Εξόρυξη Αλκαλιμετάλλων

Η εκχύλιση είναι μια διαδικασία διαχωρισμού ενός στοιχείου / ένωσης από ένα μείγμα. Μερικά παραδείγματα εκχύλισης είναι η εκχύλιση υγρού-υγρού, η εκχύλιση στερεάς φάσης κ.λπ. 

Το λίθιο (Li), το νάτριο (Na), το κάλιο (K), το ρουβίδιο (Rb), το καίσιο (Cs) και το φράγκιο (Fr) είναι αλκαλικά μέταλλα. Αυτά τα στοιχεία μαζί με το Υδρογόνο σχηματίζουν την Ομάδα 1 που βρίσκεται στο S-Block  του περιοδικού πίνακα. Η εξόρυξη αλκαλιμετάλλων σημαίνει διαχωρισμό των μετάλλων αλκαλίων από τα μεταλλεύματά τους, η οποία είναι μια περίπλοκη διαδικασία καθώς δεν μπορούν να εξαχθούν με τη συνήθη μέθοδο εξόρυξης μετάλλων.

Γιατί είναι περίπλοκη η εξαγωγή αλκαλιμετάλλου;

Ορισμένες ιδιότητες των αλκαλικών μετάλλων καθιστούν δύσκολη την εξαγωγή τους από τα μεταλλεύματά τους.

Δεν μπορούμε να εξαγάγουμε αλκαλικά μέταλλα με αναγωγή των χλωριδίων και των οξειδίων τους, καθώς είναι ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες. Δεν μπορούν να εκτοπιστούν από άλλα μέταλλα από το υδατικό διάλυμα του άλατος τους, καθώς είναι εξαιρετικά ηλεκτροθετικά στη φύση τους. Το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίων των αλκαλιμετάλλων είναι πολύ χαμηλότερο σε σύγκριση με το νερό, με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται υδρογόνο στην κάθοδο. Έτσι, τα αλκαλικά μέταλλα δεν μπορούν επίσης να εξαχθούν με τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης. Ακόμη και όταν χρησιμοποιούμε υδράργυρο στην κάθοδο, η αλκαλική μέθοδος που εναποτίθεται στην κάθοδο θα συνδυαστεί με τον υδράργυρο για να σχηματίσει ένα αμάλγαμα του οποίου η εξαγωγή είναι και πάλι περίπλοκη.

Ως εκ τούτου, όλα τα στοιχεία των αλκαλιμετάλλων εξάγονται μέσω διαφορετικής διαδικασίας. Ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτό.

Εξαγωγή λιθίου (Li) 

Το λίθιο είναι ένα αλκαλικό μέταλλο που έχει καλή ποσότητα θερμότητας και ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Ως εκ τούτου, το λίθιο χρησιμοποιείται στην κατασκευή γυαλιού, φαρμακευτικών προϊόντων, μπαταριών, ελαίων λιθίου, λιπαντικών υψηλής θερμοκρασίας κ.λπ. 

Λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς του, το καθαρό στοιχειακό λίθιο δεν βρίσκεται στη φύση. Το λίθιο υπάρχει πάντα ως συστατικό του αλατιού και άλλων ενώσεων. Το λίθιο εξάγεται με τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης ξηρού χλωριούχου λιθίου και χλωριούχου καλίου. Το στοιχείο ηλεκτροδίου λειτουργεί σε θερμοκρασία 723K και ρεύμα 8-9 V. 

Η ακόλουθη αντίδραση λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης: 

LiCl =Li+  + Cl- 

Στην κάθοδο:  Li+  +  e-  —> Li 

Στην άνοδο:2Cl-  – 2e-   ——-> Cl2

Το λίθιο που λαμβάνεται μέσω αυτής της διαδικασίας είναι 99% καθαρό και αποθηκεύεται σε κερί παραφίνης.

Εκχύλιση Νατρίου (Na)

Το νάτριο είναι το έκτο πιο άφθονο μέταλλο στον φλοιό της γης. Το νάτριο με το χλώριο σχηματίζει το χλωριούχο νάτριο (NaCl) που είναι μια πολύ σημαντική ένωση για εμάς. Στις μεταλλικές του μορφές, το νάτριο χρησιμοποιείται για την παρασκευή πασχαλινών και πολλών άλλων οργανικών ενώσεων. Χρησιμοποιείται επίσης ως αναγωγικός παράγοντας για την εξαγωγή βορίου και πυριτίου.

Η εκχύλιση του νατρίου πραγματοποιείται με τη διαδικασία Down, στην οποία το νάτριο λαμβάνεται με την ηλεκτρολυτική διαδικασία του τηγμένου χλωριούχου νατρίου. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα τηγμένο μίγμα χλωριούχου νατρίου και χλωριούχου ασβεστίου διατηρείται στο κελί Down σε θερμοκρασία 873 Κ χρησιμοποιώντας άνοδο γραφίτη και κάθοδο σιδήρου. Το νάτριο απελευθερώνεται στην κάθοδο και το αέριο Cl2 απελευθερώνεται στην άνοδο.

NaCl —-> Na+ + Cl – 

Στην κάθοδο:Na+ + e– —-> Na 

Στην άνοδο:Cl– ——–> Cl + e–

Cl + Cl ——-> Cl2

Το καθαρό νάτριο λαμβάνεται στην κάθοδο ενώ το αέριο χλώριο απελευθερώνεται στην άνοδο.

Εξαγωγή καλίου

Το κάλιο είναι ένα ελαφρύ, λευκό και μαλακό μέταλλο. Είναι ένα μέταλλο υψηλής αντίδρασης ειδικά με νερό και αέρα. Είναι το 7ο πιο άφθονο μέταλλο στον φλοιό της γης. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή γυαλιού, σαπουνιών, μπέικιν πάουντερ, κρέμες μαυρίσματος κ.λπ. 

Το κάλιο λαμβάνεται από το χλωριούχο κάλιο. Μπορεί να ληφθεί μόνο μέσω της διαδικασίας της θερμοχημικής τεχνικής όπου το νάτριο δρα ως αναγωγικό. Σε αυτόν τον κύκλο, το τετηγμένο χλωριούχο κάλιο μεταφέρεται με συνέπεια σε ένα γεμιστό τμήμα διύλισης όπου θερμαίνεται ξανά. Στη συνέχεια, το υγρό χλωρίδιο υφίσταται αναθυμιάσεις νατρίου που ρέουν μέσα από το τμήμα που παρέχεται από έναν αναβραστήρα με τερματικό αέριο. Τα επακόλουθα αποτελέσματα αυτής της συνεργασίας είναι χλωριούχο νάτριο και μέταλλο κάλιο σε ισορροπία

Na + KCl =NaCl + K 

Εκχύλιση Ρουβιδίου (Rb)

Το ρουβίδιο είναι ένα μαλακό, όλκιμο, ελατό μέταλλο με χαμηλό σημείο τήξης. Χρησιμοποιείται στις τηλεπικοινωνίες, τη βιοϊατρική, τη διαστημική τεχνολογία, την οπτική, την τεχνολογία λέιζερ κ.λπ. Το ρουβίδιο γενικά παράγεται σε μικρές ποσότητες από ορυκτά πλούσια σε λίθιο ή καίσιο. Κάποιος μπορεί επίσης να εξαγάγει ρουβίδιο από τα απορρίμματα ορυχείων, αλλά αυτή η διαδικασία είναι αρκετά δύσκολη και δαπανηρή καθώς απαιτούν μια σειρά φυσικών και χημικών επεξεργασιών για την εξόρυξη μετάλλου ρουβιδίου.

Εξαγωγή καισίου (Cs) 

Το καίσιο είναι το πιο δραστικό αλκαλιμέταλλο με σημείο τήξης 28,5 °C. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του καισίου είναι πολύ παρόμοιες με αυτές του καλίου και του ρουβιδίου. Το καίσιο είναι ένα πολύ μαλακό, όλκιμο και ωχρό μέταλλο, με ασημί-χρυσό χρώμα. Υπάρχουν περίπου 30 ισότοπα καισίου. Μεταξύ αυτών, το 133Cs είναι το πιο σταθερό, ενώ το 134Cs και το 137Cs είναι τα πιο συχνά παρατηρούμενα αποτελέσματα διάσπασης του ουρανίου.

Η εκχύλιση του καισίου μπορεί να γίνει μέσω πολλών διεργασιών, όπως καθίζηση, εκχύλιση με διαλύτη, προσρόφηση, διαχωρισμός μεμβράνης κ.λπ. Αυτοί είναι μερικοί τρόποι εξαγωγής καισίου από υδατικά διαλύματα.

Εξαγωγή Φραγκίου (Fr)

Το φράγκιο είναι ένα από τα πιο σπάνια αλκαλιμέταλλα στη γη. Έχουν βρεθεί σχεδόν είκοσι ισότοπα φραγκίου. Το πιο σταθερό είναι το φράγκιο-223. Τα ισότοπα είναι τουλάχιστον δύο τύποι συστατικού. Τα ισότοπα διαφέρουν μεταξύ τους ανάλογα με τον αριθμό μάζας τους. Ο μαζικός αριθμός αναφέρεται στην ποσότητα των πρωτονίων εκτός από τα νετρόνια στον πυρήνα ενός γιώτα του συστατικού. Η ποσότητα των πρωτονίων καθορίζει το συστατικό, ωστόσο η ποσότητα των νετρονίων στο μόριο οποιουδήποτε συστατικού μπορεί να αλλάξει. Κάθε ποικιλία είναι ένα ισότοπο.

Το φράγκιο δεν εξάγεται από τον φλοιό της γης. Το IT έχει σχεδόν καμία χρήση λόγω της σπανιότητάς του.

Συμπέρασμα

Η πλειονότητα των αλκαλιμετάλλων μπορεί να ληφθεί μέσω της διαδικασίας της ηλεκτρόλυσης. Δεδομένου ότι ορισμένα μέταλλα είναι εξαιρετικά αντιδραστικά, αντιδρούν ακόμη και με τον αέρα. Η εξόρυξη αλκαλικών μετάλλων από τα μεταλλεύματά τους είναι μια δύσκολη διαδικασία, αλλά με κάποιο τρόπο καταφέραμε να βρούμε έναν τρόπο εξαγωγής των μετάλλων, αλλά υπάρχουν ακόμα πολλές επιπλοκές. Το φράγκιο για παράδειγμα είναι πολύ δύσκολο να εξαχθεί καθώς είναι ένα από τα πιο σπάνια στοιχεία στη γη. Το καίσιο συνήθως εκχυλίζεται από υδατικό διάλυμα ενώ το Na , το Li και το K μπορούν να εκχυλιστούν μέσω ηλεκτρόλυσης ορισμένων ενώσεων.