Курсовая работа: Получение молибдена из отходов промышленности

Скарновые руды – это руды, образовавшиеся на контакте извест­няков и кислых пород типа гранитов. Сопутствующие рудные минералы в них те же, что и в предыдущих типах руд. Но особенно обычен комп­лекс с шеелитом и другими вольфрамсодержащими минералами. Из нерудных минералов преобладают кварц, кальцит, флюорит. Оболоч­ки вторичных окисленных образований осложняют обогащение суль­фидной руды. Обогащение осложняется также мелкой вкрапленностью сульфидных минералов, большим содержанием кальцита, доломита, флюорита.

2.4 Электронная структура атома, его расположение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева

Порядковый номер элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева равен 42 [1, 5, 12]. Это значит, в молекуле молибдена будет 42 электрона.

Электронная формула молибдена будет такова:

Составим также его электронно-графическую формулу:

Рис. 1. Электронно-графическая формула молибдена.

На рис. 1 приведена электронно-графическая формула молибдена, на которой указано расположение всех электронов в атоме молибдена.

Порядковый номер химического элемента в периодической системе химических элементов – 42. У молибдена на электронных уровнях находится 42 электрона, а в ядре должно находится также 42 протона.

Молибден расположен в периодической системе химических элементов в пятом периоде, это значит, что у него будет пять электронных слоев с расположенными на них электронами. Главное квантовое число внешнего электронного уровня равно 5.

Молибден расположен в шестой группе, побочной подгруппе. Молибден относят к элементам подгруппы хрома, в которую входят хром, молибден и вольфрам, которые обладают похожими свойствами. У него будет на электронных уровнях один s-электрон и 5 d-электронов на предвнешнем уровне.

В состав ядра атома изотопа молибдена-96 входят 42 протона (p ) и 54 нейтрона (n ): , где массовое число и порядковый номер элемента (число протонов) обозначают числовыми индексами слева от символа химического элемента; верхний индекс означает массовое число, нижний – заряд ядра. Количество нейтронов ядра элементов определяют по массовому числу элемента за вычетом количества протонов.

Таким образом, в состав атома молибдена входят ядро, состоящее из 42 протонов, 54 нейтронов и электронное облако, представленное 42 электронами.

Вследствие устойчивости d⁵ -конфигурации энергетически оказывается более выгодным переход одного из ns-электронов в (n-1) d-состояние. Поэтому молибден, как и хром в s-состоянии внешнего уровня имеют по одному, а в предпоследнем слое по 13 электронов. Таким образом, имеет место «проскок» электрона:

Проскок электрона можно объяснить с точки зрения квантово-механических представлений повышенной энергетической стабильностью конфигурации: 4d⁵ [1, 5].

Покажем расположение валентных электронов в атоме молибдена. Как видно из электронной формулы молибден относится к d-элементам, поскольку у него заполняется 4d-подуровень.

Рис. 2. Расположение валентных электронов в атоме молибдена.

На приведенном рис. 2 эллипсом выделено расположение валентных электронов в атоме молибдена. Как видно в создании химической связи будут брать участие электроны как 5s- так и 4d-подуровня.

Поскольку молибден расположен в шестой группе периодической системы, и не в главной подгруппе, а в побочной, то он относится к металлам. В химических реакциях он будет проявлять металлические свойства. Для металлов более приемлема отдача электронов. Поэтому молибден может отдавать максимум шесть электронов с - подуровня и с 4d-подуровня. Поэтому молибден будет проявлять степень окисления +2, +3, +4, +5, +6. соединения с этими степенями окисления обладают разной стойкостью, наиболее стойкими будут соединения с степенью окисления равной +6 [1].

2.5 Химические свойства молибдена, его оксидов и гидроксидов

Литой и плотно спеченный молибден при комнатной и слегка повышенной температуре стоек против действия воздуха и кислорода [1, 12]. При нагревании до темно-красного каления поверхность металла быстро тускнеет и около 600°С молибден загорается, выделяя белый дым – возгон МоО₃ . Налет окисла легко разрушается и при длительном на­гревании происходит полное сгорание металла до МоО₃ . Молибденовый порошок окисляется при еще более низкой температуре, а наиболее мелкий порошок способен самовозгораться на воздухе. При нагревании во влажной атмосфере, в среде восстановительного или инертного газа, не очищенных тщательно от кислорода и паров воды, наблюдается постепенное более или менее полное окисление металла по реакции:

При нагревании молибдена в токе SO₂ образуется смесь окислов и дисульфида молибдена, в токе НС1 – летучие хлориды (МоСІ₃ ) и оксихлориды молибдена.

В растворах, содержащих окислитель (кислород, HNO₃ , НС1О₃ и др.), молибден окисляется. Растворы при недостатке окислителя окраши­ваются в синий цвет. Азотная кислота,одна и в смеси с соляной и серной – окисляет и растворяет металл:

При избытке кислоты из бес­цветного раствора выпадает белый или слегка желтоватый осадок мо­либденовой кислоты Н₂ МоО₄ . Концентрированная HNO₃ задерживает растворение, создавая пассивирующую пленку окислов [22]. Разбавлен­ная НС1 довольно хорошо растворяет компактный металл: за 18 ч по­теря массы 20-30%. В концентрированной НС1 растворение более медленное: за 18 ч при 110°С потеря массы 0,34%:

Фтористый водород и плавиковая кислота быстро действуют на мо­либден, переводя его во фториды. Разбавленная H₂ SO₄ (d=l,3 г/мл) слабо действует на молибден даже при 110°. Концентрированная H₂ SO₄ ( d= 1,82 г/мл) на холоду действует слабо: за 18 ч потеря массы 0,24%. При 200 – 250°С растворение идет быстрее. Фосфорная и органические кислоты воздействуют на металл слабо, но в присутствии окислите­лей (в том числе воздуха) растворимость заметно увеличивается.

Раст­воры щелочей и аммиака действуют на молибден медленно, но их дейст­вие усиливается окислителями с повышением температуры. При растворении молибдена в щелочах получаем молибдаты щелочных метал лов, реакция будет ускоряться при использовании расплавов щелочей:

Молибден стоек к действию влаги без аэрации, при аэрации молибден будет окисляться при условии, что он находится в контакте с другим менее активным металлом и есть гальванический элемент. В таком гальваническом элементе будет окисляться более активный металл.

Рассмотрим реакции взаимодействия молибдена с неметаллами. Молибден довольно активно реагирует с неметаллами (кремнием, бором, галогенами, серой и т. п.), учитывая то что молибден имеет несколько степеней окисления то получается в таких реакциях несколько продуктов.

2.5.1 С водородом

Молибден не реагирует с водородом с получением химических соединений. Имеет место только физическое растворение водорода в молибдене с образованием нестойких связей. Растворимость водорода в молибдене растет с повышением температуры до 0,5 см³ в 100 граммах металла [20].

2.5.2 С галогенами

С молибденом фтор образует летучие фториды. Хлор и бром ре6агируют с ним при температуре красного каления. Йод реагирует с молибденом очень медленно. В присутствии влаги реакция с галогенами ускоряется и она становится возможной даже на холоду.

Молибден образует гексафторид MoF₆ , пентафторид MoF₅ , тетрафторид MOF₄ и трифторид MоF₃ ; гексахлорид МоС1₆ , пентахлорид МоС1₅ , тетрахлорид МоС1₃ , трихлорид МоС1₃ и комплексный псевдодихлорид [Мо₆ (С1)₈ ]С1₄ ; тетрабромид МоВг₄ , трибромид МоВг₃ и комплексный псевдодибромид [Мо₆ Вг₈ ]Вг₄ [20, 23]. С иодом достоверно известно лишь два соедине­ния – дииодид МоІ₂ и трииодид МоІ₃ . Помимо этих соединений, из­вестен ряд оксигалогенидов и несколько менее достоверных соеди­нений.