Verfahren zur Reindarstellung von Metallen

Metalle sind aufgrund ihrer Eigenschaften eine der wichtigsten Werkstoffe, eine Welt ohne Metalle wäre nur schwer vorstellbar. In der Natur kommen zwar einige Metalle in elementarem Zustand (=gediegen) vor, wie z:B. Gold (Au) oder Silber (Ag). Die meisten Metalle kommen in der Natur aber nicht elementar vor, sondern in Metallverbindungen wie Oxiden, Sulfiden, Sulfaten und Chloriden.

Verfahren zur Reindarstellung von Metallen aus Metallverbindungen

In diesem Kapitel werden nun die wichtigsten Verfahren beschrieben, dies sind die Reduktion von Metalloxiden, elektrolytische Verfahren und spezielle Verfahren.

Reduktion von Metalloxiden

Da einige der Metallverbindungen nicht als Oxide vorliegen, muss man diese erstmal in Oxide umwandeln. So führt man Sulfide durch Erhitzen an Luft (= Röstverfahren) in die Oxide über.

• Reduktion mit Kohlenstoff oder Kohlenstoffmonoxid: Dieses Verfahren ist geeignet für Metalle wie Eisen, Cadmium, Mangan, Magnesium, Zinn, Blei und Tantal. Die meisten Nebengruppenelemente können mit diesem Verfahren nicht rein dargestellt werden, da diese Metalle mit Kohlenstoff sog. Carbide bilden. MO + CO -> M + CO₂

• Reduktion mit Metallen:

Reduktion mit Aluminium (aluminothermisches Verfahren): Dieses Verfahren ist geeignet für Metalle wie Chrom, Mangan, Vanadium und Titan: 3MO + 2Al -> Al₂O₃ + 3 MReduktion mit Alkali- oder Erdalkalimetallen: Dieses Verfahren wird hauptsächlich bei der Reindarstellung  von Lanthaniden verwendet, aber auch andere Metalle wie Titan. So erhält man Titan aus der Reaktion von  TiCl₄ mit Na oder Magnesium.

• Reduktion mit Wasserstoff:  Dieses Verfahren ist geeignet für Molybdän, Wolfram, Germanium und Titan.  MO + H₂ -> M + H₂O (Anstelle von Wasserstoff können auch Hydride verwendet werden, z.B. CaH₂)

Elektrolytische Verfahren

• Schmelzelektrolyse: Dieses Verfahren ist geeignet für Aluminium (aus Al₂O₃) und den Alkali- und Erdalkalimetallen (aus deren Halogeniden MHal bzw. MHal₂)
• Elektrolyse wässriger Metallsalzlösungen: Dieses Verfahren ist geeignet für die Metalle Kupfer, Cadmium, Zink, Nickel und Silber. Dabei werden diese Metalle aus schwefelsauren Lösung der Metallsulfate (z.B. CuSO₄) gewonnen.

Spezielle Verfahren

• Mond-Verfahren: Ni(CO)₄ -> Ni + 4 CO (bei 180°C)
• Erhitzen: So kann man Arsen durch Erhitzen von FeAsS und Quecksilber durch Erhitzen unter Luftzutritt aus HgS gewinnen.