كيفية تنقية المعادن الثمينة

تضمن تنقية المعادن الثمينة ثلاث طرق رئيسية: التنقية الحرارية، والتنقية الهيدروميتالورجية، والتنقية الإلكتروليتية. التنقية الإلكتروليتية تقنية شائعة تستخدم المعدن الخام كقطب موجب ، ورقاقة معدنية عالية النقاء كقطب سالب، ومحلول ملح معدني كإلكتروليت. من خلال التفاعل الكهروكيميائي، يذوب المعدن الخام، ويترسب معدن أنقى عند الكاثود. تُعد هذه الطريقة مناسبة لتنقية معظم المعادن، وتثبت فعاليتها بشكل خاص في تنقية الذهب والفضة والنحاس والرصاص والقصدير وغيرها.

تستخلص أنظمة التكرير الهيدروميتالورجي المعادن الثمينة من الخامات أو الخردة أو السبائك من خلال تفاعلات كيميائية. تشمل المعدات الأساسية عادةً مفاعلات هيدروميتالورجية، وأوعية استخلاص التيتانيوم ، وأوعية اختزال مطلية بالمينا/التيتانيوم. تتميز هذه الطريقة لتكرير المعادن الثمينة بسهولة التشغيل، وانخفاض التكلفة، ومعدلات استخلاص عالية، ما يسمح بمعالجة الخامات منخفضة الجودة والمواد المعقدة.

تتم عملية التكرير المعدني الحراري في ظروف انصهار عالية الحرارة، باستخدام طرق فيزيائية أو كيميائية لإزالة الشوائب من المعادن الخام. ويشمل ذلك عمليات مثل التكرير بالأكسدة، والتكرير بالكبريت، والتكرير بالكلور. أما التكرير بالتقطير فهو نهج آخر، يستغل اختلاف ضغوط بخار المعدن الرئيسي والشوائب من خلال دورات متكررة من التبخر والتكثيف لإزالة الملوثات. ويمكن اختيار ودمج هذه الطرق المتنوعة لتكرير المعادن الثمينة بمرونة بناءً على تركيبة المادة الخام ودرجة النقاء المطلوبة.

كيفية تنقية المعادن الثمينة: الذهب

تشمل الطرق الأساسية لتنقية الذهب من المعادن النفيسة التنقيات الكهربائية، والكلورة عالية الحرارة، والعمليات الكيميائية. تستخدم التنقيات الكهربائية الذهب الخام كقطب موجب، وصفائح الذهب الخالص أو التيتانيوم كقطب سالب. يُمرَّر تيار مستمر إلى محلول مائي من الذهب، مما يؤدي إلى ذوبان قطب الذهب الموجب وترسيب الذهب الخالص على القطب السالب. ابتكر الكيميائي الألماني وورفل هذه الطريقة في القرن التاسع عشر، ولا تزال مستخدمة على نطاق واسع حتى اليوم.

طريقة الكلورة عالية الحرارة، التي اقترحها الأسترالي ميلر عام ١٨٨٧، هي تقنية تكرير خام. تتضمن هذه الطريقة إدخال غاز الكلور في الذهب الخام المنصهر، مما يؤدي إلى كلورة شوائب من الحديد والزنك والرصاص والنحاس والفضة. تتشكل هذه الشوائب من الكلوريدات وتنفصل عن الذهب. تستخدم مصفاة راند في جنوب أفريقيا هذه الطريقة لإنتاج الذهب النقدي. توضع ٥٠٠ كيلوغرام من الذهب الخام في بوتقات من الجرافيت مبطنة بأكسيد الرصاص، ثم تُدخل غاز الكلور عند درجة حرارة ١٤٢٣ كلفن، مما ينتج عنه ذهب بنقاء يتراوح بين ٩٩.٥٪ و٩٩.٦٪.

تتضمن الطرق الكيميائية عادةً عمليتين: إذابة الذهب واختزاله. وهي مناسبة لتكرير كميات صغيرة من الذهب الخام الذي يحتوي على نسبة فضة أقل من 8%. يُذاب الذهب الخام عادةً باستخدام الماء الملكي. يذوب الذهب بينما تبقى الفضة في البقايا على شكل كلوريد الفضة، مفصولة عن الذهب. بعد ذلك، يُختزل الذهب من المحلول الحامل للذهب باستخدام عوامل اختزال مثل حمض الأكساليك، أو كبريتات الحديدوز، أو SO₂. يوفر اختزال حمض الأكساليك انتقائية عالية ومعالجة سريعة، مما يجعله معتمدًا على نطاق واسع. أثناء الاختزال، يُسخن المحلول الحامل للذهب إلى 343 كلفن، مع التحكم في درجة الحموضة بين 1-1.5. تُنتج إضافة حمض الأكساليك نقاء ذهب يتراوح بين 99.9% و99.99%. يُعد إتقان هذه الطرق المتنوعة لتكرير الذهب من المعادن الثمينة أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج ذهب عالي النقاء.

تنقية معادن مجموعة البلاتين

يُعدّ تنقية معادن مجموعة البلاتين (بما في ذلك البلاتين ، والبلاديوم ، والروديوم ، والإيريديوم ، والأوزميوم، والروثينيوم ) من المعادن النفيسة أحد أكثر مجالات تكنولوجيا التكرير تعقيدًا. تتألف عملية تنقية معادن مجموعة البلاتين عمومًا من ثلاث مراحل: إذابة المادة، والتنقية، واستعادة المعادن النفيسة ، مع التركيز بشكل أساسي على التنقية. عادةً ما تكون مواد التكرير معادن خام من مجموعة البلاتين ناتجة عن الفصل. إذا كانت المادة صلبة، فيجب إذابتها أولًا قبل خضوعها للتنقية.

قد تستخدم طرق تنقية معادن مجموعة البلاتين التقنيات التقليدية، أو الاستخلاص بالمذيبات، أو كليهما. وكثيرًا ما تستخدم عمليات التنقية الحديثة لمعادن مجموعة البلاتين من المعادن الثمينة تقنية استخلاص بالمذيبات عالية الكفاءة. وباستخدام كواشف كيميائية وظروف عملية محددة، تفصل هذه الطريقة المعادن الثمينة بفعالية عن مصفوفات معقدة. ومن خلال تفاعلات كيميائية متعددة الخطوات وعمليات فصل، يمكن تنقية معادن مجموعة البلاتين إلى درجة نقاء 99.9% أو أعلى.

عمليات إنتاج المعادن بسيطة نسبيًا. على سبيل المثال، تتحلل أملاح البلاتين الأمونيوم عند التكليس عند درجة حرارة تتراوح بين 633 و1073 كلفن لإنتاج البلاتين المعدني. تُختزل أملاح البلاديوم والروديوم والإيريديوم والروثينيوم الأمونيوم بالهيدروجين أثناء التكليس لإنتاج معادنها الخاصة. كما يمكن استخدام الكواشف العضوية مثل هيدرات الهيدرازين أو حمض الفورميك في الاختزال بالمحاليل لإنتاج مساحيق معدنية ذات نقاء عام. تشمل المنتجات المكررة المعادن النقية، والمعادن عالية النقاء، والمعادن النقية طيفيًا، والرواسب، والمركبات الكيميائية. يُعد فهم هذه الطرق المتخصصة لتكرير معادن مجموعة البلاتين من المعادن الثمينة أمرًا بالغ الأهمية للاستفادة من هذه المعادن النادرة وعالية القيمة.

تنقية الفضة من المعادن الثمينة

التكرير الكهربائي هو الطريقة الأساسية لتكرير الفضة من المعادن النفيسة. وقد سُجِّلت براءة اختراعه لأول مرة على يد موبيوس عام ١٨٨٤، ولا تزال الطريقة السائدة عالميًا لتكرير الفضة. تتضمن هذه العملية إما التحليل الكهربائي الرأسي أو الأفقي، حيث تعمل الفضة الخام كمصعد. يُطبَّق تيار مستمر على خلية كهربائية تحتوي على إلكتروليت نترات الفضة، مما يُذيب أنود الفضة الخام ويرسب فضة أنقى عند المهبط .

بالإضافة إلى التحليل الكهربائي ، يمكن لتكرير الفضة أيضًا استخدام تقنيات الاستخلاص المائي. عادةً ما تستخدم أنظمة تنقية الفضة الحديثة للمعادن الثمينة معدات استخلاص مائية، بما في ذلك مفاعلات الاستخلاص المائي، وأوعية استخلاص التيتانيوم، وأوعية اختزال مطلية/تيتانيوم. تحقق هذه الأنظمة استخلاصًا وتنقية فعّالة للفضة من خلال عمليات مثل الاستخلاص، والترشيح، والتنقية، والترسيب.

هناك طريقة أخرى لتنقية الفضة من المعادن النفيسة، وهي المعالجة الكيميائية، والتي تتضمن عادةً خطوتين رئيسيتين: الإذابة والاختزال. تذوب الفضة في حمض النيتريك لتكوين محلول نترات الفضة. يمكن بعد ذلك معالجة هذا المحلول بعامل ترسيب مثل كلوريد الصوديوم لتكوين راسب كلوريد الفضة، أو اختزاله مباشرةً إلى فضة معدنية باستخدام عامل اختزال. يمكن اختيار هذه الطرق المختلفة لإعادة تدوير الفضة من المعادن النفيسة بناءً على حجم