Черни метали

Едни метали се срещат в земната кора самородни - Au, Pt отчасти Ag, Hg и други, а други в съединено състояние - окиси, сулфиди, карбонати, сулфати и прочие. Първите се добиват било по пътя на механичното отделяне на металите от примесите и скалната маса, било като се използва промиването с вода, било като се използват подходящи разтворители. Вторите се добиват като се подхвърлят техните руди на целесъобразна химична разработка. Рудите са съединения на металите, които са пригодни за тяхното получаване в заводски мащаб в състояние, което задоволява изискванията на техниката. Главните руди, които се обработват, са окисите, сулфидите и карбонатите. Делът от химичната промишленост, който се занимава с добиването на металите от земната недра е металургията, която използва не само химията, но още физиката, механиката и други науки. В нея се включват методите за очистване на рудите от примесите, разделянето и рафинирането на металите, изготвянето на сплави, на стандартни стоки и прочие. По начало металургичните процеси за добиване на метали са редукционни. Металургията се разделя на следните три дяла: хидрометалургия, пирометалургия и електрометалургия.

Хидрометалургия

Тя включва начините за получаване на металите от техните водни солени разтвори. В случая се използва екстрахирането ,отделянето на разтворимто вещество от неразтворимото. Например при обработката на рудите, съдържащи медта като CuO, със сярна киселина, протича процесът CuO+H2SO4=CuSO4+H2O, а като CuS се използва Fe2(SO4)3 - CuS+Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4+S. Полученията разтвор от CuSO4 се подлага на електролиза, при която медта се отделя на катода. Хидрометалургично се получава и други.

Пирометалургия

Впрочем това е най-важният дял на металургията. В основата му стоят редукционни процеси, протичащи при подходящи високи температури. За редуктори се използва водородът, някои метали и най-вече въглеродът. Водородът се използва ограничено. Равновесието към метала е толкова по-пълно изместено, колкото топлината на образуване на окиса на метала е по-малка от топлината на образуване на водата. Температурата на бързо протичане на редукцията зависи от природата на металния окис и достига в някои случаи дори до 2 000 градуса по Целзий. Използват се и някои метали като редуктори. Те формират металотермията в пирометалургията. По начало се използват онези метали като редуктори, на които топлината на образуване на окисите им има голяма тойност. Това са някои лантаниди, калция, магнезия и други, особено алуминия, който формира така наречената алумотермия или алуминотермия.

Въглеродът под формата на кокс има най-голямо значение за пирометалургичното получаване на металите. Той формира т.нар. карботермия. Ако рудата е окис, тя направо се редуцира с въглерод - CuO+C=Cu+CO, ако е сулфид, тя се пържи на открито до окис, който след това се редуцира - 2ZnS=3O2=2ZnO+SO2; ZnO+C=Zn+CO, ако ли пък е карбонат, предварително се разлага до окис, след което последният се редуцира - ZnCO3=ZnO+CO2; ZnO+C=Zn+CO.

Обикновено рудите съдържат примеси - пясък, карбонти и прочие, които не така лесно се стапят. За да се облекчи стапянето им, прибавят се към рудата изкуствено подходящи вещества, които с примесите образуват ниско топими съединения, наричани шлаки, а прибавените вещества - флюси. Шпаките лесно се отстраняват. Ако примесът е кисел (SiO2), прибавя се варовик (CaCO3), а ако е основен CaCO3 прибавя се пясък (SiO2). И в двата случая се образува нискотопимият CaSiO3. Ако примесът е в големи количесва, тогава рудата се подлага на т.нар. флотация, в основата на която стои мокряемостта и немокряемостта на рудата и примеса от водата. Обикновено примесът по-добре се мокри от водата, а рудата по-добре от подходящо минерално масло. В подходящи флотатори рудата енергично се разбърква с водата и минералното масло и последното увлича върху повърхността рудата, а примесът се утаява на дъното, увлича върху повърхността рудата, а примесът се утаява на дъното.

Електрометалургия

В зависимост от ролята на електричната енергия тя бива електротермия и електролиза. При електротермията ролята на електрическата енергия се свежда до получаването на високи температури, при които редукционният процес протича бързо. Разликата между пирометалургията и електротермията е в начина на сгряването. Ролята на електричния ток при електролизата се състои в неговото редукционно действие - катодната редукция на металните йони до елементарен метал.

Освен окисите в някои случаи се подлагат на редукция с подходящи метали хлориди и сулфиди - Sb2S3+3Fe=3FeS+2Sb; HgS+Fe=FeS+Hg; TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti и прочие.