Номер 2, страница 67 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Какой метод получения меди — с помощью серной кислоты или бактериальный — экологически более безопасен?

Для определения, какой из методов получения меди — с помощью серной кислоты или бактериальный — является экологически более безопасным, необходимо сравнить их воздействие на окружающую среду.

Метод с использованием серной кислоты (гидрометаллургический)

Этот метод основан на выщелачивании медных руд (чаще всего оксидных) раствором серной кислоты. Медь переходит в раствор в виде сульфата меди ($CuSO_4$), который затем подвергается дальнейшей обработке для извлечения чистого металла.

Пример реакции для оксидной руды:

$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

Экологические риски:

• Использование концентрированной кислоты: Серная кислота — чрезвычайно едкое и опасное вещество. Ее производство, транспортировка и использование сопряжены с риском разливов, которые могут привести к сильному химическому загрязнению почв и водоемов, вызывая кислотные ожоги у живых организмов и гибель флоры и фауны.
• Образование токсичных отходов: После выщелачивания остаются большие объемы отработанной породы (хвосты), которые содержат остатки кислоты и могут включать другие токсичные тяжелые металлы (например, мышьяк, кадмий, свинец), вымываемые из руды. Эти отходы требуют специального хранения в хвостохранилищах, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод.
• Выбросы при производстве кислоты: Производство серной кислоты, необходимой для процесса, может сопровождаться выбросами диоксида серы ($SO_2$), который является одной из основных причин кислотных дождей.

Бактериальный метод (биовыщелачивание)

Этот метод использует жизнедеятельность специальных микроорганизмов (например, бактерий вида Acidithiobacillus ferrooxidans) для извлечения меди из руд, особенно из бедных сульфидных руд, которые нерентабельно перерабатывать другими способами. Бактерии окисляют сульфиды металлов, переводя их в растворимую форму.

Процесс является сложным, но его можно упрощенно описать так: бактерии катализируют окисление сульфидов и железа, в результате чего образуется серная кислота и ионы трехвалентного железа, которые, в свою очередь, окисляют сульфид меди, переводя ее в раствор.

$2CuFeS_2 + 8.5O_2 + H_2SO_4 \xrightarrow{\text{бактерии}} 2CuSO_4 + Fe_2(SO_4)_3 + H_2O$

Экологические аспекты:

• Меньшее энергопотребление: Процесс протекает при обычных температурах и давлении, не требуя значительных затрат энергии на нагрев, в отличие от пирометаллургии (обжига руд).
• Отсутствие прямых выбросов $SO_2$: Биовыщелачивание позволяет избежать стадии обжига сульфидных руд, которая является основным источником выбросов диоксида серы в традиционной металлургии.
• Переработка бедных руд и отвалов: Этот метод позволяет эффективно извлекать медь из отвалов и руд с низким содержанием металла, что снижает объемы новых горных разработок и количество отходов на единицу продукции.
• Риск кислотного дренажа: Основной экологический риск связан с возможностью неконтролируемого кислотного дренажа. Процессы, используемые при биовыщелачивании, могут происходить и в природе, приводя к образованию серной кислоты и загрязнению водоемов тяжелыми металлами. Однако в рамках промышленного процесса эти растворы собираются и перерабатываются в замкнутом цикле. Главная задача — правильное управление отработанными отвалами после окончания выщелачивания.

Сравнение и вывод

Сравнивая два метода, можно заключить, что бактериальный метод является экологически более безопасным. Хотя он и не лишен рисков (в основном, связанных с кислотным дренажом), его преимущества существенны:

1. Он не требует производства и транспортировки больших объемов концентрированной серной кислоты.
2. Он позволяет избежать высокотемпературных процессов обжига, а значит, и вредных выбросов диоксида серы в атмосферу.
3. Он более энергоэффективен.
4. Он дает возможность перерабатывать бедные руды и промышленные отходы, что соответствует принципам устойчивого развития и ресурсосбережения.

При правильной организации технологического процесса и контроле за отходами бактериальный метод наносит значительно меньший ущерб окружающей среде.

Ответ: Бактериальный метод получения меди является экологически более безопасным по сравнению с методом, использующим серную кислоту, так как он требует меньше энергии, позволяет избежать токсичных выбросов в атмосферу и дает возможность перерабатывать бедные руды и отходы.