Рафинирование металлов


Рафинирование металлов - очистка первичных (черновых) металлов от примесей. Черновые металлы, получаемые из сырья, содержат 96-99% основного металла, остальное приходится на примеси. Такие металлы не могут использоваться промышленностью из-за низких физико-химических и механических свойств. Примеси, содержащиеся в черновых металлах, могут иметь собственную ценность. Так, стоимость золота и серебра, извлеченных из медной шихты, полностью окупает все затраты на Рафинирование. Различают 3 основных метода рафинирования: пирометаллургический, электролитический и химический. В основе всех методов лежит различие свойств элементов: температуры плавления, плотности, электроотрицательности и других. Для получения чистых металлов нередко используют последовательно несколько способов рафинирования.

В англоязычной литературе выделяют Купеллирование, Процесс Патиссона, Процесс Паркеса. Для меди применяют Огневое рафинирование и электролитическое рафинирование.

Осуществляется при высокой температуре в расплавах и имеет ряд разновидностей. Окислительное рафинирование основано на способности некоторых примесей образовывать с O, S, Cl, F более прочные соединения, чем соединения основного металла с теми же элементами. Способ применяется, например, для очистки Cu, Pb, Zn, Sn. Так, при продувке жидкой меди воздухом примеси Fe, Ni, Zn, Pb, Sb, As, Sn, имеющих большее сродство к кислороду, чем Cu, образуют оксиды, которые всплывают на поверхность ванны и удаляются.

Ликвацийное разделение основано на различии температур плавления и плотности компонентов, составляющих сплав, и на малой их взаимной растворимости. Например, при охлаждении жидкого чернового свинца из него при определенных температурах выделяются кристаллы Cu (т.н. шликеры), которые вследствие меньшей плотности всплывают на поверхность и удаляются. Способ применяется для очистки чернового свинца от Cu, Ag, Au, Bi, очистки чернового цинка от Fe, Cu, Pb, при P, Sn и других металлах.

При фракционной перекристаллизации используется различие в растворимости примесей металла в твердой и жидкой фазах с учетом медленной диффузии примесей в твердой фазе. Способ применяется в производстве полупроводниковых материалов и для получения металлов высокой чистоты (например, зонная плавка, плазменная металлургия, вытягивание монокристаллов из расплава, направленная кристаллизация).