En metalurgia , el refinado consiste en purificar un metal impuro. Debe distinguirse de otros procesos como la fundición y la calcinación en que esos dos implican un cambio químico en la materia prima, mientras que en el refinado el material final es químicamente idéntico a la materia prima. De este modo, el refinado aumenta la pureza de la materia prima mediante el procesamiento. [ se necesita aclaración ] Hay muchos procesos que incluyen técnicas pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas .
Un proceso antiguo para extraer plata del plomo era la copelación . Este proceso implicaba fundir muestras de plomo impuro en una cupel, un pequeño recipiente poroso diseñado para la purificación que ayudaría en el proceso de oxidación, al tiempo que sería capaz de soportar el calor necesario para fundir estos metales en un horno. Esta reacción oxidaría el plomo a litargirio , junto con cualquier otra impureza presente, mientras que la plata no se oxidaría. [1]
En el siglo XVIII, el proceso se llevaba a cabo mediante una especie de horno de reverbero , pero a diferencia de los habituales, el aire se soplaba sobre la superficie del plomo fundido mediante fuelles o (en el siglo XIX) cilindros de soplado. [2]
El proceso Pattinson fue patentado por su inventor, Hugh Lee Pattinson , en 1833, quien lo describió como "un método mejorado para separar la plata del plomo" [ cita requerida ] . Explotó el hecho de que en el plomo fundido (que contiene trazas de plata), el primer metal que se solidifica fuera del líquido es el plomo, dejando el líquido restante más rico en plata. El equipo de Pattinson consistía en una fila de hasta 13 ollas de hierro, cada una de ellas calentada desde abajo. Se cargó algo de plomo, que naturalmente contenía un pequeño porcentaje de plata, en la olla central y se fundió. Luego se dejó enfriar. A medida que el plomo se solidificaba, se retiraba con grandes cucharones de hierro perforados y se pasaba a la siguiente olla en una dirección, y el metal restante, que ahora era más rico en plata, se transfería a la siguiente olla en la dirección opuesta. El proceso se repetía de una vasija a otra; el plomo se acumulaba en la vasija en un extremo y el metal enriquecido en plata en la vasija del otro. [3] [4] El nivel de enriquecimiento posible está limitado por el eutéctico plomo-plata y normalmente el proceso se detiene alrededor de 600 a 700 onzas por tonelada (aproximadamente 2%), por lo que la separación adicional se lleva a cabo mediante copelación. [5]
El proceso resultó económico para plomo que contenía al menos 250 gramos de plata por tonelada. [2]
El proceso Parkes , patentado en 1850 por Alexander Parkes , utiliza zinc fundido . El zinc no es miscible con el plomo y cuando los dos metales fundidos se mezclan, el zinc se separa y flota hacia la superficie con ~2% de plomo. Sin embargo, la plata se disuelve más fácilmente en zinc, por lo que la capa superior de zinc transporta una porción significativa de plata. Luego se enfría la masa fundida hasta que el zinc se solidifica y se eliminan las escorias . Luego la plata se recupera volatilizando el zinc. [2] El proceso de Parkes reemplazó en gran medida al proceso de Pattinson, excepto cuando el plomo contenía insuficiente plata. En tal caso, el proceso Pattinson proporcionó un método para enriquecerlo en plata a aproximadamente 40 a 60 onzas por tonelada, concentración a cuya concentración podría tratarse utilizando el proceso Parkes. [6]
El producto inicial de la fundición del cobre era cobre impuro "ampollado" , que contenía azufre y oxígeno. Para eliminar estas impurezas, el cobre ampollado se fundió y solidificó repetidamente, sometiéndolo a un ciclo de oxidación y reducción. [7] En una de las etapas de fusión anteriores se añadió plomo. El oro y la plata se disolvían preferentemente en este, proporcionando así un medio para recuperar estos metales preciosos. Para producir cobre más puro, adecuado para la fabricación de placas de cobre o artículos huecos , se llevaron a cabo otros procesos de fusión utilizando carbón vegetal como combustible. La aplicación repetida de tales procesos de refinación al fuego fue capaz de producir cobre con una pureza del 98,5 al 99,5%. [ cita necesaria ]
El cobre más puro se obtiene mediante un proceso electrolítico , realizado utilizando una losa de cobre impuro como ánodo y una fina lámina de cobre puro como cátodo . El electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre (II). Al hacer pasar electricidad a través de la celda, el cobre se disuelve del ánodo y se deposita en el cátodo. Sin embargo, las impurezas permanecen en solución o se acumulan como un lodo insoluble. Este proceso sólo fue posible tras la invención de la dinamo ; se utilizó por primera vez en el sur de Gales en 1869. [ cita necesaria ]
El producto del alto horno es el arrabio , que contiene entre un 4% y un 5% de carbono y normalmente algo de silicio . Para producir un producto falsificable, se necesitaba un proceso adicional (generalmente descrito como clarificación , en lugar de refinamiento) . A partir del siglo XVI se llevó a cabo en una fragua de galas . A finales del siglo XVIII, esto comenzó a ser reemplazado por el encharcamiento (en un horno de encharcamiento ), que a su vez fue reemplazado gradualmente por la producción de acero dulce mediante el proceso Bessemer . [8]
El término refinación se utiliza en un contexto más limitado. El proceso de charcado original de Henry Cort solo funcionaba cuando la materia prima era hierro fundido blanco , en lugar del arrabio gris que era la materia prima habitual para las forjas más finas. Para utilizar arrabio gris , era necesario un proceso de refinado previo para eliminar el silicio. El arrabio se fundió en un horno de descarga y luego se vertió en una artesa. Este proceso oxidaba el silicio para formar una escoria, que flotaba sobre el hierro y se eliminaba bajando una presa al final del canal. El producto de este proceso era un metal blanco, conocido como metal afinador o hierro refinado .
El refinado de metales preciosos es la separación de metales preciosos de materiales metalíferos nobles . Ejemplos de estos materiales incluyen catalizadores usados , conjuntos electrónicos , minerales o aleaciones metálicas .
Para aislar materiales de metales nobles se utilizan procedimientos de pirólisis y/o hidrólisis . En la pirólisis, los productos de metales nobles se liberan de otros materiales solidificándose en una masa fundida hasta convertirse en cenizas y luego se vierten u oxidan . En la hidrólisis, los productos de metales nobles se disuelven en agua regia (compuesta por ácido clorhídrico y ácido nítrico ) o en una solución de ácido clorhídrico y cloro gaseoso. Posteriormente, determinados metales pueden precipitarse o reducirse directamente con una combinación de sal, gas, materia orgánica y/o nitrohidrato. Posteriormente pasan por etapas de limpieza o se recristalizan . Los metales preciosos se separan de la sal metálica mediante calcinación . Los materiales de metales nobles se hidrolizan primero y después se preparan térmicamente ( pirolizan ). Los procesos obtienen mejores resultados cuando se utilizan catalizadores que a veces pueden contener metales preciosos. Cuando se utilizan catalizadores, el producto reciclado se elimina en cada caso y se conduce varias veces a lo largo del ciclo. [ cita necesaria ]