Что такое рафинирование металла


РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ • Большая российская энциклопедия

РАФИНИ́РОВАНИЕ МЕТА́ЛЛОВ, уда­ле­ние из ме­тал­лов и спла­вов (на­хо­дя­щих­ся в ви­де рас­пла­ва или рас­тво­ра) при­ме­сей для по­вы­ше­ния их фи­зи­ко-хи­мич. и ме­ха­нич. свойств, а так­же по­лу­че­ния цен­ных, со­пут­ст­вую­щих чер­но­вым ме­тал­лам эле­мен­тов (зо­ло­та, се­реб­ра и др.). Р. м. осу­ще­ст­в­ля­ют пре­им. пи­ро­ме­тал­лур­гич. [окис­лит. ра­фи­ни­ро­ва­ние, ос­но­ван­ное на спо­соб­но­сти не­ко­то­рых при­ме­сей об­ра­зо­вы­вать с О, S, Cl, F бо­лее проч­ные со­еди­не­ния (чем со­еди­не­ния осн. ме­тал­ла с те­ми же эле­мен­та­ми), ко­то­рые всплы­ва­ют на по­верх­ность и уда­ля­ют­ся; ли­к­ва­ци­он­ное – на раз­ли­чии тем­пе­ра­тур плав­ле­ния и плот­но­стей ком­по­нен­тов, со­став­ляю­щих сплав, и ма­лой их вза­им­ной рас­тво­ри­мо­сти; и др.], элек­тро­ли­тич. (с ис­поль­зо­ва­ни­ем рас­тво­ри­мых и не­рас­тво­ри­мых ано­дов) и хи­мич. (с при­ме­не­ни­ем гид­ро­ли­за, це­мен­та­ции, экс­трак­ции или ион­но­го об­ме­на) ме­то­да­ми. Для по­лу­че­ния ме­тал­лов вы­со­кой чис­то­ты не­ред­ко ис­поль­зу­ют по­сле­до­ва­тель­но неск. ме­то­дов ра­фи­ни­ро­ва­ния.

Ра­фи­ни­ро­ва­ние бла­го­род­ных ме­тал­лов на­зы­ва­ет­ся аф­фи­на­жем. Ра­фи­ни­рую­щий пе­ре­плав при­ме­ня­ют в про­из-ве спец. ста­лей и спла­вов от­ветств. на­зна­че­ния.

металлургия | Определение и история

Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.

Ранняя разработка

Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь - нет, и важным шагом к эпохе металлов стало открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать форму путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа - медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры. Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании.Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах, превышающих 700 ° C (1300 ° F), в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной. Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.

Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Поначалу это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и выветрившимися продуктами таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор. соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Содержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, в основном не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова - другими словами, настоящая бронза - появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Открытие ценности олова могло произойти благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.

Несмотря на то, что бронзовая культура могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не помешал существенной торговле этим металлом на значительные расстояния. Возможно, что в конечном итоге предпочтение было отдано оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении содержащих мышьяк минералов.

По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высоких металлургических навыков, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.

Невозможно провести четкую границу между бронзовым и железным веками.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи могли бы создать более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание оксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до нашей эры, датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. В Анатолии, с другой стороны, железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Иногда встречаются упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.

После того, как была установлена ​​связь между новым металлом, обнаруженным в медных плавках, и рудой, добавленной в качестве флюса, естественно последовала работа печей для производства железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. Оно в довольно больших масштабах превращалось в оружие, первоначально лезвия кинжалов.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н. Э., Вместе с рядом железных предметов.

Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) была недостижима в то время, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных глобул металла, смешанных с полужидкостью. шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо - гораздо лучший продукт.

На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах - около 1200 ° C (2200 ° F) - восстановление с помощью древесного угля дает почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение для оружия и инструментов, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это привело к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затруднило определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.

Углеродсодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура, чтобы восстановить прочность.То, что, кажется, было установлено на раннем этапе, было практикой многократной холодной ковки и отжига при 600–700 ° C (1100–1300 ° F) - температуре, которая достигается естественным путем при простом огне. Эта практика распространена в некоторых частях Африки даже сегодня.

К 1000 г. до н. Э. Железо стало известно в Центральной Европе. Его использование медленно распространилось на запад. Производство железа было довольно широко распространено в Великобритании во время римского вторжения в 55 г. до н. Э. В Азии железо было известно еще в древности, в Китае около 700 г. до н. Э.

.

Что такое аффинаж драгоценных металлов? (с иллюстрациями)

Аффинаж драгоценных металлов - это метод очистки драгоценных металлов. Существует несколько различных методов рафинирования драгоценных металлов, но два основных метода - это пирометаллургия, которая включает нагрев, и гидрометаллургия, которая включает растворение металлов в растворителе. После очистки металлы очищаются для завершения процесса рафинирования.

Во время пирометаллургии металл нагревается и плавится для отделения различных примесей.

Подготовка к аффинажу драгоценных металлов часто включает взятие образца металла, который нужно очистить, и проведение анализа. Во время отбора проб металл взвешивается, измеряется и плавится до состояния жидкости, а затем отбираются пробы. Обычно один образец остается у нефтеперерабатывающей компании, а другой передается заказчику. После отбора проб проводится анализ для определения точных количеств и концентраций драгоценных металлов и примесей, которые необходимо удалить.

После аффинажа золото можно формовать в слитки.

После проведения отбора пробы и анализа может начаться процесс рафинирования драгоценных металлов, обычно с помощью пирометаллургии или гидрометаллургии. Во время пирометаллургии металл нагревается и плавится для отделения различных примесей. При некоторой обработке металлов будет использоваться форма газа, чтобы пузыриться через расплавленный металл, и либо целевые драгоценные металлы, либо примеси будут окисляться, изменяя консистенцию, чтобы обеспечить возможность удаления.В некоторых случаях примеси и драгоценные металлы плавятся при существенно разных температурах, что позволяет легко разделить их физическими средствами.

Особый тип пирометаллургии, известный как зонная очистка, представляет собой дорогостоящий, но очень эффективный процесс очистки.Этот метод рафинирования драгоценных металлов включает в себя растяжение очищаемого металла в длинный стержень. Затем стержень последовательно нагревается, начиная с одного конца, и примеси остаются в жидкой форме и мигрируют вниз по стержню при нагревании следующей секции. В конце стержня загрязнения собираются в последнем сегменте, что позволяет легко удалить их. Процесс можно повторить несколько раз, что приведет к потере значительной части металла, но при этом остальная часть металла останется очищенной.

Гидрометаллургия - еще один основной вид рафинирования драгоценных металлов, который включает использование растворителя для растворения металла с целью удаления примесей. Первый этап этого процесса известен как выщелачивание, во время которого металл растворяется с использованием растворителя, известного как выщелачивающий агент, который является кислотным или основным.Затем раствор очищают с помощью процессов осаждения, экстракции или ионного обмена. Последний этап - извлечение драгоценных металлов из очищенного раствора, и методы этого этапа включают осаждение, электроочистку и восстановление газом. Гидрометаллургия - это гораздо более изменчивый процесс, и широкий спектр различных методов позволяет адаптировать его к конкретному образцу, который должен быть очищен.

.Зонное рафинирование

- принцип и процесс очистки металлов зонной плавкой