Kim loại trong tự nhiên và phương pháp tách kim loại SVIP

I. KIM LOẠI TRONG TỰ NHIÊN

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:

Một số loại quặng thông dụng:

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

1. Nguyên tắc

Khử ion kim loại thành nguyên tử: Mⁿ⁺ + ne → M.

2. Tách kim loại hoạt động hóa học mạnh – Điện phân nóng chảy

Phương pháp điện phân nóng chảy được sử dụng để điều chế các kim loại hoạt động mạnh như K, Na, Ca, Mg, Al,...

a. Điện phân oxide nóng chảy

Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng bauxite theo hai giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: Tinh chế quặng bauxite bằng phương pháp hóa học thu được Al₂O₃.

- Giai đoạn 2: Điện phân Al₂O₃ và cryolite nóng chảy.

b. Điện phân muối chloride nóng chảy

Để điều chế các kim loại như K, Na, Ca, Mg,... người ta điện phân muối chloride của chúng ở trạng thái nóng chảy.

Ví dụ: Điện phân MgCl₂ nóng chảy .

3. Tách kim loại hoạt động trung bình, yếu

Các kim loại hoạt động hóa học trung bình, yếu như Zn, Fe, Sn, Pb, Cu,... thường được điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện, thủy luyện hoặc điện phân dung dịch.

a. Phương pháp nhiệt luyện

Nguyên tắc: Dùng C, CO,... để khử các oxide kim loại ở nhiệt độ cao.

Ví dụ: Tách kẽm từ quặng zinc blende.

- Đốt quặng trong không khí:

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

- Tách kẽm ra khỏi zinc oxide:

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

b. Phương pháp điện phân dung dịch

Nguyên tắc: Điện phân dung dịch muối của các kim loại.

Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl₂ để điều chế Cu.

Sơ đồ điện phân: 

c. Phương pháp thủy luyện

Nguyên tắc: Hòa tan kim loại hoặc hợp chất của chúng bằng dung dịch thích hợp, sau đó dùng kim loại hoạt động mạnh hơn để khử ion kim loại trong dung dịch.

Ví dụ: Dùng Fe để khử ion Cu²⁺ trong dung dịch muối đồng.

\(Fe\left(s\right)+CuSO_4\left(aq\right)\rarr FeSO_4\left(aq\right)+Cu\left(s\right)\)

III. TÁI CHẾ KIM LOẠI

Việc tái chế kim loại sắt, nhôm, đồng trải qua nhiều giai đoạn xử lí phức tạp nhằm thu hồi nguyên liệu một cách hiệu quả, đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

➤ Vai trò của tái chế kim loại:

- Giúp tiết kiệm năng lượng so với sản xuất kim loại từ quặng.

- Giảm thiểu một số tác động tiêu cực tới môi trường.

- Tăng hiệu quả kinh tế.

➤ Quy trình tái chế kim loại:

➤ Một số kim loại được tái chế hiệu quả

- Nhôm, sắt, đồng là những kim loại được tái chế hiệu quả nhất, có thể tái chế nhiều lần mà không bị tiêu hao. Nhôm, sắt, đồng tái chế được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, phương tiện giao thông, thiết bị điện tử, dây dẫn điện, nhạc cụ,...