют коллоидные суспензии. Поэтому их получают термическим восстановлением оксидов этих металлов с помощью алюминия, например

Используемый с этой целью оксид представляет собой обожженный (кальцинированный) минерал. Так называют карбонатный минерал, из которого путем нагревания удален диоксид углерода. Например,

Получение натрия

Натрий получают электролизом расплавленного хлорида натрия; одновременно получается хлор. Хлорид натрия, который служит сырьем в этом процессе, получают следующими методами:

1) горной разработкой залежей каменной соли;

2) выпариванием рапы соляных озер либо океанической воды с использованием тепловой энергии Солнца (после осаждения кристаллов соли остаток жидкости отводят; в результате получается грубая форма соли);

3) бурением скважин для получения соли путем растворения ее подземных залежей (через пробуренную скважину в отложение соли накачивают воду, а образующийся рассол — раствор хлорида натрия выкачивают на поверхность; затем с помощью вакуумной перегонки рассола из него получают кристаллическую соль). Этот метод используется также для получения соли из природных подземных соленых вод.

Электролизер Даунса. Получение натрия из хлорида натрия в промышленности осуществляется с помощью электролизера Даунса (рис. 13.7). Это цилиндрический стальной электролизер, в котором электролиз расплавленного хлорида натрия проводится между расположенным в центре графитовым анодом и круговым стальным катодом. Хлорид натрия плавится приблизительно при 800 °С. При такой температуре стальной электролизер быстро корродирует. Кроме того, часть натрия, образующегося при электролизе, растворяется в расплавленном электролите. Это превращает электролит в металлический проводник, в результате чего приостанавливается электролитическое разложение. Для преодоления этой трудности используется электролит, содержащий 60% хлорида кальция и 40% хлорида натрия. Хлорид кальция снижает температуру плавления приблизительно до 600 °С.

Типичный электролизер Даунса работает в таком режиме: сила тока 30000 А и напряжение приблизительно 7,0 В. В нем осуществляются следующие электродные

Рис. 13.7. Электролизер Даунса.

реакции:

На катоде:

На аноде:

И жидкий натрий, и хлор поднимаются на поверхность электролита. Поскольку они реагируют друг с другом, их разделяют стальной сеткой.

Получение магния термическим восстановлением

Для промышленного получения магния может использоваться термическое восстановление оксида магния - процесс Пиджеона. В этом процессе в качестве сырья используется обожженный доломит:

Обожженный доломит нагревают с ферросилицием - сплавом железа и кремния. Кремний восстанавливает оксид магния, в результате чего образуются пары магния:

Оксид кремния (IV) реагирует с оксидом кальция, образуя силикат кальция, который удаляется в форме шлака:

В этом процессе в качестве сырья может использоваться также обожженный магнезит.

Промышленное получение магния из морской воды

Магний получают в промышленных масштабах еще одним способом из морской воды либо из взвеси обожженного доломита в морской воде. Этот процесс осуществляется по-разному в разных странах, однако в сущности состоит из следующих трех стадий.

1. Осаждение гидроксида магния. Магний, содержащийся в морской воде либо во взвеси, осаждают в виде гидроксида магния. Если в процессе используется только морская вода, осаждение гидроксида магния осуществляют добавлением в нее гашеной извести Если используется взвесь, то в ней уже присутствует гидроксид кальция, образующийся в результате реакции между водой и оксидом кальция, который входит в состав обожженного доломита. Таким образом, на данной стадии осуществляется реакция

2. Образование хлорида магния. Гидроксид магния превращают в хлорид магния с помощью соляной кислоты:

3. Электролиз расплавленного хлорида магния. Гидратированный хлорид магния получают из раствора выпариванием в печи. Затем его дегидратируют,

чтобы получить безводный хлорид магния. После этого расплавленную смесь, содержащую подвергают электролизу в цилиндрическом электролизере с угольными анодами и стальными катодами. используются для понижения температуры плавления, а также для повышения плотности электролита, чтобы расплавленный магний мог плавать на поверхности электролита. Электродные реакции описываются следующими уравнениями:

На катоде:

На аноде: