4. Metody stosowane w procesach rafinacji metali.

Rafinacją metali nazywamy usuwanie domieszek w celu uzyskania lepszych właściwości metali lub stopów. W procesach rafinacji wykorzystuje się różnice we właściwościach fizycznych i chemicznych metalu rafinowanego i domieszek (metali, niemetali, rozpuszczonych gazów i wtrąceń niemetalicznych)

Stosowane w procesach rafinacji metody to:

1. metody ogniowe (świeżenie, destylację, rektyfikację);

2. metody grawitacyjne (segregację i likwację);

3. rafinacja strefowa i parkesowanie;

4. metoda elektrolityczna.

1. Metody ogniowe.

Najistotniejsze w procesie tym jest usunięcie z ołowiu domieszek: Sn, As i Sb, które wykazują większe powinowactwo chemiczne do tlenu od ołowiu. W warunkach przemysłowych cel ten można osiągnąć stosując dwie metody: metodę opracowaną przez Harrisa lub przez utlenianie tlenem. Metoda Harrisa ma doprowadzić do tego, aby osiągnąć sprzyjające warunki dla późniejszego odzysku srebra. Proces ten jest selektywny. W metodzie tej utlenianie domieszek następuje w kolejności: As, Sn i Sb. Uważa się, że w obecności NaOH i NaNO₃ zachodzą następujące reakcje:

5Pb + 2NaNO₃ = Na₂O + 5PbO + N₂

PbO + Na₂O = Na₂PbO₂

4PbO + 8NaOH = 4Na₂PbO₂ + 4H₂O

2As + 5Na₂PbO₂ + 2H₂O = 2Na₃AsO₄ + 4NaOH + 5Pb

Sn + 2Na₂PbO₂ + H₂O = Na₂SnO₃+ 2NaOH + 2Pb

2Sb + 5Na₂PbO₂ + 2H₂O = 2Na₃SbO₄ + 4NaOH + 5Pb

Temperatura procesu wynosi ok. 480-500 °C, czas mieszania wynosi ok. 180min. Pod koniec procesu należy zebrać zgary. Rafinację wstępną uważa się za zakończoną, jeżeli zawartość zanieczyszczeń wynosi maksymalnie

As - 0,001%

Sn - 0,001%

Sb - 0,2%

2. Metody grawitacyjne.

Segregacja polega na rozdziale według gęstości faz o różnych składach w stanie ciekłym. Wydzielenie się poszczególnych faz wynika z obniżenia temperatury kąpieli metalowej, czemu towarzyszy zmiana rozpuszczalności zanieczyszczeń i tworzenie się faz międzymetalicznych. Metodą segregacji udaje się usunąć z metalu częściowo ołów i żelazo. Warunkiem uzyskania możliwie czystego metalu jest osiągnięcie jak najniższej temperatury kąpieli metalicznej w piecu segregacyjnym, zbliżonej do temperatury krzepnięcia cynku. Metodą segregacyjną można rafinować cynk.

3. Rafinacja strefowa.

Ta metoda polega na krystalizacji frakcyjnej, mającej na celu uzyskanie substancji krystalicznych o bardzo dużej czystości. Rafinacja strefowa została odkryta przez Pfanna na początku lat pięćdziesiątych przy otrzymywaniu germanu o wysokiej czystości. Ogólnie ujmując metoda ta rozwiązywana jest w technice z użyciem rury, w której znajduje się materiał używany do rozdziału. Wzdłuż rury przesuwa się grzejnik stapiający poprzecznie materiał, na jednym obrzeżu strefy materiał topi się, na drugim krzepnie. Na tych dwóch frontach następuje rozdział zanieczyszczeń, które przesuwają się za strefą stopioną. Ta metoda służy do otrzymywania półprzewodników i metali. Jest stosowana jako metoda łączenia ze sobą ciał stałych, metoda „hodowania” monokryształów, zatężania zanieczyszczeń, a także do homogenizacji pożądanych dodatków śladowych w monokryształach, w analizie chemicznej

Parkesowanie jest to metoda wydzielania srebra z jego stopu z ołowiem, polega na dodawaniu do ciekłego stopu niewielkich ilości cynku. Parkesowanie dawniej stosowane było do otrzymywania srebra ze stopu rudy srebronośnej z ołowiem.

4. Metoda elektrolityczna.

Rafinacja elektrolityczna metali jest prowadzona metodą elektrolizy. Oczyszczany metal rozpuszczany jest anodowo (stanowi anodę) i jednocześnie wydzielany na katodzie.
Zanieczyszczenia metalu ulegają rozpuszczeniu w elektrolicie lub wydzielają się w postaci szlamu (osadu). Jako elektrolit używany jest roztwór soli metalu bliski nasyceniu bądź ta sól w postaci stopionej. Rafinację elektrolityczną stosuje się szczególnie często w przypadku miedzi, cynku i ołowiu.

---