Ликвация

Ликвация — металлургический метод отделения металлов от руды или сплава . Материал необходимо нагревать до тех пор, пока один из металлов не начнет плавиться и стекать с другого, и его можно будет собрать. Этот метод в основном использовался для удаления свинца, содержащего серебро, из меди , но его также можно использовать для удаления сурьмы из рудных минералов и очистки олова .

Процесс разделения меди и серебра с помощью ликвации в XVI веке, описанный Георгом Агриколой в его трактате 1556 года De re Metallica . оставался почти неизменным до 19 века, когда его заменили более дешевые и эффективные процессы, такие как сульфатирование и, в конечном итоге, электролитические методы.

История

Первое известное крупномасштабное использование ликвации произошло в Германии в середине 15 века. Металлурги давно знали, что медная руда Центральной Европы богата серебром, поэтому открытие метода разделения этих двух металлов было лишь вопросом времени.

Ликвация впервые задокументирована в архивах муниципального литейного завода в Нюрнберге в 1453 году. Нюрнберг был одним из главных центров Германии по очистке и производству металлов, а также лидером в области металлургических технологий. Вскоре вокруг города возникли пять заводов по производству сжиженных напитков, которые за 15 лет распространились по Германии, Польше и итальянским Альпам .

Это часто рассматривается как начало ликвации, но данные свидетельствуют о том, что ликвация могла существовать в меньшем масштабе несколько столетий назад. Сложная природа заводов по сжижению жидкости 15-го века с печами, изготовленными по индивидуальному заказу, была бы удивительной для новой технологии. Существовала также гораздо более простая, но более трудоемкая версия метода, привезенная в в 1591 Японию португальцами году; возможно, это остатки более раннего европейского метода.

Агрикола обсуждает различные типы меди, получаемой в процессе ликвации; Одним из них является кальдарий или «котельная медь», которая содержит высокий уровень свинца и использовалась для изготовления средневековых котлов . Анализ котлов 13-го века показывает, что они сделаны из меди с низким содержанием серебра и высоким содержанием свинца, что соответствует уровню, полученному путем ликвации.

Ликвация могла существовать даже в XII веке; в «О различных искусствах» Теофила он, возможно, упоминает о разжижении. Однако он не был экспертом в металлургии, поэтому его сочинения могут быть неточными, и, хотя подобные котлы существовали и в XII веке, не было опубликовано никакого композиционного анализа, подтверждающего эту теорию.

Идее о том, что этот процесс широко использовался до того, как он получил широкое распространение в середине 15 века, противостоит тот факт, что его нужно было проводить в больших масштабах, чтобы быть финансово жизнеспособным. Нет никаких свидетельств крупномасштабного слияния перед Нюрнбергом. Кроме того, эффективная ликвация требует чрезвычайно квалифицированного специалиста. Человек с такими навыками вряд ли потратит много времени на что-то бесполезное.

Некоторые предполагают, что ликвация существовала еще раньше. В вавилонских текстах из Мари упоминается, что «горную медь» «промывали» для получения «промытой меди» и что свинец использовался с серебром для получения «промытого серебра». Некоторые говорят, что это показывает, что сжижение осуществлялось на Ближнем Востоке еще во втором тысячелетии до нашей эры . Однако важно отметить, что в этих текстах конкретно не упоминается использование свинца с медью для производства серебра, как и следовало ожидать при ликвации.

Процесс

богатую серебром медь Для ликвации необходимо сначала расплавить с содержанием свинца, примерно в три раза превышающим ее вес; поскольку серебро имеет большее сродство со свинцом, большая часть серебра окажется в нем, а не в меди. Если при анализе меди обнаруживается, что она содержит слишком мало серебра, чтобы ликвация была финансово жизнеспособной (требуемый минимум составляет около 0,31%), ) его расплавляют и дают отстояться, так что большая часть серебра опускается на дно. Затем «верхние части» отбираются и используются для производства меди, а богатые серебром «низы» используются в процессе ликвации. Созданный медно-свинцовый сплав можно вылить и отлить в большие плоско-выпуклые слитки, известные как «ликвационные корки». По мере охлаждения и затвердевания металлов медь и серебросодержащий свинец разделяются, поскольку они не смешиваются друг с другом.

Соотношение свинца и меди в этих кеках является важным фактором для эффективной работы процесса. Агрикола рекомендовал 3 части меди на 8–12 частей свинца. Необходимо провести анализ меди, чтобы точно определить, сколько в ней серебра; для меди, богатой серебром, использовался верхний предел этого соотношения, чтобы гарантировать, что максимально возможное количество серебра окажется в пределах лидерства. Однако меди также должно быть достаточно, чтобы лепешки сохраняли свою форму после того, как большая часть свинца стечет; слишком много меди приведет к захвату части свинца, и процесс будет очень неэффективным.

Размер этих лепешек оставался неизменным с тех пор, как Агрикола писал о них в 1556 году, до 19 века, когда этот процесс устарел. Обычно они были Толщина от 2 + 1 ⁄ 2 до 3 + 1 ⁄ . дюйма (от 6,4 до 8,9 см), диаметр около 2 футов (0,61 м) и вес от 225 до 375 фунтов (от 102 до 170 кг) Такая консистенция небезосновательна, поскольку размер кеков очень важен для плавного протекания процесса ликвации. Если лепешки слишком малы, продукт не будет стоить затраченного на процесс времени и затрат, если они слишком велики, то медь начнет плавиться до того, как вытечет максимальное количество свинца.

Лепешки нагревают в печи для ликвации , обычно четыре или пять одновременно, до температуры выше температуры плавления свинца (327 °C ), но ниже температуры плавления меди (1084 °C), так что богатый серебром свинец плавится. и утекает. Поскольку температура плавления свинца очень низка, высокотемпературная печь не требуется, и ее можно топить дровами. Важно, чтобы это происходило в восстановительной атмосфере, т.е. с низким содержанием кислорода свинца , чтобы избежать окисления ; поэтому лепешки хорошо покрываются углем мало воздуха . , и в печь попадает Однако невозможно остановить окисление части свинца, и он падает вниз и образует остроконечные выступы, известные как «шипы ликвации», в канале под очагом.

Затем можно использовать более старый и относительно простой метод купелирования, чтобы отделить серебро от свинца. свинца Если при анализе обнаруживается, что он не содержит достаточно серебра, чтобы сделать процесс купелирования целесообразным, его повторно используют в ликвационных осадках до тех пор, пока в нем не будет достаточно серебра.

«Отработанные ликвационные кеки», которые еще содержат некоторое количество свинца и серебра, «высушиваются» в специальной печи, которая нагревается до более высокой температуры в окислительных условиях. По сути, это еще одна стадия ликвации, и большая часть оставшегося свинца выбрасывается и окисляется с образованием шипов ликвации, хотя некоторая часть остается в виде металлического свинца. Затем медь можно очистить для удаления других примесей и получить металлическую медь.

Отходы можно повторно использовать для получения новых кеков ликвации, чтобы минимизировать потери металлов, особенно серебра. Отходы в основном представляют собой ликвационные шипы, образующиеся в процессе ликвации и сушки, но также образуется некоторое количество шлаков .

Эффективность

Этот процесс не на 100% эффективен. заводах Лаутенталь, Альтенау и Санкт-Андреасберг На плавильных в Верхнем Гарце в период с 1857 по 1860 год было потеряно 25% серебра, 25,1% свинца и 9,3% меди. Часть этого серебра теряется в шлаке, который не подлежит повторному использованию, часть теряется в результате так называемого «обжигания», а часть серебра теряется при рафинированной меди. Таким образом, очевидно, что для восполнения потерь на различных этапах требовались постоянные поставки свинца.

Важность

Джон У. Неф, эксперт по эпохи Возрождения экономике , охарактеризовал разжижение как «даже более важное, чем изобретение печатного станка » для развития промышленности в этот период. Это увеличило производство серебра в огромных масштабах. Между 1460 и 1530 годами добыча серебра в Центральной Европе увеличилась в пять раз. Это имело побочный эффект в виде снижения затрат на производство меди в то время, когда спрос на нее увеличился из-за потребностей латунной промышленности. и использование меди на кораблях и крышах. не был обнаружен большой свинцовосодержащий пласт Производство свинца также получило импульс, но отсутствие свинца сдерживало процесс ликвации до тех пор, пока в Тарновице в Польше .

Ликвация вызвала рост добычи полезных ископаемых, и новый класс богатых торговцев потребовал участия. Некоторые из самых богатых купцов Европы инвестировали в горнодобывающую промышленность, в том числе французский королевский банкир Жак Кер и могущественная семья Медичи из Флоренции. Однако большая часть средств поступила от купцов из соседних городов. Например, нюрнбергские жители финансировали шахты в горах Богемии и Гарца.

Возникло много новых медных и серебряных рудников. Рудник в Яхимове (Иоахимсталь) в Рудных горах был настолько успешным, что была создана монета под названием « толар », что привело к появлению термина « доллар» . Среди других примечательных городов были Шнеберг и Аннаберг (также в Рудных горах), Швац , в долине реки Инн и в Нойзоле в Венгрии . Новое горнодобывающее богатство позволило вновь открыть некоторые из крупнейших рудников предыдущих столетий, такие как серебросодержащие свинцовые и медные рудники Раммельсберга . Эти старые шахты ранее были заброшены из-за наводнений, обвалов, отсутствия технологий или просто нехватки денег. Теперь шахты можно было погружать глубже и воду более эффективно отводить, чтобы шахтеры могли работать на пластах, когда они оказались вне досягаемости.

Богатство, основанное на ликвации, помогло построить дороги между горнодобывающими и перерабатывающими регионами и финансировало усовершенствование горнодобывающих технологий. Таким образом, его влияние вышло за рамки простого увеличения производства серебра и меди. Это помогло оживить экономику значительной части Европы и добычу других металлов, таких как железо и ртуть .