Quá trình tinh luyện kim loại quý chủ yếu bao gồm ba phương pháp chính: tinh luyện nhiệt luyện, tinh luyện thủy luyện và tinh luyện điện phân. Tinh luyện điện phân là một kỹ thuật phổ biến sử dụng kim loại thô làm cực dương , lá kim loại tinh khiết cao làm cực âm, và dung dịch muối kim loại làm chất điện phân. Thông qua phản ứng điện hóa, kim loại thô hòa tan và kim loại tinh khiết hơn kết tủa ở cực âm. Phương pháp này phù hợp để tinh chế hầu hết các kim loại, đặc biệt hiệu quả đối với vàng, bạc, đồng, chì, thiếc và các kim loại khác.
Hệ thống tinh luyện thủy luyện kim chiết xuất kim loại quý từ quặng, phế liệu hoặc hợp kim thông qua các phản ứng hóa học. Thiết bị cốt lõi thường bao gồm lò phản ứng thủy luyện kim, bình ngâm chiết titan và bình khử titan/men. Phương pháp tinh luyện kim loại quý này có ưu điểm vận hành đơn giản, chi phí thấp và tỷ lệ thu hồi cao, có khả năng xử lý quặng cấp thấp và vật liệu phức tạp.
Tinh luyện kim loại nhiệt luyện diễn ra trong điều kiện nóng chảy ở nhiệt độ cao, sử dụng các phương pháp vật lý hoặc hóa học để loại bỏ tạp chất khỏi kim loại thô. Quá trình này bao gồm các quy trình như tinh luyện oxy hóa, tinh luyện sunfua hóa và tinh luyện clo hóa. Tinh luyện chưng cất là một phương pháp khác, khai thác áp suất hơi khác nhau của kim loại chính và tạp chất thông qua các chu kỳ bay hơi và ngưng tụ lặp đi lặp lại để loại bỏ tạp chất. Các phương pháp tinh luyện kim loại quý đa dạng này có thể được lựa chọn và kết hợp linh hoạt dựa trên thành phần nguyên liệu đầu vào và độ tinh khiết yêu cầu.
Các phương pháp chính để tinh chế vàng từ kim loại quý bao gồm tinh chế điện phân, khử trùng bằng clo ở nhiệt độ cao và các quy trình hóa học. Tinh chế điện phân sử dụng vàng thô làm cực dương và các tấm vàng nguyên chất hoặc titan làm cực âm. Dòng điện một chiều được đưa vào dung dịch vàng trong nước, làm cho cực dương vàng thô hòa tan trong khi lắng đọng vàng tinh khiết hơn lên cực âm. Được phát minh bởi nhà hóa học người Đức Wörfel vào thế kỷ 19, phương pháp này vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay.
Phương pháp clo hóa nhiệt độ cao, được đề xuất bởi Miller người Úc vào năm 1887, là một kỹ thuật tinh luyện thô. Phương pháp này bao gồm việc đưa khí clo vào vàng thô nóng chảy, khiến các tạp chất được clo hóa theo thứ tự sắt, kẽm, chì, đồng và bạc. Các tạp chất này tạo thành clorua và tách khỏi vàng. Nhà máy tinh luyện Rand ở Nam Phi sử dụng phương pháp này để sản xuất vàng tiền tệ. Họ cho 500 kg vàng thô vào các chén nung than chì được lót bằng oxit chì, đưa khí clo vào ở nhiệt độ 1423 K, thu được vàng với độ tinh khiết 99,5%–99,6%.
Các phương pháp hóa học thường bao gồm hai quá trình: hòa tan vàng và khử vàng. Chúng phù hợp để tinh chế các mẻ vàng thô nhỏ có hàm lượng bạc dưới 8%. Vàng thô thường được hòa tan bằng nước cường toan. Vàng hòa tan trong khi bạc vẫn còn trong cặn dưới dạng bạc clorua, tách ra khỏi vàng. Sau đó, vàng được khử khỏi dung dịch chứa vàng bằng các chất khử như axit oxalic, sắt (II) sunfat hoặc SO₂. Khử bằng axit oxalic có độ chọn lọc cao và xử lý nhanh, khiến nó được áp dụng rộng rãi. Trong quá trình khử, dung dịch chứa vàng được đun nóng đến 343K, với độ pH được kiểm soát trong khoảng 1–1,5. Thêm axit oxalic tạo ra độ tinh khiết vàng 99,9%–99,99%. Việc nắm vững các phương pháp đa dạng này để tinh chế vàng từ kim loại quý là rất quan trọng để sản xuất vàng có độ tinh khiết cao.
Tinh chế kim loại nhóm bạch kim (bao gồm bạch kim , paladi , rhodi , iridi , osmi và rutheni ) từ kim loại quý là một trong những lĩnh vực phức tạp nhất của công nghệ tinh chế. Quy trình tinh chế kim loại nhóm bạch kim thường bao gồm ba giai đoạn: hòa tan vật liệu, tinh chế và thu hồi kim loại quý , trong đó tinh chế là trọng tâm. Vật liệu tinh chế thường là kim loại nhóm bạch kim thô được tạo ra sau khi tách. Nếu vật liệu ở dạng rắn, trước tiên phải hòa tan trước khi tinh chế.
Phương pháp tinh chế kim loại nhóm bạch kim có thể sử dụng các kỹ thuật truyền thống, chiết xuất bằng dung môi, hoặc kết hợp cả hai. Tinh chế kim loại nhóm bạch kim từ kim loại quý hiện đại thường sử dụng công nghệ chiết xuất bằng dung môi hiệu suất cao. Bằng cách sử dụng các thuốc thử hóa học và điều kiện quy trình cụ thể, phương pháp này tách kim loại quý ra khỏi các nền phức tạp một cách hiệu quả. Thông qua các phản ứng hóa học và quy trình tách nhiều bước, kim loại nhóm bạch kim có thể được tinh chế đến độ tinh khiết 99,9% hoặc cao hơn.
Quy trình sản xuất kim loại tương đối đơn giản. Ví dụ, muối amoni platin phân hủy khi nung ở nhiệt độ 633–1073K để tạo ra platin kim loại. Muối amoni paladi, rhodi, iridi và rutheni bị khử bởi hydro trong quá trình nung để tạo ra kim loại tương ứng. Các thuốc thử hữu cơ như hydrazin hydrat hoặc axit formic cũng có thể được sử dụng để khử dung dịch nhằm tạo ra bột kim loại có độ tinh khiết chung. Các sản phẩm tinh chế bao gồm kim loại tinh khiết, kim loại có độ tinh khiết cao, kim loại tinh khiết quang phổ, bùn và các hợp chất hóa học. Việc hiểu rõ các phương pháp chuyên biệt này để tinh chế kim loại nhóm platin từ kim loại quý là rất quan trọng để sử dụng các kim loại quý hiếm và có giá trị cao này.
Tinh chế điện phân là phương pháp chính để tinh chế bạc từ kim loại quý. Tinh chế điện phân bạc , được cấp bằng sáng chế đầu tiên bởi Möbius vào năm 1884, vẫn là phương pháp tinh chế bạc phổ biến nhất trên thế giới. Quy trình này bao gồm điện phân thẳng đứng hoặc ngang, trong đó bạc thô đóng vai trò là cực dương. Dòng điện một chiều được đưa vào bình điện phân chứa chất điện phân bạc nitrat, hòa tan cực dương bạc thô và lắng đọng bạc tinh khiết hơn ở cực âm .
Ngoài điện phân , tinh chế bạc còn có thể sử dụng các kỹ thuật thủy luyện. Các hệ thống tinh chế bạc hiện đại cho kim loại quý thường sử dụng thiết bị thủy luyện, bao gồm lò phản ứng thủy luyện, bình ngâm chiết titan và bình khử titan/men. Các hệ thống này đạt được hiệu quả chiết xuất và tinh chế bạc thông qua các quy trình như ngâm chiết, lọc, tinh chế và kết tủa.
Một phương pháp khác để tinh chế bạc từ kim loại quý là xử lý hóa học, thường bao gồm hai bước chính: hòa tan và khử. Bạc hòa tan trong axit nitric để tạo thành dung dịch bạc nitrat. Dung dịch này sau đó có thể được xử lý bằng tác nhân kết tủa như natri clorua để tạo thành kết tủa bạc clorua, hoặc khử trực tiếp thành bạc kim loại bằng tác nhân khử. Các phương pháp tái chế bạc từ kim loại quý này có thể được lựa chọn dựa trên quy mô sản xuất, đặc tính nguyên liệu thô và độ tinh khiết yêu cầu của sản phẩm. Mỗi phương pháp đều có những ứng dụng và ưu điểm riêng.
Ngôn ngữ
