Metalurgi ekstraktif
Setelah pemisahan dan konsentrasi dengan pemrosesan mineral, mineral logam mengalami metalurgi ekstraktif, di mana elemen logamnya diekstraksi dari bentuk senyawa kimia dan dimurnikan dari pengotor.
Senyawa logam sering kali merupakan campuran yang cukup kompleks (yang diolah secara komersial sebagian besar adalah sulfida, oksida, karbonat, arsenida, atau silikat), dan mereka tidak sering kali merupakan jenis yang memungkinkan ekstraksi logam dengan proses yang sederhana dan ekonomis. Akibatnya, sebelum metalurgi ekstraktif dapat mempengaruhi pemisahan elemen logam dari konstituen lain dari suatu senyawa, sering kali harus mengubah senyawa tersebut menjadi jenis yang lebih mudah diolah. Praktik yang umum dilakukan adalah mengubah sulfida logam menjadi oksida, sulfat, atau klorida; oksida menjadi sulfat atau klorida; dan karbonat menjadi oksida.
Proses yang mencapai semua ini dapat dikategorikan sebagai pirometalurgi atau hidrometalurgi. Pirometalurgi melibatkan operasi pemanasan seperti pemanggangan, di mana senyawa diubah pada suhu tepat di bawah titik lelehnya, dan peleburan, di mana semua konstituen bijih atau konsentrat dilebur seluruhnya dan dipisahkan menjadi dua lapisan cair, satu mengandung logam berharga dan yang lainnya adalah batuan buangan. Hidrometalurgi terdiri dari operasi seperti pelindian, di mana senyawa logam dilarutkan secara selektif dari bijih oleh pelarut berair, dan electrowinning, di mana ion logam diendapkan pada elektroda oleh arus listrik yang dilewatkan melalui larutan.
Ekstraksi sering kali diikuti dengan pemurnian, di mana tingkat pengotor diturunkan atau dikontrol dengan cara pirometalurgi, elektrolitik, atau kimiawi. Pemurnian pirometalurgi biasanya terdiri dari oksidasi pengotor dalam penangas cairan bersuhu tinggi. Elektrolisis adalah pelarutan logam dari satu elektroda sel elektrolitik dan pengendapannya dalam bentuk yang lebih murni ke elektroda lainnya. Pemurnian kimia melibatkan kondensasi logam dari uap atau pengendapan logam secara selektif dari larutan air.
Proses yang akan digunakan dalam ekstraksi dan pemurnian dipilih agar sesuai dengan pola keseluruhan, dengan produk dari proses pertama menjadi bahan umpan proses kedua, dan seterusnya. Proses hidrometalurgi, pirometalurgi, dan elektrolitik sangat umum digunakan satu demi satu dalam pengolahan logam tunggal. Pilihannya tergantung pada beberapa kondisi. Salah satunya adalah bahwa jenis senyawa logam tertentu dapat diekstraksi dengan mudah dengan metode tertentu; misalnya, oksida dan sulfat mudah larut dalam larutan pelindian, sedangkan sulfida hanya sedikit larut. Kondisi lainnya adalah tingkat kemurnian, yang dapat bervariasi dari satu jenis ekstraksi ke jenis lainnya.
Produksi seng menggambarkan hal ini, di mana logam seng yang dihasilkan oleh retort pirometalurgi atau operasi tanur tiup adalah 98 persen murni, dengan jejak timbal, besi, dan kadmium. Hal ini cukup memadai untuk menggembleng, tetapi kemurnian yang lebih disukai untuk die-casting (99,99 persen) harus diperoleh secara hidrometalurgi, dari elektrolisis larutan seng sulfat. Yang juga harus dipertimbangkan dalam memilih metode pemrosesan adalah pemulihan pengotor tertentu yang mungkin memiliki nilai sebagai produk sampingan. Salah satu contohnya adalah pemurnian tembaga: pemurnian pirometalurgi dari tembaga lepuh menghilangkan banyak pengotor, tetapi tidak memulihkan atau menghilangkan perak atau emas; namun, logam-logam mulia dipulihkan melalui pemurnian elektrolitik berikutnya.
Pirometalurgi
Dua proses pirometalurgi yang paling umum, baik dalam ekstraksi maupun pemurnian, adalah oksidasi dan reduksi. Dalam oksidasi, logam yang memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen secara selektif bergabung dengannya untuk membentuk oksida logam; ini dapat diolah lebih lanjut untuk mendapatkan logam murni atau dapat dipisahkan dan dibuang sebagai produk limbah. Reduksi dapat dipandang sebagai kebalikan dari oksidasi. Dalam proses ini, senyawa oksida logam dimasukkan ke dalam tungku bersama dengan zat pereduksi seperti karbon. Logam melepaskan oksigen gabungannya, yang bergabung kembali dengan karbon untuk membentuk oksida karbon baru dan meninggalkan logam dalam bentuk yang tidak tercampur.
Reaksi oksidasi dan reduksi bersifat eksotermis (melepaskan energi) atau endotermis (menyerap energi). Salah satu contoh reaksi eksotermik adalah oksidasi besi sulfida (FeS) untuk membentuk oksida besi (FeO) dan gas sulfur dioksida (SO2):
Proses ini mengeluarkan panas dalam jumlah besar melebihi yang dibutuhkan untuk memulai reaksi. Salah satu reaksi endotermik adalah reduksi peleburan seng oksida (ZnO) oleh karbon monoksida (CO) untuk menghasilkan logam seng (Zn) dan karbon dioksida (CO2):
Agar reaksi ini dapat berjalan dengan kecepatan yang wajar, panas eksternal harus disuplai untuk mempertahankan suhu pada 1.300 hingga 1.350 ° C (2.375 hingga 2.450 ° F).
Pemanggangan
Seperti yang dinyatakan di atas, untuk kasus-kasus di mana senyawa yang mengandung logam tidak dalam bentuk kimia yang memungkinkan logam tersebut dapat dihilangkan dengan mudah dan ekonomis, pertama-tama perlu untuk mengubahnya menjadi senyawa lain. Perlakuan awal yang biasa digunakan untuk melakukan hal ini adalah pemanggangan.
Proses
Ada beberapa jenis pemanggangan yang berbeda, masing-masing dimaksudkan untuk menghasilkan reaksi tertentu dan menghasilkan produk panggang (atau kalsinasi) yang sesuai untuk operasi pemrosesan tertentu yang akan dilakukan. Prosedur pemanggangan adalah:
1. Pemanggangan oksidasi, yang menghilangkan semua atau sebagian sulfur dari senyawa logam sulfida, menggantikan sulfida dengan oksida. (Sulfur yang dihilangkan keluar sebagai gas sulfur dioksida.) Pemanggangan oksidator bersifat eksotermis.
2. Panggang sulfat, yang mengubah logam tertentu dari sulfida menjadi sulfat. Panggang sulfat bersifat eksotermik.
3. Panggang pereduksi, yang menurunkan status oksida atau bahkan sepenuhnya mereduksi oksida menjadi logam. Panggang pereduksi bersifat eksotermik.
4. Panggang kloridasi, atau klorinasi, yang mengubah oksida logam menjadi klorida dengan memanaskannya dengan sumber klorin seperti gas klorin, gas asam klorida, amonium klorida, atau natrium klorida. Reaksi-reaksi ini bersifat eksotermik.
5. Panggang penguapan, yang menghilangkan oksida yang mudah menguap dengan mengubahnya menjadi gas.
6. Kalsinasi, di mana bahan padat dipanaskan untuk menghilangkan karbon dioksida atau air yang digabungkan secara kimiawi. Kalsinasi adalah reaksi endotermik.
Pemanggang
Setiap proses di atas dapat dilakukan dalam pemanggang khusus. Jenis yang paling umum digunakan adalah fluidized-bed, multiple-hearth, flash, chlorinator, rotary kiln, dan mesin sintering (atau blast roaster).
Pemanggang unggun terfluidisasi (lihat gambar) telah diterima secara luas karena kapasitas dan efisiensinya yang tinggi. Alat ini dapat digunakan untuk mengoksidasi, mensulfatasi, dan menguapkan daging panggang. Pemanggang adalah cangkang baja silinder tegak berlapis tahan api dengan bagian bawah jeruji yang melaluinya udara dihembuskan dalam volume yang cukup untuk menjaga partikel umpan yang halus dan padat tetap berada dalam suspensi dan memberikan kontak padat-gas yang sangat baik. Umpan bijih dapat dimasukkan dalam keadaan kering atau sebagai suspensi air melalui pipa bawah ke dalam zona lapisan turbulen pemanggang. Pembuangan kalsin yang dipanggang dilakukan melalui pipa luapan samping.
Pemanggang dengan banyak perapian juga telah diterima secara luas karena dapat digunakan untuk proses oksidasi, sulfatisasi, kloridasi, penguapan, reduksi, dan kalsinasi. Pemanggang adalah cangkang baja silinder vertikal berlapis tahan api yang di dalamnya ditempatkan sejumlah perapian tahan api yang ditumpangkan. Poros tengah yang berputar perlahan memutar lengan rakyat jelata di setiap perapian untuk mengaduk bahan pemanggang dan mendorongnya ke dalam lubang jatuh yang mengarah ke perapian di bawahnya. Bahan pakan dimasukkan ke perapian atas, dan, karena mengikuti jalur zig-zag melintasi perapian dan ke bawah, bahan tersebut bertemu dengan aliran gas yang naik yang mempengaruhi pemanggangan. Kalsin dibuang dari perapian bawah.
Pemanggang flash hanya digunakan untuk mengoksidasi daging panggang dan, pada dasarnya, merupakan pemanggang dengan banyak perapian dengan perapian tengah dihilangkan. Desain ini muncul dengan kesadaran bahwa sebagian besar oksidasi terjadi karena partikel-partikelnya benar-benar jatuh dari perapian ke perapian.
Diagram skematik dari pemanggang unggun terfluidisasi.
Klorinator digunakan untuk memanggang oksida menjadi klorida. Mereka adalah cangkang baja melingkar tinggi yang dilapisi dengan bata tahan api untuk mencegah serangan klorin pada baja. Bagian atas setiap klorinator memiliki hopper tertutup untuk pengisian umpan secara berkala, dan klorin gas atau cair ditambahkan di bagian bawah unit. Panas disuplai oleh hambatan listrik melalui dinding cangkang dan oleh reaksi eksotermik yang mungkin terjadi. Produk tergantung pada reaksi kloridasi yang terjadi, dengan magnesium diklorida, misalnya, terbentuk sebagai cairan encer dan titanium tetraklorida keluar sebagai gas.
Kalsinasi karbonat menjadi oksida dilakukan dalam tanur putar horisontal, yang merupakan cangkang bundar baja ringan yang dilapisi dengan bahan tahan api dan memiliki panjang 10 hingga 12 kali diameter. Dengan kemiringan sedikit ke bawah dari ujung umpan ke ujung pembuangan, kiln berputar secara perlahan sementara pembakar berbahan bakar yang terletak di dalam kiln menyediakan panas yang dibutuhkan.
Mesin sintering, atau pemanggang ledakan, dapat melakukan pemanggangan oksidasi atau reduksi dan kemudian menggumpalkan kalsinasi yang dipanggang, atau dapat digunakan untuk aglomerasi saja. (Aglomerasi adalah peleburan bahan umpan halus menjadi potongan yang lebih besar yang dapat dimasukkan ke dalam tanur sembur atau retort, sehingga menghilangkan masalah kehilangan umpan halus dalam semburan udara panas). Reaksi oksidasi atau reduksi bersifat eksotermik, tetapi agar aglomerasi saja dapat dilakukan, bahan bakar seperti kokas halus harus dicampur dengan muatan.
Mesin sintering terdiri dari sabuk tak berujung dari palet logam yang bergerak dengan dasar parut di mana muatan umpan halus disebarkan dan dilewatkan di bawah pembakar. Saat muatan menyala, palet melewati kotak angin hisap, sehingga udara yang ditarik melalui lapisan umpan menyebabkan pembakaran (yaitu, oksidasi) sulfur atau karbon berlanjut dari atas ke bawah. Karena suhunya tinggi dan tidak ada agitasi pada umpan, fusi parsial terjadi pada permukaan partikel, membuat mereka saling menempel dalam bentuk klinker berpori dan seluler yang dikenal sebagai sinter.
Peleburan
Peleburan adalah proses yang membebaskan unsur logam dari senyawanya sebagai logam cair yang tidak murni dan memisahkannya dari bagian batuan buangan yang menjadi terak cair. Ada dua jenis peleburan, yaitu peleburan reduksi dan peleburan matte. Dalam peleburan reduksi, muatan logam yang dimasukkan ke dalam smelter dan terak yang terbentuk dari proses tersebut adalah oksida; dalam peleburan matte, terak adalah oksida sedangkan muatan logam adalah kombinasi sulfida logam yang meleleh dan bergabung kembali untuk menghasilkan sulfida logam yang homogen yang disebut matte.
Peleburan reduksi
Banyak jenis tungku yang digunakan untuk peleburan reduksi. Blast furnace secara universal digunakan dalam mereduksi senyawa seperti oksida besi, oksida seng, dan oksida timbal, meskipun ada perbedaan besar antara desain tungku yang digunakan dalam setiap kasus. Besi, yang ditemukan secara alami dalam bijih oksida hematit dan magnetit, dilebur dalam tanur tiup yang tinggi, melingkar, dan tertutup (lihat gambar). Umpan sinter atau pelet yang terdiri dari kokas (untuk bahan bakar), batu kapur (sebagai fluks untuk pembuatan terak), dan oksida besi dimasukkan ke dalam bagian atas tanur melalui lonceng ganda atau saluran yang berputar, dan udara panas dihembuskan melalui nozel, atau tuyeres, yang berada di dekat bagian bawah tanur. Dalam reaksi pembakaran berikutnya, oksigen di udara bergabung dengan karbon dalam kokas, menghasilkan panas yang cukup untuk melelehkan muatan tungku dan membentuk karbon monoksida, yang pada gilirannya mengurangi oksida besi menjadi besi metalik. Tungku disegel untuk mencegah keluarnya gas karbon monoksida, yang kemudian diambil dan dibakar sebagai bahan bakar untuk memanaskan udara tuyere. Di dalam perapian di bagian bawah tungku, terak cair dan besi terkumpul dalam dua lapisan, terak yang lebih ringan di bagian atas. Keduanya secara berkala dibuang, terak dibuang dan besi dimurnikan menjadi baja.
Tanur sembur dan kompor sembur panas
Tanur sembur seng juga merupakan tungku tertutup, dengan muatan oksida seng sinter dan kokas yang dipanaskan terlebih dahulu yang ditambahkan melalui bel pengisian tertutup. Tungku ini berbentuk persegi panjang, dengan poros yang lebih pendek dari tanur tiup besi. Semburan udara panas melalui tuyeres menyediakan oksigen untuk membakar kokas untuk mendapatkan panas dan memasok gas pereduksi karbon monoksida. Seng yang telah tereduksi keluar dari tungku sebagai uap, dan ini dialirkan ke bak penyemprotan timbal cair dan dikondensasikan menjadi logam seng cair. Terak dan timbal yang ada di dalam muatan disadap sebagai cairan dari perapian tungku. (Untuk ilustrasi tanur tiup timbal-seng, lihat gambar).
Tanur sembur
Tanur tiup timbal memiliki ukuran dan bentuk yang serupa dengan tanur tiup seng, namun bukan merupakan tanur tertutup, dan tidak menggunakan udara tuyere yang telah dipanaskan sebelumnya. Muatan sinter oksida timbal, kokas, dan fluks dituangkan ke dalam bagian atas tungku yang terbuka, dan atmosfer pereduksi yang kuat di dalam poros tungku mereduksi oksida menjadi logam. Timbal cair dan terak terkumpul dalam dua lapisan di perapian tungku, dengan timbal di lapisan bawah dan terak di atas.
Dua proses yang lebih baru untuk reduksi langsung konsentrat timbal sulfida yang belum dipanggang adalah QSL (Queneau-Schuhmann-Lurgi) dan KIVCET (singkatan dari bahasa Rusia yang berarti "peleburan kilat-siklon-oksigen-listrik"). Di dalam reaktor QSL, injeksi oksigen terlindung yang terendam mengoksidasi timbal sulfida menjadi logam timbal, sedangkan KIVCET adalah jenis tungku peleburan kilat di mana konsentrat timbal sulfida yang telah dikeringkan digabungkan dengan oksigen di dalam sebuah poros untuk menghasilkan logam timbal.
Peleburan matte
Tujuan utama peleburan matte adalah untuk melebur dan menggabungkan kembali muatan ke dalam matte yang homogen dari logam tembaga, nikel, kobalt, dan sulfida besi serta menghasilkan terak besi dan silikon oksida. Hal ini dilakukan di banyak jenis tungku pada bahan baku sulfida yang dipanggang maupun yang tidak dipanggang.
Tungku gema pada dasarnya adalah kotak bata tahan api persegi panjang yang dilengkapi dengan pembakar dinding ujung untuk menyediakan panas untuk peleburan. Tungku ini relatif tidak berisik, dan tidak mengeluarkan banyak umpan halus (yang ditambahkan melalui lubang atap) dengan gas buang. Matte disadap secara berkala dari lubang tengah, sementara terak mengalir terus menerus di ujung cerobong tungku. Tombak oksigen yang dimasukkan melalui atap, atau oksigen yang ditambahkan melalui pembakar, dapat meningkatkan kapasitas peleburan secara signifikan.
Tungku listrik mirip dengan tungku gema kecuali untuk metode pemanasan - dalam hal ini deretan elektroda yang diproyeksikan melalui atap ke dalam lapisan terak di perapian tungku dan pemanasan dengan resistansi.
Peleburan kilat merupakan perkembangan yang relatif baru yang telah diterima di seluruh dunia. Ini adalah proses autogenous, menggunakan oksidasi sulfida dalam muatan yang tidak dipanggang untuk memasok panas yang dibutuhkan untuk mencapai suhu reaksi dan melelehkan bahan umpan. Tungku yang paling banyak digunakan memiliki poros reaksi vertikal di salah satu ujung perapian yang panjang dan mengendap rendah dan poros penyerapan gas vertikal di ujung lainnya. Umpan yang halus dan belum dipanggang ditiupkan ke dalam poros reaksi bersama dengan udara yang telah dipanaskan sebelumnya; ini bereaksi secara instan, dan tetesan cairan jatuh ke perapian pengendapan, terpisah menjadi lapisan terak dan matte. Gas buangan, yang mengandung sulfur dioksida yang tinggi, sangat ideal untuk proses pemulihan sulfur.
Tahap kedua dari peleburan matte adalah mengubah sulfida menjadi logam. Selama bertahun-tahun bejana standar untuk operasi ini adalah konverter Peirce-Smith. Ini adalah drum baja horisontal yang dapat diputar, berlapis tahan api, dengan bukaan di bagian tengah atas untuk pengisian dan pengosongan, serta sederet tuyere di bagian belakangnya yang melaluinya udara, udara yang diperkaya oksigen, atau oksigen dapat dihembuskan ke dalam penangas cairan. Matte cair dari tungku peleburan dituangkan ke dalam konverter, setelah itu gas dihembuskan melalui tuyere untuk mengoksidasi besi terlebih dahulu dan kemudian belerang. Belerang keluar sebagai gas sulfur dioksida dan besi sebagai terak oksida besi, meninggalkan logam setengah murni. Panas yang cukup besar dihasilkan oleh reaksi eksotermik ini, menjaga cairan rendaman dan mempertahankan suhu reaksi yang diperlukan.
Proses yang lebih baru memanfaatkan evolusi panas eksotermis untuk menyelesaikan peleburan sulfida yang belum dipanggang dan konversi matte dalam satu operasi gabungan. Proses-proses tersebut adalah proses Noranda, TBRC (konverter rotari top-blown), dan Mitsubishi. Reaktor Noranda adalah tungku silinder horisontal dengan cekungan di bagian tengah tempat logam terkumpul dan perapian yang ditinggikan di salah satu ujungnya tempat terak dialirkan. Konsentrat sulfida yang belum dipanggang dalam bentuk pelet dituangkan ke dalam penangas cair di salah satu ujungnya, di mana tuyeres menginjeksikan campuran udara-oksigen. Hal ini menyebabkan terjadinya aksi pencampuran yang intens yang membantu proses peleburan, peleburan, dan oksidasi, yang mengikuti satu sama lain secara berurutan, dengan memanfaatkan panas eksotermik.
TBRC juga berbentuk silinder tetapi miring 17° ke arah horizontal, memiliki mulut terbuka di ujung atas untuk pengisian dan penuangan, dan berputar dengan kecepatan 5 hingga 40 putaran per menit. Tombak yang dimasukkan melalui mulut dapat memberikan kombinasi oksigen, udara, atau gas alam untuk menabrak rendaman cair dan menciptakan kondisi yang diperlukan untuk peleburan dan oksidasi. Kombinasi hembusan permukaan dan rotasi bath meningkatkan kinerja konverter. Proses Mitsubishi adalah operasi konversi peleburan kontinu yang menggunakan tiga tungku stasioner secara seri. Tungku pertama adalah untuk peleburan, dengan tombak oksigen dan pembakar berbahan bakar dimasukkan melalui atap. Terak dan matte mengalir dari sini ke tungku pembersih terak (dipanaskan dengan busur listrik), dan matte bermutu tinggi mengalir dari sini ke tungku pengubah, di mana udara yang diperkaya oksigen dihembuskan ke dalam bak mandi melalui tombak atap. Panas eksotermis yang dihasilkan di sini cukup untuk menjaga agar rendaman tetap berada pada suhu reaksi.
Peleburan elektrolitik
Peleburan juga dilakukan dengan disosiasi elektrolitik, pada suhu tinggi, dari senyawa klorida logam cair (seperti yang dilakukan dengan magnesium) atau bubuk oksida logam yang dilarutkan dalam elektrolit cair (seperti yang dilakukan dengan aluminium). Dalam setiap kasus, arus listrik dialirkan melalui rendaman untuk memisahkan senyawa logam; logam yang dilepaskan terkumpul di katoda, sementara gas dilepaskan di anoda.
Sel peleburan magnesium terdiri dari panci baja yang berfungsi sebagai katoda; dua baris elektroda grafit dimasukkan melalui penutup tahan api sebagai anoda. Elektrolitnya adalah campuran klorida, dengan magnesium klorida sebanyak 20 persen, dan sel dipertahankan pada suhu 700 ° C (1.300 ° F). Aliran arus memecah magnesium klorida menjadi gas klorin dan logam magnesium, yang masing-masing menuju ke anoda dan katoda.
Dalam proses peleburan Hall-Héroult, senyawa aluminium oksida yang hampir murni yang disebut alumina dilarutkan pada suhu 950 °C (1.750 °F) dalam elektrolit cair yang terdiri dari aluminium, natrium, dan fluor; ini dielektrolisis untuk menghasilkan logam aluminium di katoda dan gas oksigen di anoda. Sel peleburan adalah kotak baja berlapis karbon, yang berfungsi sebagai katoda, dan sederet elektroda grafit yang dimasukkan ke dalam rendaman berfungsi sebagai anoda.
Pemurnian
Pemurnian adalah prosedur terakhir untuk menghilangkan (dan sering kali memulihkan sebagai produk sampingan) sejumlah kecil pengotor yang tersisa setelah langkah-langkah ekstraksi utama selesai. Prosedur ini meninggalkan unsur logam utama dalam keadaan murni untuk aplikasi komersial. Prosedur ini dilakukan dengan tiga cara: pemurnian dengan api, elektrolitik, atau dengan metode kimia.
Pemurnian dengan api
Besi, tembaga, dan timbal dimurnikan dengan api melalui oksidasi selektif. Dalam proses ini, oksigen atau udara ditambahkan ke dalam logam cair yang tidak murni; pengotor teroksidasi sebelum logam dan dibuang sebagai terak oksida atau gas oksida yang mudah menguap.
Sebuah toko tungku oksigen dasar.
Tungku oksigen dasar (BOF) adalah bejana yang digunakan untuk mengubah besi kasar, yang terdiri dari sekitar 94 persen besi dan 6 persen pengotor gabungan seperti karbon, mangan, dan silikon, menjadi baja dengan sedikitnya 1 persen pengotor gabungan. BOF adalah unit berbentuk buah pir besar yang dapat dimiringkan untuk mengisi dan menuangkan. Besi cair tanur sembur dan potongan baja dimasukkan ke dalam tungku; kemudian diputar ke posisi tegak dan tombak dimasukkan untuk meniupkan gas oksigen bertonase tinggi ke dalam rendaman. Reaksi oksidasi terjadi dengan cepat, dengan silikon dan mangan teroksidasi terlebih dahulu dan bergabung membentuk terak oksida, kemudian karbon teroksidasi menjadi gas karbon monoksida dan terbakar menjadi karbon dioksida saat meninggalkan mulut tungku. Reaksi ini sangat eksotermis dan menjaga bejana tetap pada suhu reaksinya tanpa ada panas eksternal atau bahan bakar yang ditambahkan.
Tembaga melepuh yang diproduksi konverter dan timah tanur sembur juga diolah dengan pemurnian api, dengan kedua proses tersebut bergantung pada afinitas yang lebih lemah terhadap oksigen dari logam dibandingkan dengan pengotor yang dikandungnya. Tembaga cair dalam tungku tipe reverberatory kecil memiliki udara bertekanan yang dihembuskan ke dalamnya melalui pipa-pipa baja di bawah permukaan. Hal ini mengoksidasi seng, timah, besi, timbal, arsenik, antimon, dan belerang; belerang keluar sebagai gas belerang dioksida, sementara pengotor lainnya membentuk terak oksida yang disaring. Timah dimurnikan dengan cara yang hampir sama, yaitu dengan meniupkan udara bertekanan ke dalam rendaman timah cair dan pengotor utama berupa timah, antimon, dan arsenik teroksidasi sesuai dengan urutannya, naik ke permukaan sebagai skim dan dikikis.
Operasi pemurnian dengan api lainnya menggunakan distilasi fraksional. Dengan metode ini, logam seng dengan kemurnian 98 persen dapat ditingkatkan menjadi 99,995 persen. Pengotor utama dalam seng tanur sembur adalah timbal dan kadmium, dengan titik didih timbal pada suhu 1.744°C (3.171°F), seng pada suhu 907°C (1.665°F), dan kadmium pada suhu 765°C (1.409°F). Pada tahap pertama, seng dan kadmium direbus, menyisakan timbal cair, dan pada tahap kedua, kadmium direbus untuk menyisakan logam seng dengan kemurnian tinggi.
Pemurnian elektrolitik
Metode ini menghasilkan produk logam dengan kemurnian tertinggi serta pemulihan terbaik dari pengotor-pengotor yang berharga. Metode ini digunakan untuk tembaga, nikel, timbal, emas, dan perak. Logam yang akan dimurnikan dilemparkan ke dalam lempengan, yang menjadi anoda sel elektrolitik; lembaran logam lainnya adalah katoda. Kedua elektroda dicelupkan ke dalam elektrolit berair yang mampu menghantarkan arus listrik. Saat arus listrik dialirkan ke sel, ion logam larut dari anoda dan mengendap di katoda. Lumpur tak larut yang tertinggal di dalam sel diolah untuk mendapatkan kembali logam-logam produk sampingan yang berharga.
Pemurnian kimia
Contoh pemurnian kimia adalah proses nikel karbonil, di mana logam nikel yang tidak murni direaksikan secara selektif dengan gas karbon monoksida untuk membentuk gas nikel karbonil. Gas ini kemudian diuraikan untuk menghasilkan logam nikel dengan kemurnian tinggi.
Hidrometalurgi
Hidrometalurgi berkaitan dengan pencucian selektif senyawa logam untuk membentuk larutan yang darinya logam dapat diendapkan dan dipulihkan. Proses pelindian digunakan jika merupakan metode yang paling sederhana atau jika kadar bijih terlalu rendah untuk prosedur ekstraktif yang lebih mahal.
Konversi
Karena tidak semua bijih dan konsentrat ditemukan secara alami dalam bentuk yang memuaskan untuk pelindian, maka bijih dan konsentrat tersebut harus melalui operasi pendahuluan. Sebagai contoh, bijih sulfida, yang relatif tidak larut dalam asam sulfat, dapat dikonversi menjadi bentuk yang cukup larut dengan mengoksidasi atau mensulfatisasi roasting. Di sisi lain, bijih oksida dan konsentrat dapat diberikan pemanggangan reduksi terkendali untuk menghasilkan kalsin yang mengandung logam tereduksi yang akan larut dengan mudah di dalam larutan pelindian. Perlakuan-perlakuan ini dijelaskan secara lebih rinci di atas (lihat Pirometalurgi: Pemanggangan).
Perlakuan kedua yang populer untuk mengubah sulfida adalah oksidasi tekanan, di mana sulfida dioksidasi menjadi struktur berpori yang menyediakan akses yang baik untuk larutan pelindian. Pengolahan ini dikembangkan untuk pemulihan emas dari bijih sulfida, yang tidak cocok untuk pelindian sianida tanpa terlebih dahulu dioksidasi. Bubur konsentrat yang digiling halus dipanaskan terlebih dahulu hingga 175°C (350°F) dan dipompa ke dalam autoklaf empat atau lima kompartemen, dengan masing-masing kompartemen berisi pengaduk. Oksigen gas ditambahkan ke setiap kompartemen, dan waktu retensi dalam autoklaf adalah dua jam untuk mencapai oksidasi yang diinginkan.
Pencucian
Oksida dilindi dengan pelarut asam sulfat atau natrium karbonat, sedangkan sulfat dapat dilindi dengan air atau asam sulfat. Amonium hidroksida digunakan untuk bijih asli, karbonat, dan sulfida, sedangkan natrium hidroksida digunakan untuk oksida. Larutan sianida adalah pelarut untuk logam mulia, sementara larutan natrium klorida melarutkan beberapa klorida. Dalam semua kasus, pelarut pelindian harus murah dan tersedia, kuat, dan lebih disukai selektif untuk nilai-nilai yang ada.
Pelindian dilakukan dengan dua metode utama: pelindian sederhana pada suhu lingkungan dan tekanan atmosfer; dan pelindian bertekanan, di mana tekanan dan suhu dinaikkan untuk mempercepat operasi. Metode yang dipilih tergantung pada kadar bahan baku, dengan bahan baku yang lebih kaya memerlukan pengolahan yang lebih mahal dan lebih ekstensif.
Pelindian di tempat, atau pelindian in situ, dilakukan pada bijih yang terlalu jauh di bawah tanah dan memiliki kadar yang terlalu rendah untuk dilakukan pengolahan di permukaan. Larutan pelindian disirkulasikan ke bawah melalui badan bijih yang retak untuk melarutkan kandungan mineral dan kemudian dipompa ke permukaan, di mana kandungan mineral diendapkan.
Pelindian timbunan dilakukan pada bijih dengan kadar semilow - yaitu cukup tinggi untuk dibawa ke permukaan untuk diolah. Metode ini semakin populer seiring dengan semakin banyaknya tonase bijih kadar rendah yang ditambang. Bijih ditumpuk di atas bantalan dan disemprot dengan larutan pelindian, yang menetes ke bawah melalui tumpukan tersebut sambil melarutkan kandungannya. Larutan yang mengandung mineral-mineral tersebut dialirkan dan dibawa ke tangki pengendapan.
Bijih dengan kadar yang lebih tinggi diolah dengan pencucian tangki, yang dilakukan dengan dua cara. Salah satu metode berskala sangat besar, dengan beberapa ribu ton bijih diolah sekaligus dalam tangki beton besar dengan larutan yang bersirkulasi. Pada metode kedua, sejumlah kecil bijih bermutu tinggi yang ditumbuk halus diaduk di dalam tangki melalui udara atau dengan impeler mekanis. Kedua larutan tersebut dialirkan ke pengendapan setelah pelindian selesai.
Pelindian bertekanan mempersingkat waktu pengolahan dengan meningkatkan kelarutan padatan yang hanya larut dengan sangat lambat pada tekanan atmosfer. Untuk proses ini digunakan autoklaf, baik dalam gaya vertikal maupun horizontal. Setelah pelindian, larutan yang mengandung dipisahkan dari residu yang tidak larut dan dikirim ke pengendapan.
Pemulihan
Larutan hamil dari operasi pelindian diperlakukan dengan berbagai cara untuk mengendapkan nilai logam terlarut dan mendapatkannya kembali dalam bentuk padat. Hal ini meliputi pengendapan elektrolitik, transfer ion logam, pengendapan kimiawi, ekstraksi pelarut yang dikombinasikan dengan metode elektrolitik dan kimiawi, dan adsorpsi karbon yang dikombinasikan dengan pengolahan elektrolitik.
Deposisi elektrolitik, juga disebut electrowinning, menghasilkan produk yang murni dan merupakan metode yang lebih disukai. Namun, metode ini mahal, karena biaya listrik, dan harus memiliki larutan dengan kandungan logam yang tinggi. Anoda yang tidak larut, dan katoda yang terbuat dari bahan inert yang dapat dilucuti atau lembaran tipis logam yang diendapkan, dimasukkan ke dalam tangki yang berisi larutan pelindian. Ketika arus dialirkan, larutan akan terdisosiasi, dan ion-ion logam akan mengendap di katoda. Metode umum ini digunakan untuk tembaga, seng, nikel, dan kobalt.
Ekstraksi pelarut yang dikombinasikan dengan pengendapan elektrolitik mengambil larutan logam encer dan bernilai rendah dan memekatkannya ke dalam volume kecil dan kandungan logam yang tinggi, sehingga memuaskan untuk pengolahan elektrolitik. Bijih tembaga kadar rendah diproses dengan cara ini. Pertama, sejumlah besar larutan pelindian tembaga bernilai rendah (2,5 gram per liter, atau 0,33 ons per galon) dikontakkan dengan sejumlah kecil pelarut organik yang tidak dapat larut dalam air dalam minyak tanah. Nilai logam berpindah dari larutan pelindian ke dalam larutan ekstraksi, dua fase dipisahkan, dan larutan ekstraksi dilanjutkan ke sirkuit pengupasan. Di sini ditambahkan cairan lain yang memiliki afinitas yang lebih besar terhadap nilai logam, mengambilnya dari larutan ekstraksi. Kedua larutan dipisahkan, dengan volume kecil larutan pengupasan yang memiliki kandungan logam yang cukup tinggi (50 gram per liter, atau 6,6 ons per galon) agar sesuai untuk pengendapan elektrolitik.
Sirkuit adsorpsi digunakan untuk melucuti larutan sianida emas yang mengandung emas dengan karbon aktif. Karbon pada gilirannya dilucuti dari logam oleh larutan, yang kemudian masuk ke sel elektrolitik di mana kandungan emas disimpan di katoda.
Pengendapan kimiawi dapat dilakukan dengan beberapa cara. Dalam salah satu metode, reaksi perpindahan terjadi di mana logam yang lebih aktif menggantikan logam yang kurang aktif dalam larutan. Sebagai contoh, dalam sementasi tembaga, besi menggantikan ion tembaga dalam larutan, partikel padat tembaga mengendap sementara besi masuk ke dalam larutan. Ini adalah metode murah yang biasa diterapkan pada larutan pelindian yang lemah dan encer. Reaksi perpindahan lainnya menggunakan gas, dengan hidrogen sulfida, misalnya, ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung nikel sulfat dan mengendapkan nikel sulfida. Terakhir, mengubah keasaman larutan merupakan metode pengendapan yang umum dilakukan. Yellow cake, nama umum untuk natrium diuranat, diendapkan dari larutan pelindian uranium pekat dengan menambahkan natrium hidroksida untuk menaikkan pH menjadi 7.
Disadur dari: https://www.britannica.com/