Оглавление | Видео опыты по химии | Видео опыты по физике | На главную страницу |
Химия и Химики № 1 2015 Журнал Химиков-Энтузиастов |
Получение металлического марганца методом металлотермии Termoyad |
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Лирическое отступление.
Для получения некоторых металлов в промышленности иногда применяется металлотермический метод, большая часть процессов - с применением алюминия. Таким образом достигается сразу несколько целей - отсутствие громоздких печей, высокая скорость процесса, высокая чистота металла и минимум примесей (в основном - углерода и кремния).
При получении марганца методом алюмотермии имеется ряд особенностей, которые необходимо учитывать. Например, при выплавке таким методом железа, хрома, никеля температуру стараются держать на уровне Тпл оксида алюминия, т.е. около 2000 градусов. Это способствует лучшему разделению металла и шлака. В случае марганца превышение температуры сверх 1500 градусов чревато высокими потерями - металл начинает интенсивно испаряться, а в некоторых случаях - вскипает, выбрасывая из реакционной зоны раскаленные шлаки. Для уменьшения потерь металла в термитную смесь вводят добавки - оксид кальция, фторид кальция, оксид алюминия. Так же применяют не двуокись марганца (которая реагирует с алюминием почти со взрывом), а низшие оксиды, например Mn3O4 и Mn2O3. Для уменьшения опасности выброса значительных количеств шлака применяют технологический прием нижнего запала - термитную смесь добавляют в тигель по мере её прогорания. С "нижними запалами" я решил не заморачиваться, а просто добавить в исходную смесь больше балласта (оксида кальция), который так же уменьшает температуру плавления и вязкость шлака.
Теоретические основы и некоторые замечания.
Для плавки решено было использовать готовый реактив - оксид марганца (III).Исходя из уравнения реакции: Mn2O3 + 2Al === 2Mn + Al2O3 было взято: Mn2O3 --- 175г Al - 50г (с некоторым недостатком). CaO - 50г (20% от массы смеси). CaF2 - 5г (для флюсования). Теоретический выход металла должен составить 121г Как пишут в книгах - выход металла составляет примерно 80-90% от теоретического, но это промышленные плавки, с математическими расчетами на потери тепла, примеси в исходных материалах, унос металла шлаком и прочими "препонами", рассчитать которые для кустарного опыта практически невозможно. Так же следует учесть то, что оксид марганца является соединением амфотерным и в присутствии оксида кальция будет образовывать различные манганаты, что так же уменьшит выход металла.
Эксперимент.
Для составления смеси были взяты указанные выше количества веществ. Большая часть алюминия - в виде крупного порошка (40 г), остальное - в виде алюминиевой пыли (порошок марки ПП).
Для сведения на нет примесей кремния было решено сделать импровизированный тигель из оксида кальция. Для этого пластиковый стакан (на 0.5 л) был обернут газетой, поставлен в металлическую банку и засыпан песком (речным). Пластиковый стакан вынул, насыпал на дно немного порошка оксида кальция. Затем поставил второй пластиковый стакан, обернутый газетой (меньшего объема), а в получившийся зазор между стенками засыпал порошком оксида, периодически утрамбовывая. Пошел в ближайший лес. Сумка с добром: |
Когда остыло - вытащил из банки:
Решил провести некоторые реакции. Взаимодействие с азотной и уксусной кислотой (см видео). При реакции с азотной кислотой раствор очень сильно нагрелся. |
Реакция марганца с азотной кислотой |
Реакция марганца с уксусной кислотой |
Выводы.
Получен металлический марганец с выходом 35%. Марганец - активный металл, легко реагирует с кислотами (даже со слабой уксусной). Видимо, остальная часть металла осталась в шлаке в виде соединений, а частично - испарилась при проведении реакции.В планах на будущее - провести РФА полученного слитка. Немного юмора. Награда герою : |