Rafinarea metalelor - purificarea metalelor primare (brutale) de impurități. Metalele feroase obținute din materii prime conțin 96-99% din metalul de bază, restul sunt impurități. Astfel de metale nu pot fi utilizate de industrie din cauza proprietăților fizice, chimice și mecanice scăzute . Impuritățile conținute de metalele brute pot avea propria lor valoare. Astfel, costul aurului și argintului extras din taxa de cupru plătește integral toate costurile de rafinare. Există 3 metode principale de rafinare: pirometalurgică , electrolitică și chimică. Toate metodele se bazează pe diferența dintre proprietățile elementelor: punctul de topire, densitatea, electronegativitatea și altele. Pentru a obține metale pure, sunt adesea folosite succesiv mai multe metode de rafinare.
În literatura de limba engleză se disting cupelarea, Procesul Patisson și Procesul Parkes. Pentru cupru se folosesc rafinarea la foc și rafinarea electrolitică.
Se efectuează la temperatură ridicată în topituri și are o serie de soiuri. Rafinarea oxidativă se bazează pe capacitatea unor impurități de a forma compuși mai puternici cu O , S , Cl , F decât compușii metalelor de bază cu aceleași elemente. Metoda este utilizată, de exemplu, pentru purificarea Cu , Pb , Zn , Sn . Astfel, atunci când cuprul lichid este suflat cu aer, impuritățile Fe , Ni , Zn , Pb , Sb , As , Sn , care au o afinitate mai mare pentru oxigen decât Cu , formează oxizi care plutesc la suprafața băii și sunt îndepărtate.
Separarea prin segregare se bazează pe diferența dintre temperaturile de topire și densitatea componentelor care alcătuiesc aliajul și pe solubilitatea lor reciprocă scăzută. De exemplu, atunci când plumbul brut lichid este răcit, cristalele de Cu (așa-numitele alunecări) sunt eliberate din acesta la anumite temperaturi, care, datorită densității lor mai mici, plutesc la suprafață și sunt îndepărtate. Metoda este folosită pentru curățarea plumbului negru de Cu , Ag , Au , Bi , curățarea zincului de Fe , Cu , Pb , cu P , Sn și alte metale.
Recristalizarea fracționată folosește diferența de solubilitate a impurităților metalice în faza solidă și lichidă, ținând cont de difuzia lentă a impurităților în faza solidă. Metoda este utilizată în producția de materiale semiconductoare și pentru obținerea metalelor de înaltă puritate (de exemplu, topirea zonei, metalurgia cu plasmă, extragerea monocristalelor dintr-o topitură, cristalizarea direcțională).
Baza rectificării sau distilarii este diferența dintre punctele de fierbere ale metalului de bază și ale impurităților. Rafinarea se realizează sub forma unui proces continuu în contracurent, în care operațiile de sublimare și condensare a fracțiilor îndepărtate se repetă de mai multe ori. Utilizarea vidului vă permite să accelerați vizibil rafinarea. Metoda este utilizată în purificarea Zn din Cd , Pb din Zn , separarea Al și Mg , în metalurgia Ti și alte procese. Cernerea fără aer a metalului lichid prin filtre ceramice (de exemplu, în metalurgia Sn ) face posibilă îndepărtarea impurităților solide suspendate în acesta. Când oțelul este rafinat într-o oală cu zgură sintetică lichidă , suprafața de contact dintre metal și zgură ca urmare a amestecării lor este mult mai mare decât atunci când procesele de rafinare sunt efectuate într-o unitate de topire; datorită acestui fapt, intensitatea cursului de desulfurare , defosforizare , dezoxidare a metalelor , curățarea acestuia de incluziuni nemetalice crește brusc Editarea compoziției oțelului prin suflarea topiturii cu gaze inerte este utilizată pentru îndepărtarea particulelor în suspensie de zgură sau solid oxizi din metal, se lipesc de bule de gaz și plutesc pe suprafața topiturii.
Rafinarea electrolitică este electroliza soluțiilor apoase sau topituri de sare și face posibilă obținerea de metale de înaltă puritate. Este folosit pentru curățarea în profunzime a majorității metalelor neferoase.
Rafinarea electrolitică cu metale solubile constă în dizolvarea anodică a metalelor de purificat şi depunerea pe catod a metalelor pure ca urmare a achiziţionării electronilor din circuitul extern de către ionii metalelor de bază . Separarea metalelor sub acțiunea electrolizei este posibilă datorită diferențelor de potențiale electrochimice ale impurităților și ale metalului de bază. De exemplu, potențialul normal al electrodului de Cu față de electrodul de referință de hidrogen, presupus a fi zero + 0,346, în Au și Ag această valoare are o valoare mai pozitivă, în timp ce în Ni , Fe , Zn , Mn , Pb , Sn , Co , potențialul normal al electrodului este negativ. În timpul electrolizei, cuprul este depus pe catod, metalele nobile, care nu se dizolvă aici, se depun pe fundul băii de electrolit sub formă de nămol, iar metalele cu un potențial negativ al electrodului se acumulează în electrolit, care este curățat periodic. Uneori (de exemplu, în hidrometalurgia Zn ) se folosește rafinarea electrolitică cu anozi insolubili. Metalul de bază este în soluție, în prealabil curățat temeinic de impurități, iar în urma electrolizei se depune într-o formă compactă pe catod.
Pe baza solubilității diferite a metalului și a impurităților în soluții de acizi sau alcaline. Impuritățile se acumulează treptat în soluție și sunt separate de aceasta prin mijloace chimice (hidroliză, cimentare, formare de compuși puțin solubili, purificare prin extracție sau schimb ionic). Un exemplu de rafinare chimică este rafinarea metalelor prețioase. Rafinarea se realizează în fierbere acid sulfuric sau azotic. Impuritățile de Cu , Ag și alte metale sunt dizolvate, iar aurul purificat rămâne într-un precipitat insolubil.