Διαδικασία διύλισης κατά των ακαθαρσιών

Ένας μεμονωμένος τύπος διεργασίας δεν είναι αποτελεσματικός για την εξόρυξη όλων των τύπων μετάλλων. Διαφορετικά μέταλλα έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Σύμφωνα με αυτές τις ιδιότητες, αναπτύσσονται και χρησιμοποιούνται κατάλληλες τεχνικές κατά των ακαθαρσιών για την εξαγωγή τους με μέγιστη καθαρότητα. Μερικές από τις διαδικασίες διύλισης επεξηγούνται παρακάτω:

Liquation 

Η βασική αρχή της υγροποίησης είναι η διαφορά στα σημεία τήξης των ακαθαρσιών και του μετάλλου. Όταν το ακάθαρτο μέταλλο αφήνεται να λιώσει, το στοιχείο με χαμηλότερο σημείο τήξης λιώνει πρώτα. Αργότερα χωρίζεται.

Παραδείγματα:

• Καθαρισμός μετάλλου κασσίτερου:Το ακάθαρτο μέταλλο κασσίτερου περιέχει Cu, Fe, W κ.λπ. ως ακαθαρσίες. Τοποθετείται στην επικλινή εστία ενός κλιβάνου αντήχησης και θερμαίνεται απαλά. Η θερμοκρασία του κλιβάνου φτάνει πρώτα στο σημείο τήξης του κασσίτερου καθώς έχει χαμηλότερο σημείο τήξης.

Ο κασσίτερος λιώνει νωρίτερα από τις ακαθαρσίες και ως εκ τούτου ρέει κάτω από την κεκλιμένη εστία. Οι στερεές ακαθαρσίες αφήνονται πίσω στην εστία. Το καθαρό μέταλλο κασσίτερου συλλέγεται σε δοχείο από χυτοσίδηρο σε τηγμένη κατάσταση. Το μέταλλο που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται χυτοσίδηρος.

• Καθαρισμός ακατέργαστου ψευδάργυρου:Ο ακατέργαστος ψευδάργυρος τήκεται στην κεκλιμένη εστία ενός κλιβάνου αντηχήσεως. Ο λιωμένος ψευδάργυρος ρέει προς τα κάτω, ενώ οι στερεές ακαθαρσίες μένουν πίσω στην εστία.

Κλασματική απόσταξη

Η βασική αρχή αυτής της διαδικασίας είναι η διαφορά στα σημεία βρασμού του μετάλλου και των ακαθαρσιών. Εάν τα μέταλλα είναι πτητικά, οι ακαθαρσίες σε αυτά είναι μη πτητικές και το αντίστροφο. Μέταλλα όπως ο Zn, το Cd και το Hg καθαρίζονται με κλασματική απόσταξη.

Διυλισμός ζώνης (κλασματική κρυστάλλωση) 

Ο καθαρισμός ζώνης χρησιμοποιείται όταν απαιτούνται μέταλλα σε πολύ υψηλή καθαρότητα. Το πυρίτιο και το γερμάνιο που χρησιμοποιούνται σε ημιαγωγούς απαιτούνται σε εξαιρετικά καθαρή μορφή. Ως εκ τούτου, καθαρίζονται με αυτή τη μέθοδο. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην αρχή ότι μετά από κάποιο χρόνο τήξης ενός ακάθαρτου μετάλλου, το καθαρό μέταλλο ανακρυσταλλώνεται κατά τη σταδιακή ψύξη και εναποθέτει κρυστάλλους σε καθαρή μορφή. Ταυτόχρονα, η ακαθαρσία παραμένει σε υγρή μορφή και κινείται μπροστά προς το άκρο της ράβδου.

Στην κλασματική κρυστάλλωση, το ακάθαρτο μέταλλο που πρόκειται να εξευγενιστεί λαμβάνεται με τη μορφή ράβδου. Ένας κυκλικός θερμαντήρας H τοποθετείται γύρω από αυτή τη ράβδο και κινείται αργά κατά μήκος της. Στο άκρο αριστερά της ακάθαρτης ράβδου γερμανίου, ο θερμαντήρας λιώνει μια στενή ζώνη της ράβδου. Καθώς ο θερμαντήρας κινείται προς τα δεξιά, το λιωμένο μέταλλο κρυώνει και κρυσταλλώνεται για να δώσει καθαρό μέταλλο στην περιοχή Χ της ράβδου. Οι ακαθαρσίες που υπήρχαν νωρίτερα στην περιοχή Χ της ράβδου γερμανίου περνούν στην περιοχή Υ, η οποία είναι η γειτονική λιωμένη ζώνη.

Ο θερμαντήρας συνεχίζει να μετακινείται προς τα δεξιά σε όλο και νεότερες λιωμένες ζώνες. Τελικά, οι ακαθαρσίες φτάνουν στο άκρο δεξιά, Z, της ράβδου γερμανίου. Αυτό το άκρο της ράβδου μένει με όλες τις ακαθαρσίες και απορρίπτεται. Η ράβδος που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι μέταλλο γερμανίου υψηλής καθαρότητας. Εκτός από το γερμάνιο, το πυρίτιο και το γάλλιο χρησιμοποιούνται επίσης ως ημιαγωγοί. Επίσης, εξευγενίζονται με τη μέθοδο της ραφιναρίσματος ζώνης.

Χρωματογραφία

Διαφορετικά συστατικά ενός μείγματος απορροφώνται διαφορετικά σε ένα προσροφητικό. Το μείγμα τοποθετείται σε υγρό ή αέριο μέσο και μετακινείται μέσω του προσροφητικού. Μετά από αυτό, τα προσροφημένα συστατικά αφαιρούνται με τη χρήση κατάλληλου διαλύτη.

Η χρωματογραφική μέθοδος ονομάζεται με βάση τις φυσικές καταστάσεις του κινούμενου μέσου και του προσροφητικού υλικού και επίσης με βάση τη διέλευση του κινούμενου μέσου. Η χρωματογραφία είναι χρήσιμη για τον καθαρισμό στοιχείων που υπάρχουν σε μικρές ποσότητες. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι χημικές ιδιότητες των ακαθαρσιών δεν διαφέρουν πολύ από αυτές του επιθυμητού στοιχείου. Υπάρχουν διάφορες χρωματογραφικές τεχνικές, όπως η χρωματογραφία χαρτιού, η χρωματογραφία στήλης και η αέρια χρωματογραφία.

Ηλεκτρολυτική διύλιση

Μέταλλα όπως Cu, Ni και Al εξευγενίζονται ηλεκτρολυτικά. Ως άνοδος χρησιμοποιείται ακάθαρτο μέταλλο και ως κάθοδος χρησιμοποιείται καθαρό μέταλλο. Το κύτταρο αποτελείται από τρία υγρά στρώματα. Το κάτω στρώμα είναι ακάθαρτο λιωμένο μέταλλο. η μεσαία στιβάδα είναι μια στρώση συντηγμένου άλατος που περιέχει τον ηλεκτρολύτη. το επάνω στρώμα είναι καθαρό μέταλλο. Στην άνοδο (κάτω στρώμα), το μέταλλο διέρχεται με διαλύματα ως ιόντα. Και στην κάθοδο (επάνω στρώμα), αυτά τα ιόντα μειώνονται για να σχηματίσουν καθαρό μέταλλο. Κατά τη λειτουργία, λιωμένο μέταλλο προστίθεται στον πυθμένα της κυψέλης και καθαρό μέταλλο τραβιέται από την κορυφή.

Διυλισμός φάσης ατμού

Η διύλιση της φάσης ατμού πραγματοποιείται μέσω της διαδικασίας Van Arkel-De Boer. Μικρές ποσότητες καθαρών μετάλλων (Ti, Zr ή Bi) μπορούν να παραχθούν με αυτή τη μέθοδο. Αυτή η διαδικασία βασίζεται στο γεγονός ότι τα ιωδίδια είναι τα λιγότερο σταθερά από όλα τα αλογονίδια.

Το ακάθαρτο στοιχείο θερμαίνεται με ιώδιο για να παραχθεί ένα πτητικό ιωδίδιο. Αποσυντίθεται περνώντας το αέριο από πάνω του. Το στοιχείο εναποτίθεται στο νήμα και το ιώδιο ανακυκλώνεται.

Ακάθαρτο Ti + 2I2  → TiI4 →Ti + 2I2

50-250 βαθμοί C Νήμα βολφραμίου

Συμπέρασμα

Μέταλλα που εξάγονται από μεταλλεύματα περιέχουν ακαθαρσίες και πρέπει να εξευγενιστούν χρησιμοποιώντας κατάλληλες τεχνικές. Η επιλεγμένη διαδικασία βασίζεται στη συμπεριφορά και τις χημικές ιδιότητες των ακαθαρσιών και του μετάλλου. Μερικές από τις διαδικασίες εξευγενισμού που χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών είναι η υγροποίηση, η απόσταξη, ο καθαρισμός ζώνης και ο ηλεκτρολυτικός εξευγενισμός.