ELEMENTÁRNÍ KOVY Kovové prvky mají velký technický význam např. ve stavebnictví, elektrotechnice, strojírenství a spotřebním průmyslu. Rozšíření kovů v přírodě: mezi nejrozšířenější kovy v přírodě patří: Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti. Obecné metody výroby kovů: Prům. výroba všech kovů spočívá v uskutečňování řady operací, které lze roztřídit: 1. těžba rudy 2. nechemické separační postupy 3. chemické separační postupy a postupy, kterými se upravuje kvalita surovin 4. chemický děj, který vede ke vzniku surového elementárního kovu 5. rafinační postupy, které zlepšují čistotu kovu - Výroba kovů redukčními pochody: Pochody spočívají v redukci sloučeniny kovu na elementární kov za pomoci vhodného redukovadla. Uskutečňují se při vyšších teplotách. Jako redukovadla se používají: 1. elementární nekovy (H[2], C, aj): 2 AgCl + H[2] → 2 Ag + 2 HCl 2. elementární kovy a polokovy (Al, Mg, Ba, Ca, Zr, Fe, Si, aj): Fe[2]O[3] + 2 Al → 2 Fe + Al[2]O[3] 3. sloučeniny (CO, SO[2], KCN, CaC[2], aj): MgO + CaC[2] → Mg + CaO + 2 C Redukce vodíkem poskytují relativně čisté kovy. Jsou ale drahé a náročné z hlediska bezpečnosti. Redukce spočívá v žíhání kovu v proudu vodíku. Nejsnáze se redukují vodíkem oxidy a halogenidy kovů. Pro přípravu neušlechtilých kovů nelze redukci vodíkem použít. Redukce oxidů kovů uhlíkem se používají běžně. Směs oxidu a koksu se vyhřívá v elektrické peci nebo se potřebná teplota dosahuje spalováním uhlíku. Výroby založené na tomto principu nejsou nákladné, ale čistota kovů není příliš vysoká. Redukce oxidů kovů elementárními kovy nebo polokovy (=metalotermie) jsou reakce velmi exotermické. Slouží k přípravě málo ušlechtilých kovů (u těch, jejichž výroba redukcí uhlíkem nebo vodíkem je obtížná). Jako redukující kov se používá Al, Si, Mg, aj. K redukci halogenidů kovů roztavenými neušlechtilými elementárními kovy (Krollova metoda) slouží roztavený hořčík, vápník, sodík, aj. Při technologii založené na substitučních reakcích je v tavenině nebo v roztoku ušlechtilý kov vyredukován kovem méně ušlechtilým. HgS + Fe → Hg + FeS Méně užívané jsou technologie, při nichž se kov získává redukčním působením nějaké sloučeniny. Patří sem žíhání v proudu CO, redukční tavení s kyanidy alkalických kovů, termická reakce s CaC[2], aj. - Výroba kovů tepelným rozkladem sloučenin Tepelný rozklad tuhých látek se provádí ve válcích nebo trubicích, v nichž je látka uložena. Reakční prostor se zahřívá zvenčí destilací, odsáváním nebo se procházejícím ochranným plynem odvádějí těkavé produkty. Plynné látky se rozkládají na vyhřátém kovovém vláknu nebo drátu. Metalurgicky se nejčastěji využívají rozklady oxidů a azidů kovů. Oxidy většiny kovů jsou termicky stálé. Labilní jsou oxidy vysoce ušlechtilých kovů, které jsou pro tento postup vhodné. Z rozkladných reakcí plynných látek jsou významné tepelné dekompozice některých karbonylů, halogenidů a hydridů. [Ni(CO)[4]] → Ni + 4CO (Mondův proces) Řadu kovů (Zr, Ti, Si, Nb, W, aj) lze připravovat van Arkelovou-de Boerovou metodou (rozklad jodidů a bromidů na žhavém vlákně). TiI[4] → Ti + 2I[2] [ ] - Výroba kovů elektrolytickými postupy Tyto postupy patří k nejpoužívanějším metalurgickým technologiím. U některých kovů je elektrolýza jedinou cestou jejich výroby. Rozlišují se postupy, při nichž jsou elektrolyzovány vodné roztoky, a technologie využívající elektrolýzu tavenin látek. Elektrolýza vodných roztoků se uskutečňuje při normální teplotě. Do roztoku jsou ponořeny vodivé elektrody pod stejnosměrným napětím. Na katodě dochází k redukčním dějům. Anoda působí oxidačně na složky přítomné v roztoku. Mnoho kovů se na katodě z vodného roztoku nevylučují. Jsou to kovy neušlechtilé a kovy, jejichž standardní elektronový potenciál je vysoce záporný (Li, K, Na, Ca, Al, Zr, Cs, La, Be, aj). Elektolytické rozklady tavenin se uskutečňují při vyšších teplotách, než tomu bylo u vodných roztoků. Kov vyredukovaný na katodě je nejčastěji kapalný a buď se z elektrolyzéru odčerpává, nebo je v určitém místě chlazen pod teplotu tání a mechanicky se odstraňuje. - Rafinace kovů Čistota primárně vyráběného kovu je závislá na tom, o jaký kov se jedná, jaká metoda byla použita na jeho přípravu, na výchozí surovině, atd. Primárně vyrobený kov většinou nevyhovuje svou čistotou účelům, a proto se musí čistit. K tomu slouží chemické, fyzikálně chemické a fyzikální postupy, které nazýváme rafinace. Jsou založeny na dvou postupech. Podstatou prvního je převedení kovu na vhodnou sloučeninu, která se poté fyzikálně chemickou metodou oddělí od reakčních zbytků. (např. čištění surového niklu, čištění titanu, rafinace zlata, aj.) Druhou cestou je postup, kdy jsou chemicky napadeny nežádoucí příměsi v surovém kovu. Reakcí jsou převedeny na snadno separovatelnou formu (např. tavení surového cínu s bezvodým chloridem cínatým). Výroba a využití kovů: LITHIUM - Elektrolýza LiCl a KCl, metalometrické působení Ca nebo Al na Li[2]O nebo LiOH - Teplonosné medium, redukční prostředek, katalyzátor, zušlechťovací přísada SODÍK - Elektrolýza NaCl - Výroba kovů, organická syntéza DRASLÍK - Karbidotermie z KF nbo KCl, elektrolýza KOH,destilace - Teplonosné médium, redukovadlo RUBIDIUM A CESIUM - Těžkotavitelná skla, elektrotechnika a osvětlovací technika BERYLLIUM - Elektrolýza BeCl[2] a NaCl, redukce BeF[2], BeCl[2], BeO - Moderátor v reaktorech, slitiny HOŘČÍK - Elektrolýza MgCl[2], rafinace destilací za sníženého tlaku, redukce MgO - Zušlechťování a výroba kovů, organická syntéza VÁPNÍK - Elektrolýza CaCl[2 ]a CaF[2], reakcí CaCl s hliníkem - Výroba kovů, slitiny, deoxidant BARYUM - Elektrolýza BaCl[2], redukce BaO - Slitiny HLINÍK - Elektrolýza Al[2]O[3], čistý z bauxitu Bayerovou metodou či subhalogenidovou metodou - Slitiny, aluminotermie, organická syntéza GALIUM - Polovodičová technika, sluneční články CÍN - Redukce SnO[2] uhlíkem - Ochrana proti korozi, výroba kovů a speciálních slitin OLOVO - Redukce PbO uhlíkem nebo PbS - Výroba kovů, akumulátorů, konstrukční materiál ARSEN - Polovodiče, slitiny ANTIMON - Slitiny, ochranné povlaky kovů BISMUT - Redukce Bi[2]S[3] železem, redukce Bi[2]O[3] cementace solí železem - Speciální slitiny TITAN - Redukce chloridů, oxidů a komplexních sloučenin - Konstrukční materiál ZIRKONIUM A HAFNIUM - Konstrukční materiál (Zr) THORIUM - Slitiny, jaderné procesy VANAD - Kalcinotermie, silikotermie, redukce nebo elektrolýza chloridů - Legování oceli, magnetické slitiny CHROM - Redukce chromitů v elektrické peci uhlíkem, aluminotermie, elektrolýza MOLYBDEN - Redukce elektrolýzou MoO[3] - Legování oceli a litiny, vakuová technika a elektronika WOLFRAM - Legování oceli, výroba slinutých karbidů, slitiny URAN - Palivové články pro jaderné reaktory MANGAN - Redukce oxidů, elektrolýza síranů - Deoxidační a zušlechťovací přísada ocelí a niklu ŽELEZO - Redukce oxidů vodíkem, uhlíkem, elektrolýzou roztoků solí, termickým rozkladem - Konstrukční a nástrojový materiál, sloučeniny, katalyzátor KOBALT - Redukce Co[3]O[4], síranu kobaltnatého - Žáruvzdorné slitiny, výroba magnetů, cermetů NIKL - Redukce NiO, elektrolýza síranu nikelnatého - Konstrukční matriál, legování oceli, výroba slitin PLATINOVÉ KOVY - Elektrotechnická zařízení, katalyzátory MĚĎ - Redukce oxidů, sulfidů a síranů - Elektrotechnický průmysl, potravinářský průmysl, slitiny, tepelná technika STŘÍBRO - Oddělením Ag ze surového Pb krystalizací, kyanidovým loužením a následnou cementací - Klenoty, mince, optika, elektrotechnika ZLATO - Elementární kov, amalgamace nebo kyanidové loužení - Klenoty, technika, rubínové sklo ZINEK - Elektrolýza síranu zinečnatého, redukce ZnO uhlíkem - Pozinkování kovů, slitiny RTUŤ - Rozklad bez přístupu vzduchu pálením, srážením železem - Amalgační výroba Ag a Au, elektrody, přístroje [ ]