В металлургии рафинирование заключается в очистке нечистого металла. Его следует отличать от других процессов, таких как плавка и обжиг, тем, что эти два предполагают химическое изменение сырья, тогда как при рафинировании конечный материал обычно химически идентичен исходному, только он более чистый. [ необходимы разъяснения ] Используемые процессы бывают разных типов, включая пирометаллургические и гидрометаллургические методы.
Одним из древних способов извлечения серебра из свинца было купелирование . Свинец плавили в «тесте» или «купеле» костяной золы и продували поверхность воздухом. Это окислило свинец до глета , а также окислило другие присутствующие неблагородные металлы, при этом серебро (и золото, если оно присутствует) осталось неокисленным. [1]
В 18 веке процесс велся с помощью своеобразной отражательной печи , но отличавшейся от обычной тем, что воздух над поверхностью расплавленного свинца продувался из сильфонов или (в 19 веке) выдувных цилиндров. [2]
Процесс Паттинсона был запатентован его изобретателем Хью Ли Паттинсоном в 1833 году, который описал его как «улучшенный метод отделения серебра от свинца». Он использовал тот факт, что в расплавленном свинце, содержащем следы серебра, первым металлом, который затвердевает из расплава, является свинец, в результате чего оставшаяся жидкость становится богаче серебром. Оборудование Паттинсона по сути не представляло собой ничего более сложного, чем ряд железных котлов, насчитывавших до 13 человек, которые нагревались снизу. Некоторое количество свинца, естественно, содержащего небольшой процент серебра, загружали в центральный котел и плавили. Затем ему дали остыть. По мере затвердевания свинца его удаляли с помощью больших перфорированных железных ковшей и перемещали в следующий горшок в одном направлении, а оставшийся металл, который теперь был богаче серебром, затем переносили в следующий горшок в противоположном направлении. Процесс повторялся от одного горшка к другому, свинец накапливался в горшке на одном конце, а металл, обогащенный серебром, - на другом. [3] [4] Возможный уровень обогащения ограничен эвтектикой свинца-серебра , и обычно процесс останавливается на уровне от 600 до 700 унций на тонну (около 2%), поэтому дальнейшее разделение осуществляется купелированием. [5]
Процесс был экономически выгоден для свинца, содержащего не менее 250 граммов серебра на тонну. [2]
В процессе Паркса , запатентованном в 1850 году, используется расплавленный цинк . Цинк не смешивается со свинцом, и когда два расплавленных металла смешиваются, цинк отделяется и всплывает наверх, неся лишь около 2% свинца. Однако серебро преимущественно растворяется в цинке, поэтому цинк, который всплывает наверх, содержит значительную долю серебра. Затем расплав охлаждают до тех пор, пока цинк не затвердеет и цинковая корка не будет снята. Затем серебро восстанавливается путем улетучивания [ правописание? ] цинк. [2] Процесс Паркса в значительной степени заменил процесс Паттинсона, за исключением тех случаев, когда свинец содержал недостаточно серебра, и в этом случае процесс Паттинсона обеспечивал метод обогащения его серебром примерно до 40–60 унций на тонну, при которой его можно было обрабатывать. используя процесс Паркса. [6]
Исходным продуктом выплавки меди была нечистая черная медь, которую затем неоднократно плавили для ее очистки, поочередно окисляя и восстанавливая. На одном из этапов плавки добавляли свинец. Золото и серебро преимущественно растворяются в нем, что обеспечивает возможность извлечения этих драгоценных металлов. Чтобы получить более чистую медь, пригодную для изготовления медных пластин или полых изделий , были предприняты дальнейшие процессы плавки с использованием древесного угля в качестве топлива. Повторное применение таких процессов огневого рафинирования позволило получить медь чистотой 99,25%.
Самая чистая медь получается электролитическим процессом, при котором в качестве анода используется пластина нечистой меди , а в качестве катода — тонкий лист чистой меди . Электролит представляет собой кислый раствор медного купороса. Пропуская электричество через элемент, медь растворяется с анода и осаждается на катоде. Однако примеси либо остаются в растворе, либо собираются в виде нерастворимого осадка. Этот процесс стал возможен только после изобретения динамо-машины ; Впервые он был использован в Южном Уэльсе в 1869 году.
Продуктом доменной печи является чугун , который содержит 4–5% углерода и обычно немного кремния . Для производства кованого продукта требовался дальнейший процесс, обычно описываемый как оклейка , а не рафинирование . С 16 века это делалось в ювелирной кузнице . В конце 18 века его стали заменять лужением (в пудлинговой печи ), которое, в свою очередь, постепенно вытеснялось производством мягкой стали по бессемеровскому процессу . [ нужна цитата ]
Термин «переработка» используется в более узком контексте. Первоначальный процесс лужи Генри Корта работал только там, где сырьем был белый чугун , а не серый чугун , который был обычным сырьем для кузниц. Чтобы использовать серый чугун , необходимо было провести предварительный процесс рафинирования для удаления кремния. Чугун плавили в выходящей печи , а затем выливали в корыто. В результате этого процесса кремний окислился с образованием шлака, который плавал на железе и удалялся путем опускания дамбы в конце желоба. Продуктом этого процесса стал белый металл, известный как более тонкий металл или рафинированное железо .
Аффинаж драгоценных металлов – это отделение драгоценных металлов от благороднометалльных материалов. Примеры таких материалов включают использованные катализаторы , электронные сборки , руды или металлические сплавы .
Для выделения материалов, содержащих благородные металлы, применяют процедуры пиролиза и/или гидролиза . При пиролизе продукты благородных металлов выделяются из других материалов путем затвердевания в расплаве с образованием огарка, а затем сливаются или окисляются . При гидролизе продукты благородных металлов растворяются либо в царской водке (состоящей из соляной и азотной кислот ), либо в соляной кислоте и газообразном хлоре в растворе. Впоследствии некоторые металлы можно осаждать или восстанавливать непосредственно с помощью солевых, газовых, органических и/или нитрогидратных соединений. После этого они проходят стадии очистки или перекристаллизовываются . Драгоценные металлы отделяются от солей металлов путем прокаливания . Благородные металлы сначала гидролизуются, а затем термически подготавливаются ( пиролизуются ). Процессы более продуктивны при использовании катализаторов, которые иногда сами могут содержать драгоценные металлы. При использовании катализаторов продукт переработки в каждом случае удаляется и несколько раз прогоняется по циклу. [ нужна цитата ]