金属の精製

金属精製は冶金学の重要な部分であり、原鉱石や不純な溶液から純粋な金属を得ることを重視しています。このプロセスは、導電率、強度、合金を形成する能力などの特性を向上させるために、不純物を取り除くことで金属の品質を向上させます。議論されている方法には、電解精製、ゾーン精製、および蒸気相精製が含まれます。

電解精製

電解精製は電解セルを使用して金属を純化する方法です。このプロセスは、電解の原理を利用して不純な金属を精製します。

プロセスの説明

電解精製では、不純な金属を陽極にします。純金属の薄いシートを陰極として取ります。電解質は金属の塩の溶液です。溶液に電流を流すと、陽極から陰極への金属イオンの移動が発生します。金属イオンは陰極で還元されて純金属として析出し、不純物は陽極泥またはスラッジとして沈降します。

例えば、銅の電解精製は以下の反応を含みます:

    陽極: Cu (不純) → Cu 2+ + 2e -
    陰極: Cu 2+ + 2e - → Cu (純)
    

視覚的例

このプロセスでは、鉄、亜鉛、ニッケルなどの不純物が電解質に溶解し、金や銀のような貴金属は陽極泥として沈降します。この精製技術は銅、亜鉛、鉛、スズなどの金属によく使用されます。

フィールド精製

ゾーン精製は非常に高純度の金属を精製するための方法です。この技術は分別結晶化の原理に基づいており、半導体や極端な純度が要求される材料の精製に特に適しています。

プロセスの説明

ゾーン精製では、金属棒の狭い領域を熱源を使用して溶融します。この溶融ゾーンは棒の長さに沿って移動します。前進するにつれて、溶融物質内で固体よりも溶解性の高い不純物が蓄積されます。したがって、不純物は金属棒の1つの領域に集中し、ゾーンの背後の領域はより純粋になります。

シリコンを精製する様子を想像してください:

    固体 Si (純粋) ← 溶融ゾーン (不純物) → 固体 Si (不純)
    

視覚的例

ゾーン精製プロセスは、望ましい純度レベルに達するために何度も繰り返すことができます。半導体産業では、シリコンやゲルマニウムなどの元素の純化に広く使用されています。

蒸気相精製

蒸気相精製は、金属をガス状の形態に変換し、その後分解して純粋な金属を得る技術です。

プロセスの説明

この方法には2つの主なステップがあります: (1) 金属を揮発性化合物に変換します; (2) 化合物を分解して純金属を得ます。この技術は簡単に蒸発する金属に対して非常に効果的です。

ニッケル精製のためのモンドプロセスは蒸気相精製法を完璧に示しています。ニッケルは一酸化炭素と反応して揮発性化合物であるニッケルテトラカルボニルを形成します:

    Ni + 4CO → Ni(CO) 4 (蒸気)
    

その後、このニッケルカルボニルは加熱されて純粋なニッケルと一酸化炭素ガスを生成します:

    Ni(CO) 4 → Ni (純) + 4CO
    

視覚的例

    Ti + 2I 2 → Ti 4
    

    TiI 4 → Ti (純) + 2I 2
    

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