すべての種類の金属を抽出するには、1 つの種類のプロセスでは効果的ではありません。異なる金属には異なる特性があります。これらの特性に応じて、不純物に対する適切な技術が開発され、それらを最大限の純度で抽出するために使用されます。精製プロセスの一部を以下に説明します:
液化
液化の基本原理は、不純物と金属の融点の違いです。不純な金属を溶かすと、融点の低い元素が先に溶けます。後で分離されます。
例:
錫金属の精製:不純な錫金属には、不純物として Cu、Fe、W などが含まれています。反射炉の傾斜した炉床の上にのせ、やさしく加熱します。炉の温度は、錫の融点が低いため、最初に錫の融点に達します。
スズは不純物よりも早く溶けるため、傾斜した炉床を流れ落ちます。固形の不純物は炉床に置き去りにされます。純粋なスズ金属は、溶融状態で鋳鉄製の容器に集められます。このようにして得られた金属は銑鉄と呼ばれます。
粗亜鉛の精製:反射炉の傾斜した炉床で粗亜鉛を溶かします。溶けた亜鉛は流れ落ち、固形の不純物は炉床に残ります。
分別蒸留
このプロセスの基本原理は、金属と不純物の沸点の違いです。金属が揮発性である場合、それらの不純物は不揮発性であり、その逆も同様です。 Zn、Cd、Hg などの金属は、分別蒸留によって精製されます。
ゾーン精製（分別結晶化）
ゾーン精製は、金属が非常に高純度である必要がある場合に使用されます。半導体に使われるシリコンやゲルマニウムは高純度であることが求められます。したがって、それらはこの方法で精製されます。この方法は、不純な金属をしばらく溶融させた後、徐々に冷却すると純粋な金属が再結晶し、純粋な形で結晶が析出するという原理に基づいています。同時に、不純物は液体のままで、ロッドの端に向かって移動します。
分別結晶化では、精製する不純な金属を棒状に取り出します。円形のヒーター H がこのロッドの周りに取り付けられ、その長さに沿ってゆっくりと移動します。不純なゲルマニウム ロッドの左端で、ヒーターがロッドの狭いゾーンを溶かします。ヒーターが右に移動すると、溶融金属が冷却されて結晶化し、ロッドの領域 X に純粋な金属が生成されます。ゲルマニウムロッドの領域 X に以前に存在した不純物は、隣接する溶融ゾーンである領域 Y に移動します。
ヒーターは右方向にシフトし続け、新しい溶融ゾーンに移動します。最終的に、不純物はゲルマニウムロッドの右端 Z に到達します。ロッドのこの端は、すべての不純物とともに残され、廃棄されます。こうして得られたロッドは高純度のゲルマニウム金属です。ゲルマニウムの他に、シリコンやガリウムも半導体として使われています。それらは、ゾーン精製法によっても精製されます。
クロマトグラフィー
混合物の異なる成分は、吸着剤に異なる方法で吸着されます。混合物は液体または気体媒体に入れられ、吸着剤を通って移動します。その後、適当な溶剤を用いて吸着成分を除去する。
クロマトグラフィー法は、移動媒体と吸着材料の物理的状態、および移動媒体の通過に基づいて命名されています。クロマトグラフィーは、微量に存在する元素の精製に役立ちます。このような場合、不純物の化学的性質は目的の元素の化学的性質とあまり変わらない。ペーパークロマトグラフィー、カラムクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーなど、いくつかのクロマトグラフィー技術があります。
電解精製
Cu、Ni、Al などの金属は電解精製されます。アノードには不純金属、カソードには純金属を使用します。セルは 3 つの液体層で構成されています。最下層は不純な溶融金属です。中間層は、電解質を含む溶融塩層です。最上層は純金属です。陽極（最下層）では、金属は溶液とともにイオンとして通過します。そして、カソード (最上層) では、これらのイオンが還元されて純粋な金属が形成されます。動作中、溶融金属がセルの底部に追加され、純粋な金属が上部から引き出されます。
気相精製
気相精製は、Van Arkel-De Boer プロセスによって行われます。この方法では、少量の純金属 (Ti、Zr、または Bi) を生成できます。このプロセスは、ヨウ化物がすべてのハロゲン化物の中で最も不安定であるという事実に基づいています。
不純元素をヨウ素と一緒に加熱して、揮発性ヨウ化物を生成します。ガスが通過することで分解されます。エレメントはフィラメントに堆積し、ヨウ素はリサイクルされます。
不純 Ti + 2I2 → TiI4 → Ti + 2I2
50-250 ℃ タングステン フィラメント
結論
鉱石から抽出された金属には不純物が含まれており、適切な技術を使用して精製する必要があります。選択された手順は、不純物と金属の挙動と化学的性質に基づいています。不純物を除去するために使用される精製プロセスには、液化、蒸留、ゾーン精製、電解精製などがあります。
