Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Электролитическое извлечение меди

Добывающая металлургия цветных металлов - одна из двух отраслей добывающей металлургии, которая относится к процессам восстановления ценных металлов, не содержащих железо, из руд или сырья . [1] [2] [3] Металлы, такие как цинк , медь , свинец , алюминий, а также редкие и благородные металлы представляют особый интерес в этой области [4], в то время как более распространенный металл, железо , считается основной примесью. [5] [6] Как и добыча черных металлов, добыча цветных металлов в первую очередь ориентирована на экономическиеоптимизация экстракционных процессов при отделении качественно и количественно товарных металлов от их примесей ( пустой породы ). [7]

Любой процесс экстракции будет включать последовательность этапов или единичных процессов для отделения высокочистых металлов от нежелательных в экономически эффективной системе. Единичные процессы обычно разделяются на три категории: пирометаллургия , гидрометаллургия и электрометаллургия . В пирометаллургии металлическую руду сначала окисляют путем обжига или плавки . Целевой металл дополнительно очищается при высоких температурах и восстанавливается до чистой формы. В гидрометаллургии металл объекта сначала диссоциирует от других материалов с помощью химической реакции , а затем извлекается в чистом виде с помощью электролиза.или осадки . Наконец, электрометаллургия обычно включает электролитическую или электротермическую обработку . Металлическая руда перегоняется в растворе электролита или кислоты , а затем магнитным способом осаждается на катодной пластине (электролитическое извлечение); или плавить, а затем плавить в электродуговой или плазменно-дуговой печи (электротермический реактор). [8]

Еще одно важное отличие в извлечении цветных металлов - больший упор на минимизацию потерь металла в шлаке . Во многом это связано с исключительной редкостью и экономической ценностью некоторых цветных металлов, которые в некоторой степени неизбежно выбрасываются в процессе добычи. [9] Таким образом, нехватка и нехватка материальных ресурсов вызывают серьезную озабоченность в цветной металлургии. Недавние разработки в области цветной металлургии теперь делают упор на переработку и переработку редких и цветных металлов из вторичного сырья ( лома ), находящегося на свалках . [10] [11]

История [ править ]

Предыстория цветной металлургии [ править ]

В общем, доисторическое извлечение металлов, особенно меди, включало два основных этапа: во-первых, плавка медной руды при температурах, превышающих 700 ° C, необходима для отделения пустой породы от меди; во-вторых, плавление меди, для чего требуются температуры, превышающие ее точку плавления 1080 ° C. [12] Учитывая доступные в то время технологии, достижение таких экстремальных температур представляло собой серьезную проблему. Первые плавильные печи разработали способы эффективного повышения температуры плавки за счет подпитки огня принудительными потоками кислорода . [5]

В частности, извлечение меди представляет большой интерес для археометаллургических исследований, поскольку она доминировала над другими металлами в Месопотамии с раннего энеолита до середины-конца шестого века до нашей эры. [13] [14] Среди археометаллургов нет единого мнения о происхождении цветной металлургии. Некоторые ученые считают, что добывающая металлургия могла быть одновременно или независимо открыта в нескольких частях мира. Самое раннее известное использование пирометаллургического извлечения меди произошло в Беловоде , восточная Сербия , с конца шестого до начала пятого тысячелетия до нашей эры. [12]Однако есть также свидетельства плавки меди в Тал-и-Иблисе на юго-востоке Ирана , которая датируется примерно тем же периодом. [15] В этот период медеплавильные заводы использовали большие ямы, заполненные углем, или тигли для извлечения меди, но к четвертому тысячелетию до нашей эры эта практика начала постепенно сокращаться в пользу плавильных печей, у которых было более крупное производство. емкость. Начиная с третьего тысячелетия, изобретение многоразовой плавильной печи имело решающее значение для успеха крупномасштабного производства меди и активного расширения торговли медью на протяжении всего бронзового века . [5]

Самые ранние серебряные предметы начали появляться в конце четвертого тысячелетия до нашей эры в Анатолии , Турция . Доисторическая добыча серебра прочно связана с добычей менее ценного металла, свинца ; хотя доказательства технологии извлечения свинца предшествуют серебру как минимум на 3 тысячелетия. [16] [17] Добыча серебра и свинца также связана с тем, что железистые (серебросодержащие) руды, используемые в процессе, часто содержат оба элемента.

В общем, доисторическое извлечение серебра было разбито на три этапа. Во-первых, свинцово-серебряная руда обжигается для отделения серебра и свинца от пустой породы. Затем металлы плавятся при высокой температуре (более 1100 ° C) в тигле, в то время как воздух обдувается расплавленным металлом ( купелирование ). Наконец, свинец окисляется с образованием моноксида свинца (PbO) или абсорбируется стенками тигля, оставляя очищенное серебро.

Метод серебряно-свинцового купелирования был впервые использован в Месопотамии между 4000 и 3500 годами до нашей эры. Серебряные артефакты , датируемые примерно 3600 годом до нашей эры, были обнаружены в Накаде, Египет . Некоторые из этих серебряных изделий содержали менее 0,5% свинца, что явно указывает на купелирование. [16]

Раннее и позднее англосаксонское купелирование [ править ]

Средневековый плавильный завод

Купелирование также использовалось в некоторых частях Европы для извлечения золота, серебра, цинка и олова с конца девятого по десятый век нашей эры. Здесь один из самых ранних примеров интегрированного единичного процесса для извлечения более одного драгоценного металла был впервые представлен Теофилом примерно в двенадцатом веке. Сначала в тигле плавится золотосеребряная руда, но с избыточным количеством свинца. Затем сильное тепло окисляет свинец, который быстро вступает в реакцию и связывается с примесями в золото-серебряной руде. Поскольку и золото, и серебро обладают низкой реакционной способностью по отношению к примесям, они остаются после удаления шлака. Последний этап включает разделение, на котором серебро отделяется от золота. Сначала золото-серебросплав забивают на тонкие листы и помещают в сосуд. Затем простыни были покрыты мочой , содержащей хлорид натрия (NaCl). Затем сосуд закрывают крышкой и нагревают в течение нескольких часов, пока хлориды не свяжутся с серебром, образуя хлорид серебра (AgCl). Наконец, порошок хлорида серебра затем удаляется и плавится для извлечения серебра, в то время как чистое золото остается нетронутым. [6]

Гидрометаллургия в древности Китая [ править ]

Во время династии Сун , китайский выход меди из внутренней добычи был в состоянии упадка и в результате дефицит вызвал шахтеров искать альтернативные методы для извлечения меди. Открытие нового «мокрого процесса» извлечения меди из шахтной воды было введено в период между одиннадцатым и двенадцатым веками, что помогло уменьшить их потери в поставках .

Подобно англосаксонскому методу купелирования, китайцы использовали неблагородный металл для извлечения целевого металла из его примесей. Сначала на тонкие листы забивают основной металл - железо. Затем листы помещают в желоб, наполненный «купоросной водой», то есть водой для добычи меди, которую затем оставляют настаиваться на несколько дней. В горнодобывающей воде содержатся соли меди в виде сульфата меди CuSO.
4. Затем железо вступает в реакцию с медью, вытесняя ее из ионов сульфата, в результате чего медь осаждается на листах железа, образуя «влажный» порошок. Наконец, осажденная медь собирается и далее очищается традиционным способом плавки. Это первое крупномасштабное использование гидрометаллургического процесса. [18]

См. Также [ править ]

  • Процесс Холла-Эру
  • Процесс Меррилла-Кроу
  • Методы извлечения меди
  • Методы извлечения кобальта
  • История металлургии в Китае
  • Экспериментальная археометаллургия

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Gosh, A., and HS Ray. Принципы добывающей металлургии. 2-е изд. Нью Дели: Нью Эйдж Интернэшнл Лтд., 1991. С. 1-10.
  2. ^ Рирдон, Артур С. Металлургия для неметаллургов. 2-е изд. США: ASM International, 2011. Стр. 11.
  3. ^ Habashi, F. (2005). «Горнодобывающая промышленность, металлургия и промышленная революция. Часть 3». Бюллетень ЦИМ . 98 (1091): 81–82.
  4. Перейти ↑ Gosh, A., and HS Ray. Принципы добывающей металлургии. 2-е изд. Нью Дели: Нью Эйдж Интернэшнл Лтд., 1991. С. 1-10.
  5. ^ а б в Поттс, Д.Т. (2012). Товарищ по археологии древнего Ближнего Востока . Джон Вили и сыновья. С. 300–302. ISBN 978-1-4051-8988-0.
  6. ^ a b Накамура, Такаши (2007). «Современное состояние и проблемы цветной металлургии» . Журнал ММИЖ . 123 (12): 570–574. DOI : 10,2473 / journalofmmij.123.570 . ProQuest 33106898 . 
  7. ^ Васеда, Йошио. Структура и свойства оксидных расплавов: применение фундаментальной науки в металлургической обработке. Сингапур: World Scientific Publishing, 1998. Стр. 174.
  8. ^ Mathur, VNS. «Управление отходами в горнодобывающей промышленности - некоторые соображения». Предшествие Международной конференции по экологическому менеджменту в металлургической промышленности: EMMI 2000. Под ред. RC Gupta. Нью-Дели: Allied Publisher Ltd., 2000. 87. Интернет. 21 апреля 2013 г.
  9. ^ Васеда, Йошио. Структура и свойства оксидных расплавов: применение фундаментальной науки в металлургической обработке. Сингапур: World Scientific Publishing, 1998. Стр. 174.
  10. ^ Гордон, РБ; Бертрам, М .; Graedel, TE (31 января 2006 г.). «Металлические запасы и устойчивость» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (5): 1209–1214. DOI : 10.1073 / pnas.0509498103 . PMC 1360560 . PMID 16432205 .  
  11. ^ Джокич, Саса; Джокич, Биляна (февраль 2005 г.). Стратегия переработки вторичного металлического сырья в Сербии . Конгресс EPD 2005, проведенный на Ежегодном собрании TMS 2005 года. Сан-Франциско. ProQuest 28530773 . 
  12. ^ a b Радивоевич, Миляна; Ререн, Тило; Перницка, Эрнст; Шливар, Душан; Браунс, Майкл; Борич, Душан (ноябрь 2010 г.). «О истоках добывающей металлургии: новые свидетельства из Европы». Журнал археологической науки . 37 (11): 2775–2787. DOI : 10.1016 / j.jas.2010.06.012 .
  13. ^ Киллик, Дэвид (декабрь 2009 г.). «От Каира до Мыса: распространение металлургии через Восточную и Южную Африку». Журнал мировой предыстории . 22 (4): 399–414. DOI : 10.1007 / s10963-009-9025-3 . S2CID 162458882 . 
  14. ^ Forbes, RJ Исследования в области древних технологий: Том 4 исследований в серии исследований древних технологий. Том 9. Нидерланды: Брилл, 1964. 84-104.
  15. ^ Торнтон, CP; Rehren, Th. (Январь 2007 г.). «Отчет о Первой иранской доисторической шлаковой мастерской». Иран . 45 (1): 315–318. DOI : 10.1080 / 05786967.2007.11869198 . S2CID 192248709 . 
  16. ^ а б Гейл, штат Нью-Хэмпшир; Стос-Гейл, З.А. (ноябрь 1981 г.). «Кикладский свинец и серебряная металлургия». Ежегодник Британской школы в Афинах . 76 : 169–224. DOI : 10.1017 / S0068245400019523 . JSTOR 30103034 . 
  17. ^ Yener, К. А. и Н. Ozbal. «Исследование Болкардагского горного округа по серебру и свинцу в Древней Анатолии». Труды 24-го Международного симпозиума по археометрии, (1986), стр. 309-317, издано: The Smithsonian Institution Press.
  18. ^ Нидхэм, Джозеф и Питер Дж. Голас. Наука и цивилизация в Китае. Vol. 13. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1999, стр. 88,378-382. ISBN 978-0521580007