1.5 - Pengekstrakan Logam daripada Bijihnya

Pemilihan Kaedah Pengekstrakan

• Logam sangat tidak reaktif mungkin wujud secara semula jadi sebagai unsur.

• Logam lebih reaktif daripada karbon, seperti aluminium, diekstrak melalui elektrolisis sebatian lebur.

• Logam kurang reaktif daripada karbon, seperti besi, boleh diekstrak melalui penurunan oleh karbon atau karbon monoksida.

• Bijih ialah sebatian yang mengandungi logam dan ditemui bersama batu serta tanah, lazimnya oksida, sulfida atau karbonat. Emas dan perak boleh wujud sebagai unsur.

• Siri kereaktifan menentukan kaedah pengekstrakan: K, Na, Mg dan Al melalui elektrolisis; Zn, Fe, Sn dan Pb melalui penurunan oleh karbon; Cu dan Hg yang kurang reaktif melalui pemanasan langsung di udara; Ag dan Au wujud sebagai unsur.

Aluminium melalui Elektrolisis

• Bauksit ditulenkan menjadi aluminium oksida, $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$ atau alumina.
• Takat lebur alumina hampir $2000{}^{\circ }\mathrm{C}$; kriolit lebur, $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_3\mathrm{Al}{\mathrm{F}}_6$, ditambah untuk merendahkan suhu operasi dan penggunaan tenaga.
• Katod: $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}(\mathrm{ce})+3{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{Al}(\mathrm{ce})$; aluminium lebur tenggelam dan dialir keluar.
• Anod: $2{\mathrm{O}}^{2-}(\mathrm{ce})\to {\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+4{\mathrm{e}}^{-}$; oksigen bertindak balas dengan anod karbon membentuk karbon dioksida, maka anod semakin haus.
• Proses menggunakan tenaga elektrik yang tinggi, menghasilkan $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ dan penulenan bauksit menghasilkan lumpur merah toksik. Kitar semula aluminium 95% lebih menjimatkan berbanding pengekstrakan daripada bauksit dan mengurangkan kesan ini.

Besi dalam Relau Bagas

• Hematit, $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$, dipanaskan bersama kok, $\mathrm{C}$, dan batu kapur, $\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3$.

• Bijih besi lain termasuk magnetit, $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$; pirit besi, $\mathrm{Fe}{\mathrm{S}}_2$; dan siderit, $\mathrm{FeC}{\mathrm{O}}_3$.

• Zon 1: Pembakaran kok bersifat eksotermik dan meningkatkan suhu relau kepada kira-kira $1600{}^{\circ }\mathrm{C}$.

• Zon 2: Karbon dioksida bertindak balas dengan kok menghasilkan karbon monoksida; tindak balas endotermik ini menurunkan suhu.

• Zon 3: Kok dan karbon monoksida menurunkan ferum(III) oksida kepada leburan besi. Penurunan terus oleh karbon ialah $2F{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3+3C\to 4Fe+3C{\mathrm{O}}_2$.

• Kok terbakar dan menghasilkan agen penurunan karbon monoksida: $\mathrm{C}+{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+\mathrm{C}\to 2CO$

• Karbon monoksida menurunkan ferum(III) oksida: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3+3CO\to 2Fe+3C{\mathrm{O}}_2$

• Batu kapur terurai: $\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3\to \mathrm{CaO}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$.

• Kalsium oksida yang beralkali menyingkirkan bendasing silikon(IV) oksida berasid sebagai sanga: $\mathrm{CaO}+\mathrm{Si}{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{CaSi}{\mathrm{O}}_3$

• Besi lebur yang lebih tumpat terkumpul di bawah sanga dan kedua-duanya dialir keluar secara berasingan.

Kaedah Pengekstrakan Lain

• Logam kurang reaktif boleh diekstrak dengan memanaskan bijihnya secara terus dalam udara, manakala logam tidak reaktif seperti emas wujud sebagai unsur.
• Oksida logam juga boleh diturunkan oleh logam yang lebih tinggi dalam siri kereaktifan. Dalam tindak balas termit, aluminium menurunkan ferum(III) oksida dan membebaskan haba yang cukup untuk menghasilkan besi lebur bagi mengimpal landasan kereta api: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3(\mathrm{p})+2Al(\mathrm{p})\to \mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3(\mathrm{p})+2Fe(\mathrm{ce})$
• Kromium dan titanium juga boleh diekstrak daripada oksidanya menggunakan logam yang lebih reaktif.