В металлургической промышленности используют разные методы очистки металлов от примесей, одним из таких является зонная плавка, относительно простой и вполне эффективный способ.
Что называют зонной плавкой?
Под зонной плавкой (иначе называемой зонной перекристаллизацией) называют способ очищения (рафинирования) твёрдых изделий. Он основан на том, что все примеси отличаются своей растворимостью в жидкой и твёрдой фазе. Метод является отдельным видом направленной кристаллизации, но в то же время он отличается от неё тем, что в разный момент времени в расплавленное состояние переходит лишь совсем небольшая часть образца.
Понятнее суть зонной плавки будет, если рассматривать её на простом примере. Берётся образец твёрдого вещества, который предстоит очистить от примесей. Например, стержень какого-то металла. Его начинают медленно передвигать в специальной установке через узкую зону нагрева. Под воздействием высоких температур отдельные участки расплавляются, тогда примеси начинают скапливаться в жидкой фазе и передвигаться вместе с ней вдоль, постепенно к завершению плавки оказываясь собранными в конце образца. Повторяют процедуру несколько раз.
Метод зонной плавки предложил в 1952 г. Уильям Гарднер Пфанн, сделав настоящую революцию своим открытием. С тех пор такой способ рафинирования пользуется огромной популярностью, благодаря многочисленным изучениям была открыта его эффективность в отношении очищения приблизительно 1500 веществ.
Достоинства метода зонной плавки
У данного метода много бесспорных преимуществ, среди них можно выделить:
- простоту используемого для зонной плавки оборудования;
- доказанную практикой высокую эффективность рафинирования;
- адекватные температуры проведения рафинирования (ниже, чем при ректификации);
- большое количество веществ, отлично подвергающихся качественной очистке веществ (около 1500).
В качестве наглядного примера высокого качества рафинирования можно привести случай очищения германия, его можно довести до состояния с частью примесей менее 10% (в среднем 7-8%).
Зонная плавка позволяет производить качественное рафинирование неорганических и органических продуктов, что тоже важно для многих производств.
Недостатки этого метода рафинирования
Говоря о недостатках, стоит сказать, что далеко не всегда возможно максимально эффективное использование зонной плавки, и есть немало случаев, когда метод оказывается вообще неэффективным. Например, если необходимо провести рафинирование тогда, когда два металла образуют твёрдые растворы. Отличным примером невозможности применения такого метода является отделение от золота серебра.
Также очень существенным недостатком является невозможность масштабирования. Дело в том, что скорость процесса зависит от скорости диффузии примесей. Применить метод зонной плавки реально для завершающей стадии рафинирования с целью получения особо чистого вещества. Кроме того, ограничены габариты в устройствах для очищения: длина лодочки 50 см, зона расплавления — всего 5 см.
