В металлургии рафинирование заключается в очистке нечистого металла. Его следует отличать от других процессов, таких как плавка и прокалка , тем, что эти два процесса подразумевают химическое изменение сырья, тогда как при рафинировании конечный материал химически идентичен сырью. Таким образом, рафинирование повышает чистоту сырья посредством обработки. [ необходимо разъяснение ] Существует много процессов, включая пирометаллургические и гидрометаллургические методы.
Одним из древних процессов извлечения серебра из свинца было купелирование . Этот процесс включал плавление неочищенных образцов свинца в купеле, небольшом пористом контейнере, предназначенном для очистки, который способствовал бы процессу окисления, при этом выдерживая тепло, необходимое для плавления этих металлов в печи. Эта реакция окисляла бы свинец до глета вместе с любыми другими присутствующими примесями, тогда как серебро не окислялось бы. [1]
В XVIII веке этот процесс осуществлялся с использованием своеобразной отражательной печи , но отличавшейся от обычного типа тем, что воздух продувался над поверхностью расплавленного свинца с помощью мехов или (в XIX веке) продувочных цилиндров. [2]
Процесс Паттинсона был запатентован его изобретателем Хью Ли Паттинсоном в 1833 году, который описал его как «Усовершенствованный метод отделения серебра от свинца» [ требуется цитата ] . Он использовал тот факт, что в расплавленном свинце (содержащем следы серебра) первым металлом, затвердевающим из жидкости, является свинец, оставляя оставшуюся жидкость более богатой серебром. Оборудование Паттинсона состояло из ряда из 13 железных горшков, каждый из которых нагревался снизу. Некоторое количество свинца, естественно содержащего небольшой процент серебра, загружалось в центральный горшок и расплавлялось. Затем ему давали 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 более богат 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, обогащаемый серебром, — в горшке на другом. [3] [4] Уровень возможного обогащения ограничен эвтектикой свинца и серебра , и обычно процесс останавливается примерно на 600–700 унциях на тонну (приблизительно 2%), поэтому дальнейшее разделение осуществляется методом купелирования. [5]
Процесс был экономически выгоден для свинца, содержащего не менее 250 граммов серебра на тонну. [2]
Процесс Паркса , запатентованный в 1850 году Александром Парксом , использует расплавленный цинк . Цинк не смешивается со свинцом, и когда два расплавленных металла смешиваются, цинк отделяется и всплывает наверх с ~2% свинца. Однако серебро легче растворяется в цинке, поэтому верхний слой цинка несет значительную часть серебра. Затем расплав охлаждают до тех пор, пока цинк не затвердеет, а шлак не снимают. Затем серебро извлекают путем испарения цинка. [2] Процесс Паркса в значительной степени заменил процесс Паттинсона, за исключением случаев, когда свинец содержал недостаточно серебра. В таком случае процесс Паттинсона предоставил метод обогащения его серебром до примерно 40-60 унций на тонну, при этой концентрации его можно было обрабатывать с помощью процесса Паркса. [6]
Первоначальным продуктом плавки меди была нечистая «черновая» медь , которая содержала серу и кислород. Чтобы удалить эти примеси, черновая медь многократно плавилась и затвердевала, проходя цикл окисления и восстановления. [7] На одном из предыдущих этапов плавки добавлялся свинец. Золото и серебро преимущественно растворялись в нем, тем самым обеспечивая возможность восстановления этих драгоценных металлов. Для получения более чистой меди, пригодной 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 позволяло производить медь, которая была чистотой 98,5-99,5%. [ необходима цитата ]
Чистейшая медь получается электролитическим способом, при котором в качестве анода используется пластина из нечистой меди , а в качестве катода — тонкий лист чистой меди . Электролит представляет собой кислый раствор сульфата меди (II). При пропускании электричества через ячейку медь растворяется на аноде и осаждается на катоде. Однако примеси либо остаются в растворе, либо собираются в виде нерастворимого осадка. Этот процесс стал возможен только после изобретения динамо ; впервые он был использован в Южном Уэльсе в 1869 году. [ необходима цитата ]
Продуктом доменной печи является чугун , содержащий 4–5% углерода и обычно немного кремния . Для производства ковкого продукта требовался дополнительный процесс (обычно описываемый как очистка , а не рафинирование) . С XVI века это осуществлялось в кузнице для чистовой плавки . В конце XVIII века это начало заменяться пудлингованием ( в пудлинговой печи ), которое, в свою очередь, постепенно вытеснялось производством мягкой стали по бессемеровскому процессу . [8]
Термин «рафинирование» используется в более узком контексте. Первоначальный процесс пудлингования Генри Корта работал только там, где сырьем был белый чугун , а не серый чугун , который был обычным сырьем для кузниц. Чтобы использовать серый чугун , требовался предварительный процесс рафинирования для удаления кремния. Чугун расплавляли в вытяжной печи , а затем выпускали в желоб. Этот процесс окислял кремний, образуя шлак, который плавал на железе и удалялся путем опускания плотины в конце желоба. Продуктом этого процесса был белый металл, известный как металл тонкой очистки или очищенное железо .
Аффинаж драгоценных металлов — это отделение драгоценных металлов от материалов, содержащих благородные металлы . Примерами таких материалов являются использованные катализаторы , электронные сборки , руды или сплавы металлов .
Для выделения материалов, содержащих благородные металлы, используются процедуры пиролиза и/или гидролиза . При пиролизе продукты, содержащие благородные металлы, выделяются из других материалов путем затвердевания в расплаве с образованием осадка , а затем сливаются или окисляются . При гидролизе продукты, содержащие благородные металлы, растворяются либо в царской водке (состоящей из соляной кислоты и азотной кислоты ), либо в растворе соляной кислоты и газообразного хлора . Впоследствии некоторые металлы могут быть осаждены или восстановлены непосредственно с помощью солевого, газового, органического и/или нитрогидратного соединения. После этого они проходят стадии очистки или перекристаллизовываются . Драгоценные металлы отделяются от соли металла путем прокаливания . Материалы, содержащие благородные металлы, сначала гидролизуются, а затем подвергаются термической подготовке ( пиролизу ). Процессы дают лучший результат при использовании катализаторов, которые иногда могут содержать сами драгоценные металлы. При использовании катализаторов продукт переработки в каждом случае удаляется и несколько раз прогоняется через цикл. [ необходима ссылка ]