Kupellaation

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25.5.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Kupellointi ( fr. coupelle ) - pyrometallurginen prosessi , eräänlainen pasutus, mukaan lukien jalometalleja (kulta, platina, hopea) sisältävien mineraalien, malmien, rikasteiden tai metalliseosten kuumennus niiden erottamiseksi tai puhdistamiseksi.

Kupellaation tuloksena saadaan pieniä määriä jalometalleja. Tämä prosessi mahdollistaa puhtaiden jalometallien saamisen malmeista, jotka sisältävät metallisia alkuaineita, kuten esimerkiksi kuparia , lyijyä , sinkkiä , arseenia , antimonia tai vismuttia . Sitä käytetään ei-rautametallien metallurgiassa, määritysanalyysissä . Likaantunut metalli seostetaan lyijyllä - jälkimmäinen imee epäpuhtauksia. Syntynyt lyijyoksidi yhdessä vähemmän jalometallien oksidien kanssa poistetaan huokoisesta upokkaasta. Tämä on tärkeä vaihe hopean sulatusprosessissa. Kultaa ja hopeaa ei kuitenkaan voida erottaa toisistaan tällä tavalla. Käytetään uunia, jossa on kupin muotoinen upokas, jota kutsutaan testiupokkaaksi. Uuni on päällystetty marlilla - huokoisella kalkkikivisavella, joka imee lyijyoksidia ja haihtuu nestemäisestä seoksesta ilmavirran vaikutuksesta. Hapetuksen ja lyijyn oksidin muuttumisen jälkeen lejeeringin pinta saa tyypillisen irisoivan värin.

Sovellukset

Määritysanalyysi hopeapitoisuuden määrittämiseksi lyijymalmeista.
Metalliseosten jalometallipitoisuuden analyysi. (Puhdasta hopeaa on työstetty harvoin. Se on liian pehmeää ja siksi seostettu kuparilla. Koska hopeaseoksessa on valkoista hopeakiiltoa kuparipitoisuuden ollessa jopa 50%, sen hienous, eli puhtaan hopean osuus, ei ole yhtä hyvä helppo tunnistaa.)
Jalometallien käsittely.
Sulava hopea.

Toimenpide

Kupellointi hyödyntää mukana olevien metallien erilaisia happiaffiniteetteja. Jalometalleja , kuten hopeaa ja kultaa, on erittäin vaikea hapettaa. Toisaalta perusmetallit nestemäisessä tilassa hapettuvat erittäin helposti. Tällä tavalla jalometallit voidaan puhdistaa jopa 99,99 %.

Kupellointia varten testattava metalli sulatetaan kupissa olevan noin kaksinkertaisen lyijymassan kanssa niin sanotussa testiuunissa hapettavassa ilmakehässä. Seuraava kemiallinen reaktio tapahtuu:

\mathrm {2Pb+Metalllegierung+O_{2}\rightarrow PbO+unedle\ Metalloxide+Pb+edleMetalle}

Jauhettuun näytteeseen sekoitetaan lyijy(II)oksidia (PbO) ja pelkistysainetta (kuten nokea, puuhiiltä tai jauhoja) jauheena ja juoksutteena (kuten booraksi ) ja sitten kuumennetaan. Oksidipelkistyksessä muodostuva metallilyijy sisältää myös liuennutta jalometallia. Sula metalliseos virtaa alas astian pohjalle. Sitten seos siirretään fonttiin - huokoiseen upokkaaseen , joka on valmistettu esimerkiksi luutuhkasta tai magnesiitista , ja kuumennetaan, jolloin ilma pääsee sisään. Näissä olosuhteissa lyijy hapetetaan uudelleen PbO:ksi. Myös muiden metallien epäpuhtaudet hapettuvat, jotka ovat epäpuhtauksia, esimerkiksi kupari tai tina. Siten jalometallin pitoisuus kasvaa tasaisesti hapettumisen aikana, kunnes kaikki lyijy on muuttunut lyijy(II)oksidiksi ja mukana olevat metallit ovat myös hapettuneet. Oksidisulan pienemmän pintajännityksen ansiosta se imeytyy kulhoon, kun taas jalometalli pysyy pienenä "helmenä" (nestemäisen metallin pisara). Lyijyä voidaan valmistaa lyijyoksidista sulattamalla pelkistävässä ilmakehässä. Osa lyijyä, joka vuotaa lyijyoksidikaasuna tai lyijyhöyrynä, kuitenkin katoaa.

Kulho (fontti) on upokkaan kaltainen astia, mutta valmistettu huokoisesta materiaalista. Hapetusprosessit kiihtyvät johtuen paljon suuremmasta sulatteen pinnasta, toisin kuin perinteisessä upokkaassa. Kulhot on valmistettu kasvituhkasta, luutuhkasta ja magnesiumoksidista kemiallisen reaktion estämiseksi lyijyoksidin kanssa. Agricola raportoi myös tarpeesta hehkuttaa fontti ennen käyttöä, jotta lyijy ei irtoa sulaessaan.

Hopean louhinta lyijymalmeista

Alkuperäinen hopea on harvinainen alkuaine, vaikka se on olemassa sellaisenaan. Sitä esiintyy yleensä luonnossa yhdistelmänä muiden metallien kanssa tai hopeayhdisteitä sisältävissä mineraaleissa - yleensä sulfidien, kuten galeenin ( lyijysulfidi) tai cerussiitin (lyijykarbonaatti), muodossa. Siten primaarisen hopean tuotanto vaatii hopeapitoisten lyijymalmien sulattamista ja sitten kupellointia.

Malmit, kuten galeenat (PbS), pasutetaan ensin, jotta ne muunnetaan rikkiyhdisteestä lyijyoksidiksi . Jos lyijyoksidi pelkistetään, muodostuu mustaa lyijyä ( Werckbley ). Raaka lyijy sisältää usein 0,01-1 % hopeaa.

Lyijy(II)oksidia voidaan saada ohjaamalla ilmavirta sulan lyijyn yli:

\mathrm {2\,Pb+O_{2}\rightarrow 2\,PbO}

Tämä reaktio on kupellaation perusta, jonka sivutuotteena on lyijy(II)oksidi. Sitä muodostuu myös paahdettaessa lyijyä sisältäviä malmeja, kuten galenia :

\mathrm {2\ PbS+3\ O_{2}\rightarrow 2\,PbO+2\ SO_{2))

Lyijy sulaa 327 °C:ssa, lyijyoksidi 888 °C:ssa ja hopea 960 °C. Hopean erottamiseksi seos sulatetaan uudelleen korkeassa lämpötilassa 960 °C - 1000 °C hapettavassa ympäristössä. Lyijy hapettuu lyijymonoksidiksi, joka tunnetaan nimellä litharge, joka vangitsee happea muista läsnä olevista metalleista. Nestemäinen lyijyoksidi poistetaan tai imeytyy kapillaaritoiminnan kautta vuoraukseen.

Tarvittaessa lisärikastusvaiheiden jälkeen lyijy-hopea-seos puhdistetaan. Käyntitoimintojen aikana seos sulatetaan käyntiuunissa. Sula puhdistetaan ilmalla. Lyijy hapettuu lyijy(II)oksidiksi. Toisaalta hopea jalometallina ei hapetu. Kelluva lyijyoksidi muodostaa mattakerroksen sulatteeseen. Tämä kerros poistetaan tai imeytyy jatkuvasti erityisesti valmistettuihin upokkaan seinämiin. Lopuksi muodostuu vain hyvin ohut välkkyvä oksidikalvo. Oksidikalvon rikkoutuessa näet jäljellä olevan nestemäisen hopean.

Kumelointituotteiden kierrätys

Kuppaamalla saatu hopea saattoi sisältää myös merkittävän kultaseoksen. Ensimmäinen kullanjalostustekniikka on suolan jalostus (suolasementointi).

Suolasementointi on melko yksinkertaista. Kullan ja hopean seoksen lisäksi astiaan lisätään vähän poltettua savea tai vanhaa tiilipölyä, suolaa ja juuri sen verran virtsaa, että se kaikki kostutetaan. Suljettu astia pidetään lämmitettynä, mutta ei niin kuumana, että se sulaa kultaa, eli alle 1000 °C:ssa.

Kuumennettaessa piidioksidin ja alumiinioksidin (joita löytyy savesta/tiilipölystä) läsnä ollessa, suola hajoaa muodostaen suolahappoa ja klooria. Virtsan happamuus edistää tätä hajoamista. Kloorivetyhappo reagoi tässä reaktiossa hopean kanssa muodostaen hopeakloridia, joka erotetaan kullasta. Kun näin tapahtuu, reaktiotuotteet ovat haihtuvia, joten on tärkeää pitää astia suljettuna. Noin 24 tunnin kuluttua kulta ei sisällä lähes lainkaan hopeaa, jonka puhtaus on noin 90 % tai korkeampi. Poistamalla kullan on mahdollista muuttaa hopeakloridi takaisin hopeaksi, jolloin saadaan kaksi erillistä puhdistettua jalometallinäytettä.

Historia

Ensimmäinen tunnettu hopeaa käytettiin Lähi-idässä, Anatoliassa ja Mesopotamiassa 4. vuosituhannella eKr. Arkeologisia hopea- ja lyijyesineitä sekä keksejä ja kuonaa on tutkittu monilla alueilla, ja metallurgiset analyysit osoittavat, että tuolloin ihminen loi jo luottavaisesti hopeaa lyijymalmeista, joten tämä menetelmä olisi voinut olla tiedossa jo aikaisemmin. Muinaisessa Egyptissä tunnettiin menetelmä kullan ja hopean erottamiseksi lyijylejeeringistä kupellaation avulla. Kupellointi suoritettiin saviupokoissa, joihin lisättiin lyijyä [1] ja salpeteria [2] . Seuraavan rautakauden aikana kupellointi suoritettiin sulattamalla hajoaneita metalleja lyijyä lisäämällä; tästä sulatuksesta saatu harkko kuumennettiin sitten uunissa jalometallien erottamiseksi. Joistakin kaivoksista - Rio Tintossa , lähellä Huelvaa Espanjassa ja Lavrian kaivoksista Kreikassa - on tullut poliittisesti ja taloudellisesti tärkeitä kohteita koko Välimerellä. Noin 500 eaa e. V. Lavrialaisten kaivosten hallinta antoi Ateenalle poliittisen edun ja vallan Välimerellä, minkä ansiosta he pystyivät kukistamaan persialaiset.

Muinaisen Rooman aikoina valtakunta tarvitsi suuria määriä lyijyä tukeakseen roomalaista sivilisaatiota suurella alueella. Roomalaiset olivat innokkaita avaamaan lyijy-hopeakaivoksia millä tahansa valloittamansa alueella. Hopeakolikoista tuli yleinen vaihtoväline, joten hopean tuotannon ja louhinnan hallinta antoi Roomalle taloudellisen ja poliittisen vallan. Lyijymalmit olivat Rooman valtakunnan aikana louhimisen arvoisia, jos niiden hopeapitoisuus oli 0,01 % tai enemmän.

Katso myös

Kirjallisuus

G. Agricola : De re metallica , 1556.
P. T. Craddock: Mining and Production of Early Metals, s. 205 ja sen jälkeen, 1995.
Marcos Martinon-Torres, Thilo Rehren, Sigrid von Osten: 1500-luvun laboratorio 2000-luvun laboratoriossa: Oberstokstalin (Kirchberg am Wagram, Itävalta) laboratoriolaitteiden arkeometrinen tutkimus. Kirjassa. : Antiikki. Nauha 77, nro. 298, syyskuu 2003 (verkossa - koko teksti).
E. Pernicka / G. Wagner: Thassos ei-rautametallien ja jalometallien raaka-aineena antiikin aikana, DER ANSCHNITT, Liite 6, s. 224-231, Association of Art and Culture in Mining eV, Bochum 1988, ISBN 3 -921533-40 -6
Theophilus Presbyter : De diversis artibus. 12. vuosisadalla
T. Zimmermann: Varhaisimmista lyijyn ja jalometallien löydöistä Anatoliassa - ajatuksia kontekstista ja teknologiasta. Der Anschnitt, osa 57, s. 5-6. Saksan kaivosmuseo, Bochum, 2005.

Muistiinpanot

↑ Ph.D. T.I. Majakova. Määritysanalyysi: antiikin maailmasta nykypäivään. Yleiskatsaus // Gold Mining: Journal. - 2007. - joulukuu ( nro 97 ). Arkistoitu alkuperäisestä 21. huhtikuuta 2021.
↑ Kemian historia // Wikipedia. - 2020-11-04. (Venäjän kieli)