Rafinacja (metalurgia)

W przypadku innych zastosowań zobacz Uszlachetnianie .

W metalurgii rafinacja polega na oczyszczeniu zanieczyszczonego metalu. Należy go odróżnić od innych procesów, takich jak wytapianie i kalcynowanie , tym, że te dwa obejmują chemiczną zmianę surowca, podczas gdy w przypadku rafinacji materiał końcowy jest zwykle chemicznie identyczny z pierwotnym, tylko jest czystszy. Zastosowano wiele rodzajów procesów, w tym techniki pirometalurgiczne i hydrometalurgiczne .

Ołów

Kupelacja

Główny artykuł: Cupellation

Jednym ze starożytnych sposobów wydobywania srebra z ołowiu była kupelacja . Ołów topiono w „teście” lub „kupelu” z popiołu kostnego i dmuchano powietrzem po powierzchni. To utleniło ołów do litu , a także utleniło inne obecne metale nieszlachetne, a srebro (i złoto, jeśli jest obecne) pozostało nieutlenione.

W XVIII w. proces ten odbywał się za pomocą pewnego rodzaju pieca pogłosowego , różniącego się jednak od zwykłego tym, że powietrze nadmuchiwane było nad powierzchnię roztopionego ołowiu z miecha lub (w XIX w.) dmuchających cylindrów.

Proces Pattinsona

Główny artykuł: Proces Pattisona

Proces Pattinsona został opatentowany przez jego wynalazcę, Hugh Lee Pattinsona , w 1833 roku, który opisał go jako „Ulepszona metoda oddzielania srebra od ołowiu”. Wykorzystano fakt, że w stopionym ołowiu zawierającym śladowe ilości srebra pierwszym metalem, który zestala się ze stopu, jest ołów, pozostawiając pozostałą ciecz bogatszą w srebro. Wyposażenie Pattinsona składało się w zasadzie z niczego bardziej złożonego niż rząd do 13 żelaznych garnków, które były podgrzewane od dołu. Część ołowiu, naturalnie zawierająca niewielki procent srebra, została załadowana do centralnego garnka i stopiona. Następnie pozostawiono do ostygnięcia. Gdy ołów stwardniał, był usuwany za pomocą dużych perforowanych żelaznych kadzi i przenoszony do następnego garnka w jednym kierunku, a pozostały metal, który był teraz bogatszy w srebro, był następnie przenoszony do następnego garnka w przeciwnym kierunku. Proces powtarzano od jednego garnka do drugiego, ołów gromadził się w garnku na jednym końcu, a metal wzbogacony srebrem w garnku na drugim. Poziom możliwego wzbogacenia jest ograniczony przez ołów-srebro eutektyka i zwykle proces zatrzymuje się przy około 600 do 700 uncji na tonę (około 2%), więc dalsze rozdzielanie przeprowadza się przez kupelację.

Proces był ekonomiczny dla ołowiu zawierającego co najmniej 250 gramów srebra na tonę.

Proces Parkesa

Proces Parkesa , opatentowany w 1850 r., wykorzystuje stopiony cynk . Cynk nie miesza się z ołowiem, a po zmieszaniu dwóch stopionych metali cynk oddziela się i wypływa na powierzchnię, niosąc tylko około 2% ołowiu. Jednak srebro preferencyjnie rozpuszcza się w cynku, więc cynk, który wypływa na powierzchnię, zawiera znaczną część srebra. Stop jest następnie schładzany, aż cynk zestala się, a skorupa cynkowa jest usuwana. Srebro jest następnie odzyskiwane przez ulatnianie cynk. Proces Parkesa w dużej mierze zastąpił proces Pattinsona, z wyjątkiem sytuacji, gdy ołów zawierał niewystarczającą ilość srebra, w którym to przypadku proces Pattinsona zapewnił metodę wzbogacenia go w srebro do około 40 do 60 uncji na tonę, przy którym to stężeniu można go było poddać obróbce za pomocą Parkesa ' proces.

Miedź

Rafinacja ogniowa

Początkowym produktem wytapiania miedzi była zanieczyszczona czarna miedź, którą następnie wielokrotnie topiono w celu jej oczyszczenia, na przemian utleniając i redukując. W jednym z etapów topienia dodano ołów. Złoto i srebro rozpuszczały się w nim preferencyjnie, zapewniając w ten sposób sposób na odzyskanie tych metali szlachetnych. Aby wyprodukować czystszą miedź nadającą się do produkcji płyt miedzianych lub wyrobów pustych w środku , podjęto dalsze procesy topienia, wykorzystując węgiel drzewny jako paliwo. Wielokrotne stosowanie takich procesów rafinacji ogniowej było w stanie wytworzyć miedź o czystości 99,25%.

Rafinacja elektrolityczna

Najczystszą miedź uzyskuje się w procesie elektrolitycznym , w którym jako anodę stosuje się blok nieczystej miedzi , a jako katodę cienki arkusz czystej miedzi . Elektrolit roztworem siarczanu miedzi. Przepuszczając prąd elektryczny przez ogniwo, miedź jest rozpuszczana z anody i osadzana na katodzie. Jednak zanieczyszczenia albo pozostają w roztworze, albo gromadzą się jako nierozpuszczalny osad. Proces ten stał się możliwy dopiero po wynalezieniu dynama ; został po raz pierwszy użyty w południowej Walii w 1869 roku.

Żelazo

Kute żelazo

Główny artykuł: kute żelazo

Produktem wielkiego pieca jest surówka , która zawiera 4–5% węgla i zwykle trochę krzemu . Aby wytworzyć wyrób nadający się do kucia, potrzebny był dalszy proces, zwykle opisywany jako klarowanie , a nie klarowanie . Od XVI wieku odbywało się to w wytwornej kuźni . Pod koniec XVIII wieku zaczęto to zastępować puddingiem (w piecu do puddingu ), który z kolei był stopniowo wypierany przez produkcję stali miękkiej metodą Bessemera .

Rafinowane żelazo

Główny artykuł: rafinowane żelazo

Termin rafinacja jest używany w węższym kontekście. Oryginalny proces puddingu Henry'ego Corta działał tylko wtedy, gdy surowcem było białe żeliwo , a nie surówka szara , która była zwykłym surowcem do drobnych kuźni. Aby użyć surówki szarej , konieczny był wstępny proces rafinacji w celu usunięcia krzemu. Surówka była topiona w wygasającym piecu , a następnie spływała do koryta. Proces ten utleniał krzem, tworząc żużel, który unosił się na żelazie i był usuwany przez opuszczenie tamy na końcu koryta. Produktem tego procesu był biały metal, tzw drobniejszy metal lub rafinowane żelazo .

Metale szlachetne

Rafinacja metali szlachetnych polega na oddzieleniu metali szlachetnych od materiałów zawierających metale szlachetne . Przykładami takich materiałów są zużyte katalizatory , zespoły elektroniczne , rudy lub stopy metali .

Proces

W celu wyizolowania materiałów zawierających metale szlachetne stosuje się procedury pirolizy i/lub hydrolizy . Podczas pirolizy produkty zawierające metale szlachetne są uwalniane z innych materiałów poprzez zestalanie się w stopie i przekształcanie w żużel, a następnie wylewanie lub utlenianie . Podczas hydrolizy produkty zawierające metale szlachetne są rozpuszczane w wodzie królewskiej (składającej się z kwasu solnego i kwasu azotowego ) lub w kwasie chlorowodorowym i chlorze gaz w roztworze. Następnie niektóre metale można wytrącić lub zredukować bezpośrednio za pomocą połączenia soli, gazu, związków organicznych i/lub nitrohydratów. Następnie przechodzą etapy oczyszczania lub rekrystalizacji . Metale szlachetne są oddzielane od soli metalu przez kalcynację . Materiały zawierające metale szlachetne są najpierw hydrolizowane i przygotowywane termicznie ( piroliza ) odtąd. Procesy są bardziej wydajne, gdy stosuje się katalizatory, które czasami same zawierają metale szlachetne. W przypadku stosowania katalizatorów produkt recyklingu jest każdorazowo usuwany i kilkakrotnie przechodzi przez cykl.

Zobacz też

• Wzbogacanie – Proces metalurgii ekstrakcyjnej
• Koncentrat rudy - Surowa ruda przetworzona w celu skoncentrowania składnika metalowego
• Lista rafinerii tlenku glinu

Bibliografia

• J. Day i RF Tylecote, The Industrial Revolution in Metals (Instytut Metali, Londyn 1991).
• Söderberg, A. 2011. Eyvind Skáldaspillir's silver rafinacja i standardy w gospodarkach przedmonetarnych w świetle znalezisk z Sigtuny i Gotlandii . Situne Dei 2011. Edberg, R. Wikström, A. (red.). Sigtuna.
• RF Tylecote, Historia metalurgii (Instytut materiałów, Londyn 1992).
• Uniwersytet w Newcastle: Hugh Lee Pattinson