焼成と精製の違いは何ですか？材料加工工程のガイド

本質的に、精製と焼成は、材料加工における目的が反対の、異なる2つの段階です。焼成は、鉱石などの原材料をより反応性の高い状態に分解するために使用される予備的な高温プロセスであるのに対し、精製は、すでに抽出された粗金属から残存する不純物を除去するために使用される最終的な純化プロセスです。

これらを区別する最も簡単な方法は、生産ラインにおけるそれらの位置を考慮することです。焼成はプロセスの最初に原材料を準備し、精製は終わりにほぼ完成した製品を完成させます。

焼成とは？予備的な変換

焼成は、化学変化を引き起こすために鉱石やその他の固体材料に適用される熱処理プロセスです。その主な目的は、製錬などの後続のステップのために材料を準備することです。

焼成を定義する特徴は、固体材料を融点より低い高温に加熱することです。これは空気の存在下、または空気が制限された状態で行われます。

強烈な熱が化学結合を破壊し、材料の分解を引き起こします。これにより、二酸化炭素（CO2）や化学的に結合した水（含水物）などの揮発性成分が通常排出されます。

古典的な例は、石灰石（炭酸カルシウム、CaCO3）を加熱して生石灰（酸化カルシウム、CaO）と二酸化炭素ガスを生成することです。固体CaCO3は、新しい化学物質である固体CaOに変換されます。

焼成の目的は、伝統的な意味での精製ではありません。それは、鉱石を金属抽出により適した化学形態に変更することです。

例えば、焼成によって金属炭酸塩鉱石を金属酸化物に変換すると、その後の金属抽出（多くの場合、製錬による）のエネルギー効率が大幅に向上します。

精製とは、鉱石からすでに抽出された不純な粗金属を純化するために使用される一連のプロセスを指します。目的は、金属のグレード、つまり純度を高めることです。

精製プロセスは、すでに金属化されているが、少量の他の元素を含む材料に対して機能します。焼成とは異なり、精製では金属を溶解することがよくあります。

技術は、金属と不純物に応じて大きく異なります。例には以下が含まれます。

精製の唯一の目的は、商業的使用に必要な厳格な仕様を満たすために、最後に残った汚染物質を除去することです。

製錬所は98％純度の銅を生産するかもしれません。電気配線に使用するためには、高い導電性を確保するために、その銅を99.99％の純度に精製する必要があります。その最終段階が精製です。

これらのプロセスは交換可能ではありません。それらはより大きなワークフローにおける連続したステップであり、一方の必要な場所で他方を使用すると、非効率的で費用がかかります。

精製プロセスは、すでに高濃度の金属形態にある材料を処理するように設計されています。

金属含有量がわずか2％かもしれない大量の生の鉱石に、電気分解のようなエネルギー集約的なプロセスを適用することは、経済的にも技術的にも不可能です。まず、鉱石を濃縮し、粗金属を抽出する必要があります。

焼成は化学化合物のみを変更し、目的の元素を鉱石の残りの岩石や脈石（価値のない物質）から分離しません。

石灰石の焼成によって生成される石灰は酸化カルシウムであり、純粋なカルシウムではありません。金属はまだ酸素と化学的に結合しており、他の鉱物と混ざっているため、遊離させるにはさらなる処理が必要です。

各プロセスの役割を理解することは、材料科学と冶金学を理解するための鍵となります。

生の地球から完成した材料までの道のりの各ステップは、特定の重要な目的を果たします。