Химические процессы, происходящие при взаимодействии воды и некоторых активных и среднеактивных металлов, важны для разработки и внедрения новых технологий в гидроэлектрометаллургии и металлообработке. Реакции металл плюс вода рассматриваются в части происходящих гетерогенных процессов в пограничной фазе между твердыми и жидкими или жидкими и газообразными веществами.
Металлы, вступающие в реакцию с водой
Специалисты разделяют металлы на три группы:
- активные, реагирующие с водой в любых условиях — щелочные, щелочноземельные, магний, алюминий;
- среднеактивные — металлы, расположенные в периодической системе между алюминием и водородом;
- малоактивные, не реагирующие с водой ни при каких условиях — металлы, располагающиеся в ряду правее от водорода.
Для активных металлов реакция сопровождается процессом экстракции водорода с попутным образованием гидроксида, например, 2Na+2Н2О=2NaOН+Н2.
Из-за пленки оксида, покрывающей магний, его реакция возможна только в кипящей воде, поскольку при нагревании происходит разрушение МgО. Эта реакция — металл плюс вода, получается, как и в предыдущем случае, с выбросом водорода и формированием нерастворимого гидроксида: Мg+2Н2О=Мg(OН)2↓+Н2. Аналогичным оксидом покрыт и алюминий, но разрушить пленку кипящей водой нельзя. Чтобы металл среагировал, необходима химическая или механическая обработка, очищающая поверхность.
Среднеактивные металлы вступают в реакцию лишь с водяными парами при условии их прогрева до 600-800℃, т.е. в состоянии красного каления. В отличие от активной группы, эти металлы образуют не гидроксиды, а оксиды, а продуктом восстановления для них служит молекулярный водород. Например, реакция металл плюс вода для цинка и железа выглядит следующим образом: Zn+Н2О=ZnО+Н2, 3Fе+4Н2О=FеО4+4Н2, либо, в зависимости от температуры нагрева: Fе+Н2О=FеО+Н2.
Гидрометаллургия: особенности использования реакции воды и металла
Химические реакции металлов с водой активно используются в металлургии, в частности на обогатительных фабриках для отделения пустых пород от ценных минералов, при этом используются различные технологические режимы, корректируется ионный состав воды для достижения определенных показателей пульпы. Как правило, для этого используются водные растворы солей, кислот, щелочей или обычная вода.
При производстве меди используется мокрый процесс, при котором проводится выщелачивание с помощью серной кислоты и электролиз для обогащения низкосортных руд. В технологической цепочке извлечения никеля также присутствуют гидрометаллургические процессы — в основном при переработке гарниерита и латерита — силикатных руд с низким содержанием металла. Используется вода и для обогащения цинкосодержащих, алюминиевых и урановых руд.
В плавильном производстве вода используется для грануляции шлака в ковшах, перед началом литья расплавленного металла в слитки сплавов чугуна и стали, влага необходима и в процессе футеровки.
