วิธีการกลั่นโลหะมีค่า

การกลั่นโลหะมีค่าส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามวิธีหลัก ได้แก่ การกลั่นด้วยไพโรเมทัลลูร์จี การกลั่นด้วยไฮโดรเมทัลลูร์จี และการกลั่นด้วยไฟฟ้า การกลั่น ด้วยไฟฟ้าเป็นเทคนิคที่นิยมใช้กัน โดยการใช้โลหะดิบเป็นขั้วบวกใช้แผ่นโลหะบริสุทธิ์สูงเป็นขั้วลบ และสารละลายเกลือโลหะเป็นอิเล็กโทรไลต์ โลหะดิบจะละลายด้วยปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า และโลหะบริสุทธิ์จะตกตะกอนที่ขั้วลบ วิธีการนี้เหมาะสำหรับการทำให้โลหะส่วนใหญ่บริสุทธิ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพอย่างยิ่งสำหรับทองคำ เงิน ทองแดง ตะกั่ว ดีบุก และอื่นๆ

ระบบการกลั่นโลหะมีค่าแบบไฮโดรเมทัลลูร์จี (Hydrometallurgical Refining System) สกัดโลหะมีค่าจากแร่ เศษโลหะ หรือโลหะผสมโดยผ่านปฏิกิริยาเคมี อุปกรณ์หลักโดยทั่วไปประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรเม ทัลลูร์จี ถังชะ ไทเทเนียมและถังรีดักชันเคลือบ/ไทเทเนียม วิธีการกลั่นโลหะมีค่าแบบนี้ใช้งานง่าย ต้นทุนต่ำ และมีอัตราการคืนตัวสูง สามารถแปรรูปแร่คุณภาพต่ำและวัสดุที่ซับซ้อนได้

การกลั่นโลหะไพโรเมทัลลูร์จีเกิดขึ้นภายใต้สภาวะหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง โดยใช้วิธีการทางกายภาพหรือทางเคมีเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนออกจากโลหะดิบ ซึ่งรวมถึงกระบวนการต่างๆ เช่น การกลั่นด้วยออกซิเดชัน การกลั่นด้วยซัลไฟด์ และการกลั่นด้วยคลอรีน การกลั่นด้วยวิธีการกลั่นเป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้ประโยชน์จากความดันไอที่แตกต่างกันของโลหะหลักและสิ่งเจือปน ผ่านวัฏจักรการระเหยและการควบแน่นซ้ำๆ เพื่อกำจัดสิ่งเจือปน วิธีการกลั่นโลหะมีค่าที่หลากหลายเหล่านี้สามารถเลือกและผสมผสานได้อย่างยืดหยุ่นตามองค์ประกอบของวัตถุดิบและความบริสุทธิ์ที่ต้องการ

วิธีการกลั่นโลหะมีค่า: ทองคำ

วิธีการหลักในการกลั่นทองคำจากโลหะมีค่า ได้แก่ การกลั่นด้วยไฟฟ้า การคลอรีนที่อุณหภูมิสูง และกระบวนการทางเคมี การกลั่นด้วยไฟฟ้าใช้ทองคำดิบเป็นขั้วบวก และแผ่นทองคำบริสุทธิ์หรือแผ่นไทเทเนียมเป็นขั้วลบ กระแสไฟฟ้าตรงจะถูกจ่ายไปยังสารละลายทองคำในน้ำ ทำให้ขั้วบวกทองคำดิบละลายในขณะที่ทองคำบริสุทธิ์กว่าถูกเคลือบลงบนขั้วลบ วิธีการนี้คิดค้นโดย Wörfel นักเคมีชาวเยอรมันในศตวรรษที่ 19 และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

วิธีการคลอรีนอุณหภูมิสูง ซึ่งเสนอโดย Australian Miller ในปี ค.ศ. 1887 เป็นเทคนิคการกลั่นน้ำมันดิบ วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการเติมก๊าซคลอรีนลงในทองคำดิบที่หลอมเหลว ทำให้เกิดการเติมคลอรีนในสารเจือปนต่างๆ ตามลำดับ ได้แก่ เหล็ก สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง และเงิน สารเจือปนเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นคลอไรด์และแยกตัวออกจากทองคำ โรงกลั่น Rand ในแอฟริกาใต้ใช้วิธีนี้ในการผลิตทองคำเงิน พวกเขาใส่ทองคำดิบ 500 กิโลกรัมลงในเบ้าหลอมกราไฟต์ที่บุด้วยตะกั่วออกไซด์ เติมก๊าซคลอรีนที่อุณหภูมิ 1423 K ซึ่งทำให้ได้ทองคำที่มีความบริสุทธิ์ 99.5%–99.6%

วิธีการทางเคมีโดยทั่วไปประกอบด้วยสองกระบวนการ ได้แก่ การละลายทองคำและการรีดักชันทองคำ ซึ่งเหมาะสำหรับการกลั่นทองคำดิบในปริมาณน้อยที่มีปริมาณเงินต่ำกว่า 8% โดยทั่วไปทองคำดิบจะถูกละลายโดยใช้กรดกัดทอง (Aqua regia) ทองคำจะละลายในขณะที่เงินยังคงอยู่ในกากในรูปของซิลเวอร์คลอไรด์ ซึ่งแยกออกจากทองคำ จากนั้นทองคำจะถูกรีดักชันออกจากสารละลายที่มีทองคำเป็นองค์ประกอบโดยใช้สารรีดักชัน เช่น กรดออกซาลิก เฟอร์รัสซัลเฟต หรือ SO₂ การรีดักชันด้วยกรดออกซาลิกให้ความสามารถในการเลือกสรรสูงและกระบวนการที่รวดเร็ว ทำให้วิธีการนี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ในระหว่างการรีดักชัน สารละลายที่มีทองคำเป็นองค์ประกอบจะถูกให้ความร้อนถึง 343K โดยควบคุมค่า pH ไว้ที่ 1–1.5 การเติมกรดออกซาลิกจะทำให้ได้ทองคำบริสุทธิ์ 99.9%–99.99% การฝึกฝนวิธีการที่หลากหลายเหล่านี้ในการกลั่นทองคำจากโลหะมีค่าเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตทองคำที่มีความบริสุทธิ์สูง

การกลั่นโลหะกลุ่มแพลตตินัม

การกลั่นโลหะกลุ่มแพลตตินัม (รวมถึงแพลตตินัม แพลเลเดียมโรเดียมอิริเดียมออสเมียมและรูทีเนียม ) จากโลหะมีค่า เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการกลั่นที่ซับซ้อนที่สุด กระบวนการกลั่นโลหะกลุ่มแพลตตินัมโดยทั่วไปประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การละลายของวัสดุ การทำให้บริสุทธิ์ และการกู้คืนโลหะมีค่าโดยการทำให้บริสุทธิ์เป็นจุดสำคัญ วัสดุที่ใช้ในการกลั่นมักเป็นโลหะกลุ่มแพลตตินัมดิบที่ผลิตขึ้นหลังจากการแยก หากวัสดุเป็นของแข็ง จะต้องละลายก่อนจึงจะผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ได้

วิธีการกลั่นโลหะกลุ่มแพลทินัมอาจใช้เทคนิคแบบดั้งเดิม การสกัดด้วยตัวทำละลาย หรือทั้งสองวิธีผสมผสานกัน การกลั่นโลหะกลุ่มแพลทินัมจากโลหะมีค่าสมัยใหม่มักใช้เทคโนโลยีการสกัดด้วยตัวทำละลายที่มีประสิทธิภาพสูง ด้วยการใช้สารเคมีเฉพาะและสภาวะแวดล้อมเฉพาะ วิธีการนี้จึงสามารถแยกโลหะมีค่าออกจากเมทริกซ์ที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผ่านปฏิกิริยาทางเคมีและกระบวนการแยกหลายขั้นตอน โลหะกลุ่มแพลทินัมสามารถบริสุทธิ์ได้ถึง 99.9% หรือสูงกว่า

กระบวนการผลิตโลหะค่อนข้างตรงไปตรงมา ตัวอย่างเช่น เกลือแพลทินัมแอมโมเนียมจะสลายตัวเมื่อเผาที่อุณหภูมิ 633–1073K เพื่อให้ได้แพลทินัมโลหะ เกลือแพลเลเดียม โรเดียม อิริเดียม และรูทีเนียมแอมโมเนียมจะถูกรีดิวซ์โดยไฮโดรเจนระหว่างการเผาเพื่อผลิตโลหะแต่ละชนิด รีเอเจนต์อินทรีย์ เช่น ไฮดราซีนไฮเดรต หรือกรดฟอร์มิก ยังสามารถใช้ในการรีดิวซ์สารละลายเพื่อผลิตผงโลหะที่มีความบริสุทธิ์โดยทั่วไป ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการกลั่นประกอบด้วยโลหะบริสุทธิ์ โลหะบริสุทธิ์สูง โลหะบริสุทธิ์ที่ผ่านการสเปกโทรสโคปิก สารละลายข้น และสารประกอบทางเคมี การทำความเข้าใจวิธีการเฉพาะทางเหล่านี้สำหรับการกลั่นโลหะกลุ่มแพลทินัมจากโลหะมีค่าเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้ประโยชน์จากโลหะหายากและมีมูลค่าสูงเหล่านี้

การกลั่นเงินจากโลหะมีค่า

การกลั่นด้วยไฟฟ้าเป็นวิธีหลักในการกลั่นเงินจากโลหะมีค่า การกลั่นด้วยไฟฟ้า ของเงินซึ่งโมบิอุสจดสิทธิบัตรเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2427 ยังคงเป็นวิธีการกลั่นเงินที่สำคัญที่สุดในโลก กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการแยกด้วยไฟฟ้าทั้งแบบแนวตั้งและแนวนอน โดยที่เงินดิบทำหน้าที่เป็นขั้วบวก กระแสไฟฟ้าตรงจะถูกจ่ายเข้าสู่เซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่มีอิเล็กโทรไลต์ซิลเวอร์ไนเตรต เพื่อละลายขั้วบวกของเงินดิบและตกตะกอนเงินบริสุทธิ์ที่ขั้วลบ

นอกเหนือจากอิเล็กโทรไลซิสแล้วการกลั่นเงินยังสามารถใช้เทคนิคไฮโดรเมทัลลูร์จิคัลได้อีกด้วย ระบบการกลั่นเงินสมัยใหม่สำหรับโลหะมีค่ามักใช้อุปกรณ์ไฮโดรเมทัลลูร์จิคัล ได้แก่ เครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรเมทัลลูร์จิคัล ภาชนะสกัดไทเทเนียม และภาชนะรีดักชันเคลือบ/ไทเทเนียม ระบบเหล่านี้สามารถสกัดและบริสุทธิ์เงินได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การสกัด การกรอง การทำให้บริสุทธิ์ และการตกตะกอน

อีกวิธีหนึ่งในการกลั่นเงินจากโลหะมีค่าคือการแปรรูปทางเคมี ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก ได้แก่ การละลายและการรีดักชัน เงินจะละลายในกรดไนตริกจนเกิดเป็นสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต จากนั้นสารละลายนี้สามารถนำไปบำบัดด้วยสารตกตะกอน เช่น โซเดียมคลอไรด์ จนเกิดตะกอนซิลเวอร์คลอไรด์ หรือรีดักชันให้เป็นเงินโลหะโดยตรงโดยใช้สารรีดักชัน วิธีการรีไซเคิลเงินจากโลหะมี ค่าที่แตกต่างกันเหล่านี้ สามารถเลือกได้ตามขนาดการผลิต ลักษณะของวัตถุดิบ และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ แต่ละวิธีมีรูปแบบการใช้งานและข้อดีเฉพาะของตนเอง