Procesele chimice care au loc în interacțiunea dintre apă și unele metale active și mediu active sunt importante pentru dezvoltarea și implementarea de noi tehnologii în hidroelectrometalurgie și prelucrarea metalelor. Reacțiile metal plus apă sunt considerate ca procese eterogene care au loc în faza limită dintre solide și lichide sau dintre lichide și gaze.
Metalele care reacționează cu apa
Specialiștii împart metalele în trei grupe:
- active, care reacționează cu apa în orice condiții — alcaline, alcalino-pământoase, magneziu, aluminiu;
- mediu active — metale situate în sistemul periodic între aluminiu și hidrogen;
- slab active, care nu reacționează cu apa în nicio condiție — metale situate în rândul din dreapta hidrogenului.
Pentru metalele active, reacția este însoțită de procesul de extracție a hidrogenului cu formarea concomitentă de hidroxid, de exemplu 2Na+2H2O=2NaOH+H2.
Din cauza peliculei de oxid care acoperă magneziul, reacția acestuia este posibilă numai în apă clocotită, deoarece încălzirea determină descompunerea MgO. Această reacție — metal plus apă, se obține, ca și în cazul precedent, cu eliberarea hidrogenului și formarea hidroxidului insolubil: Mg+2H2O=Mg(OH)2↓+Н2. Aluminiul este acoperit cu un oxid similar, dar pelicula nu poate fi distrusă de apa fiartă. Pentru ca metalul să reacționeze, este necesar un tratament chimic sau mecanic pentru curățarea suprafeței.
Metalele mediu-active reacționează numai cu vaporii de apă atunci când sunt încălzite la 600-800 ℃, adică în stare fierbinte. Spre deosebire de grupul activ, aceste metale formează mai degrabă oxizi decât hidroxizi, iar produsul de reducere pentru ele este hidrogenul molecular. De exemplu, reacția de metal plus apă pentru zinc și fier este următoarea Zn+H2O=ZnO+H23Fe+4H2O=FeO4+4Н2sau, în funcție de temperatura de încălzire: Fe+H2O=FeO+H2.
Hidrometalurgia: particularități ale utilizării reacției apă-metal
Reacțiile chimice ale metalelor cu apa sunt utilizate în mod activ în metalurgie, în special în concentratoare pentru a separa deșeurile de minerale valoroase, utilizând diferite regimuri tehnologice, ajustând compoziția ionică a apei pentru a obține anumiți indicatori ai pulpei. De regulă, în acest scop se utilizează soluții apoase de săruri, acizi, alcali sau apă obișnuită.
În producția de cupru, se utilizează un proces umed, cu levigare cu acid sulfuric și electroliză pentru îmbogățirea minereurilor de calitate inferioară. Procedeele hidrometalurgice sunt, de asemenea, utilizate în lanțul de recuperare a nichelului, în principal în prelucrarea garnieritei și lateritei, minereuri silicatice de calitate inferioară. Apa este, de asemenea, utilizată pentru îmbogățirea minereurilor care conțin zinc, aluminiu și uraniu.
În producția de topire, apa este utilizată pentru granulația zgurii în cazane, înainte de turnarea metalului topit în lingouri de aliaje de fier și oțel, umiditatea fiind necesară și în procesul de căptușire.
