Raffinering (metallurgie)

In metallurgie is raffinering die suiwering van 'n onsuiwer metaal. Dit moet van ander prosesse soos uitsmelting en kalsinering onderskei word deurdat daardie twee prosesse chemiese verandering van die grondstof behels, terwyl by raffinering die finale materiaal chemies feitlik identies aan die oorspronklike is, maar met minder onsuiwerhede. Baie soorte prosesse word gebruik, insluitend pirometallurgiese en hidrometallurgiese tegnieke.

Lood

Kuppellasie 
Een antieke proses om die silwer uit lood te onttrek was kupellasie. Lood is in 'n been-as 'toets' in 'n 'kupel' gesmelt en lug oor die oppervlak geblaas. Dit laat die lood tot loodglit oksideer, terwyl ander teenwoordige basismetale ook geoksideer word. Die silwer (en goud indien teenwoordig) bly ongeoksideer.

In die 18de eeu is die proses bedryf deur 'n soort vlamoond te gebruik. Die tipe oond het verskil van die gewone soort deurdat lug uit 'n blaasbalk of (in die 19de eeu) uit blaassilinders, oor die oppervlak van die gesmelte lood geblaas is.

Pattinson-proses 
Die Pattinson-proses is in 1833 deur sy uitvinder, Hugh Lee Pattinson, gepatenteer wat dit beskryf het as "'n Verbeterde metode om silwer van lood te skei". Dit het die feit benut dat in gesmelte lood wat spore van silwer bevat, die eerste metaal wat uit die smelt stol, lood is, wat die oorblywende vloeistof ryker aan silwer laat. Pattinson se toerusting het basies bestaan uit 'n ry van tot 13 ysterpotte, wat van onder af verhit is. 'n Hoeveelheid lood, wat natuurlik 'n klein persentasie silwer bevat het, is in die middelste pot gelaai en gesmelt. Dit is dan toegelaat om af te koel. Namate die lood gestol het, is dit met groot geperforeerde ysterlepels verwyder en na die volgende pot in een rigting beweeg, en die oorblywende metaal wat nou ryker aan silwer was, is dan in die teenoorgestelde rigting na die volgende pot oorgeplaas. Deur dié proses van een pot na die volgende te herhaal, het lood aan die een kant en silwer aan die ander kant opgehoop. Die vlak van moontlike verryking word beperk deur die lood-silwer eutektikum en die proses het tipies na ongeveer 600 tot 700 onse per ton (ongeveer 2%) tot stilstand gekom en verdere skeiding is d.m.v. kupellasie uitgevoer.

Die proses was ekonomies vir lood wat ten minste 250 gram silwer per ton bevat het.

Parkes-proses 
Die Parkes-proses, wat in 1850 gepatenteer is, gebruik gesmelte sink om silwer uit lood te herwin. Sink is nie mengbaar met lood nie en wanneer die twee gesmelte metale by mekaar gegooi word, dryf die sink en na bo en bevat slegs sowat 2% lood. Silwer los egter meer geredelik in sink op en dus bevat die drywende sink 'n aansienlike deel van die silwer. Die smelt word dan afgekoel totdat die sink stol en die sinkkors afgeskep word. Die silwer word dan herwin deur verdamping van die sink. Die Parkes-proses het grootliks die Pattinson-proses vervang, behalwe waar die lood 'n onvoldoende hoeveelheid silwer bevat het, in welke geval die Pattinson-proses 'n metode verskaf het om dit in silwer te verryk tot ongeveer 40 tot 60 onse per ton, wat dan die gebruik van die Parkes-proses moontlik maak.

Koper

Vuurraffinering 
Die aanvanklike produk van koperuitsmelting was onsuiwer swart koper, wat dan herhaaldelik gesmelt is om dit te suiwer deur dit afwisselend te oksideer en te reduseer. In een van die smeltstadiums is lood bygevoeg, waarin goud en silwer oplos. Dit bied dus 'n manier om hierdie edelmetale te herwin. Om suiwerder koper te produseer wat geskik is vir die maak van koperplate of potte en panne, is verdere smeltprosesse onderneem, met houtskool as brandstof. Met die herhaalde toepassing van sulke vuurraffineringsprosesse was dit moontlik om 99,25% suiwer koper te produseer.

Elektrolitiese raffinering 
Die suiwerste koper word verkry deur 'n elektrolitiese proses wat onderneem word deur 'n plaat onsuiwer koper as die anode en 'n dun vel suiwer koper as die katode te gebruik. Die elektroliet is 'n suur-oplossing van kopersulfaat. Deur elektrisiteit deur die sel te stuur, word koper uit die anode opgelos en op die katode neergeslaan. Onsuiwerhede bly egter óf in oplossing óf versamel as 'n onoplosbare slyk. Hierdie proses het eers moontlik geword ná die uitvinding van die dinamo en is die eerste keer in 1869 in Suid-Wallis gebruik.

Yster

Smee-yster 
Die produk van die hoogoond is ru-yster, wat 4-5% koolstof en gewoonlik 'n bietjie silikon bevat. Om 'n smeebare produk te produseer, was 'n verdere proses nodig, gewoonlik beskryf as affinering (eerder as raffinering). Van die 16de eeu af is dit in 'n affineerherd onderneem. Aan die einde van die 18de eeu is dit vervang deur poedeling (in 'n poedel-oond), wat op sy beurt weer geleidelik deur die vervaardiging van sagte staal deur die Bessemer-proses vervang is.

Geraffineerde yster 
Die term raffinering word in 'n nouer konteks gebruik. Henry Cort se oorspronklike poedel-proses het net gewerk waar die grondstof wit gietyster was, eerder as die grys ru-yster wat die gewone grondstof vir fineersmee was. Om grys ru-yster te gebruik, was 'n voorlopige raffineringsproses nodig om silikon te verwyder. Die ru-yster is in 'n uitloop-oond gesmelt en dan in 'n trog laat uitloop. Hierdie proses het die silikon geoksideer om 'n slak te vorm, wat op die yster gedryf het en verwyder is deur 'n wal aan die einde van die trog te laat sak. Die produk van hierdie proses was 'n wit metaal, bekend as fynmetaal of geraffineerde yster.

Edelmetale 
Edelmetaalraffinering is die skeiding van edelmetale van edelmetaalhoudende materiale. Voorbeelde van hierdie materiale sluit in gebruikte katalisators, elektroniese samestellings, ertse of metaallegerings .

Proses 
Ten einde edelmetaalhoudende materiale te isoleer, word pirolise- en/of hidroliseprosedures gebruik. In pirolise word die edelmetaalhoudende produkte uit die ander materiale vrygestel deur in 'n smelt te stol om sintel te word en dan af te gooi of te oksideer. In hidrolise word die edelmetaalhoudende produkte óf in aqua regia (bestaande uit soutsuur en salpetersuur) óf in soutsuur en chloorgas in oplossing opgelos. Gevolglik kan sekere metale direk met 'n sout-, gas-, organiese en/of nitrohidraatverbinding neergeslaan of gereduseer word. Daarna gaan hulle deur skoonmaakstadia of word herkristalliseer. Die edelmetale word deur kalsinering van die metaalsout geskei. Die edelmetaalhoudende materiale word eers gehidroliseer en daarna termies voorberei (gepiroliseer). Die prosesse lewer beter opbrengste wanneer katalisators gebruik word wat soms self edelmetale kan bevat. Wanneer katalisators gebruik word, word die herwinningsproduk verwyder en verskeie kere deur die siklus gedryf.

Sien ook 
 Veredeling – Ekstraktiewe metallurgiese proses
 Ertskonsentraat – Erts geprosesseer om die metaalinhoud te konsentreer
 Lys van alumina-raffinaderye

Bronnelys 
 J. Day en RF Tylecote, The Industrial Revolution in Metals (The Institute of Metals, Londen 1991).
 Söderberg, A. 2011. Eyvind Skáldaspillir se silwer-raffinering en standaarde in pre-monetêre ekonomieë in die lig van vondste van Sigtuna en Gotland. Situne Dei 2011. Edberg, R. Wikström, A. (reds). Sigtuna.
 RF Tylecote, A history of metallurgy (Institute of materials, Londen 1992).
 Newcastle Universiteit: Hugh Lee Pattinson

Verwysings 

Metallurgie
Lood
Silwer
Koper
Yster
Raffinering
Edelmetale