精煉是粗金屬去除雜質(zhì)的提純過程。對于高熔點(diǎn)金屬,精煉還具有致密化作用。有化學(xué)精煉和物理精煉兩大類 。
化學(xué)精煉
為達(dá)到高度提純目的,往往需要化學(xué)精煉和物理精煉,利用雜質(zhì)和主金屬某些化學(xué)性質(zhì)的不同實(shí)現(xiàn)其分離。
1、氧化精煉
利用氧化劑將粗金屬中的雜質(zhì)氧化造渣或氧化揮發(fā)除去的精煉方法,精煉效果及除雜限度不僅與主金屬和雜質(zhì)元素的氧化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能變化(△Go)有關(guān),而且還取決于雜質(zhì)和氧化物的活度。
2、硫化精煉
加入硫或硫化物以除去粗金屬中雜質(zhì)的火法精煉方法。能否適用此法取決于主金屬和雜質(zhì)金屬對硫的親和力。當(dāng)金屬熔體加硫之后,由于主金屬的濃度(活度)比雜質(zhì)金屬大得多,所以首先被硫化生成主金屬硫化物MeS,然后才發(fā)生以下除雜反應(yīng):
MeS+Me′====Me′S+Me
該反應(yīng)能否進(jìn)行決定于硫化物標(biāo)準(zhǔn)生成自由能變化△Go。
反應(yīng)必要條件是Ps2(Me′S)> Ps2(MeS),即主金屬硫化物在給定的條件下的離解壓大于雜質(zhì)硫化物的離解壓,才能形成雜質(zhì)硫化物。如果所形成的各種雜質(zhì)硫化物在熔體中的溶解度小,密度也比主金屬的小,它們便會浮到熔體表面而被除去。粗鉛、粗錫和粗銻加硫除銅、鐵是硫化精煉的典型例子。
3、氯化精煉
通人氯氣或加入氯化物使雜質(zhì)形成氯化物而與主金屬分離的火法精煉方法。該方法是基于氯對雜質(zhì)的親和力大于主金屬,并生成的氯化物不溶或少溶于主金屬為前提條件的。
氯化精煉在粗鉛除鋅,粗鋁除鈉、鈣、氫,粗鉍除鋅,粗錫除鉛等方面都有廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)舉例說明。粗鉛氯化精煉時(shí)是往鉛液中通入氯氣,使鋅形成ZnCl2進(jìn)入浮渣而與鉛分離。此時(shí)鉛也部分被氯化,但又被鋅按下式置換:
PbCl2+Zn====ZnCl2+Pb
因此氯化精煉鉛時(shí),鉛的損失很少。鉛液中其他雜質(zhì),如砷、銻、錫也形成氯化物揮發(fā)而與鉛分離。
4、堿性精煉
向粗金屬熔體加入堿,使雜質(zhì)氧化與堿結(jié)合成渣而被除去的火法精煉方法。方法的實(shí)質(zhì)是在精煉過程中用氧或其他氧化劑(如NaNO3)使雜質(zhì)氧化,然后與加入的堿金屬或堿土金屬化合物溶劑反應(yīng),生成更為穩(wěn)定的鹽(渣)加速反應(yīng)的進(jìn)行,并使反應(yīng)進(jìn)行更加完全。堿性精煉用于粗銅除鎳,粗鉛除砷、銻、錫,粗銻除砷等。