Refinación (metalurgia)

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En metalurgia , el refinado consiste en purificar un metal impuro. Se distingue de otros procesos como la fundición y la calcinación en que estos dos implican un cambio químico en la materia prima, mientras que en el refinado el material final es químicamente idéntico a la materia prima. Por tanto, el refinado aumenta la pureza de la materia prima mediante el procesamiento. ^{[ Aclaración necesaria ]} Existen muchos procesos, incluidas las técnicas pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas .

Un antiguo proceso para extraer la plata del plomo era la copelación . Este proceso implicaba fundir muestras de plomo impuro en una copela, un pequeño recipiente poroso diseñado para la purificación que ayudaría en el proceso de oxidación, al mismo tiempo que era 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 utilizando una especie de horno de reverbero , pero se diferenciaba del tipo habitual en que se soplaba aire sobre la superficie del plomo fundido desde 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 calentada desde abajo. Un poco de plomo, que naturalmente contiene un pequeño porcentaje de plata, se cargó en la olla central y se fundió. Luego se dejó enfriar. A medida que el plomo se solidificó, se extrajo utilizando grandes cucharones de hierro perforados y se trasladó a la siguiente olla en una dirección, y el metal restante que ahora era más rico en plata se transfirió a la siguiente olla en la dirección opuesta. El proceso se repitió de una olla a la siguiente, el plomo se acumuló en la olla en un extremo y el metal enriquecido en plata en la olla en el otro. ^{[3] [4]} El nivel de enriquecimiento posible está limitado por el eutéctico de plomo y plata y, por lo general, el proceso se detiene alrededor de 600 a 700 onzas por tonelada (aproximadamente el 2 %), por lo que se realiza una separación adicional mediante copelación. ^[5]

El proceso era económico para el 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 se mezclan los dos metales fundidos, el zinc se separa y flota en la superficie con aproximadamente un 2 % de plomo. Sin embargo, la plata se disuelve más fácilmente en el zinc, por lo que la capa superior de zinc lleva una parte significativa de la plata. Luego, la masa fundida se enfría hasta que el zinc se solidifica y se elimina la escoria . Luego, la plata se recupera volatilizando el zinc. ^[2] El proceso Parkes reemplazó en gran medida al proceso Pattinson, excepto cuando el plomo contenía una cantidad insuficiente de plata. En tal caso, el proceso Pattinson proporcionó un método para enriquecerlo en plata a aproximadamente 40 a 60 onzas por tonelada, concentración en la que podría tratarse utilizando el proceso Parkes. ^[6]

El producto inicial de la fundición de cobre era cobre "blister" impuro , que contenía azufre y oxígeno. Para eliminar estas impurezas, el cobre "blister" se fundía y solidificaba repetidamente, sometiéndolo a un ciclo de oxidación y reducción. ^[7] En una de las etapas de fusión anteriores, se añadía 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 hacer placas de cobre o artículos huecos , se realizaban otros procesos de fundición, utilizando carbón como combustible. La aplicación repetida de tales procesos de refinación al fuego era capaz de producir cobre con una pureza del 98,5-99,5%. ^{[ cita requerida ]}

El cobre más puro se obtiene mediante un proceso electrolítico , que utiliza una placa de cobre impuro como ánodo y una lámina fina de cobre puro como cátodo . El electrolito es una solución ácida de sulfato de cobre (II). Al 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 lodo insoluble. Este proceso solo fue posible después de la invención de la dinamo ; se utilizó por primera vez en el sur de Gales en 1869. ^{[ cita requerida ]}

El producto del alto horno es el arrabio , que contiene entre un 4 y un 5 % de carbono y, por lo general, algo de silicio . Para producir un producto forjable, se necesitaba un proceso adicional (que generalmente se describe como afinación , en lugar de refinación) . A partir del siglo XVI, esto se llevó a cabo en una fragua de refinamiento . A fines del siglo XVIII, esto comenzó a ser reemplazado por el pudling (en un horno de pudling ), 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 restringido. El proceso de pudling 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 de refinación. Para utilizar el arrabio gris , era necesario un proceso de refinación preliminar para eliminar el silicio. El arrabio se fundía en un horno de vaciado y luego se vertía en una artesa. Este proceso oxidaba el silicio para formar una escoria, que flotaba en el hierro y se eliminaba bajando una presa al final de la artesa. El producto de este proceso era un metal blanco, conocido como metal de afinación o hierro refinado .

El refinado de metales preciosos es la separación de los metales preciosos de los materiales de metales nobles . Algunos ejemplos de estos materiales incluyen catalizadores usados , conjuntos electrónicos , minerales o aleaciones de metales .

Para aislar los metales nobles se utilizan procedimientos de pirólisis y/o hidrólisis . En la pirólisis, los productos de metales nobles se liberan de los otros materiales solidificándose en una masa fundida para convertirse en cenizas y luego se vierten u oxidan . En la hidrólisis, los productos de metales nobles se disuelven en agua regia (que consiste en ácido clorhídrico y ácido nítrico ) o en una solución de ácido clorhídrico y gas cloro . Posteriormente, ciertos metales se pueden precipitar o reducir directamente con una conexión de sal, gas, orgánico y/o hidrato de nitro. Después, pasan por etapas de limpieza o se recristalizan . Los metales preciosos se separan de la sal metálica por calcinación . Los materiales de metales nobles se hidrolizan primero y luego se preparan térmicamente ( pirolizan ). Los procesos son más productivos cuando se utilizan catalizadores que a veces pueden contener metales preciosos. Cuando se utilizan catalizadores, el producto de reciclaje se retira en cada caso y se conduce varias veces a través del ciclo. ^{[ cita requerida ]}

• Beneficiación  : Proceso de separación de minerales comercialmente valiosos de sus menas.Pages displaying short descriptions of redirect targets
• Concentrado de mineral  : mineral crudo procesado para concentrar el componente metálico.
• Lista de refinerías de alúmina

• J. Day y RF Tylecote, La revolución industrial en los metales (The Institute of Metals, Londres 1991).
• Söderberg, A. 2011. La plata de Eyvind Skáldaspillir: refinación y estándares en economías premonetarias a la luz de los hallazgos de Sigtuna y Gotland. Situne Dei 2011. Edberg, R. Wikström, A. (eds). Sigtuna.
• RF Tylecote, Una historia de la metalurgia (Instituto de Materiales, Londres 1992).
• Universidad de Newcastle: Hugh Lee Pattinson