Die Raffination von Edelmetallen erfolgt im Wesentlichen durch drei Verfahren: pyrometallurgische, hydrometallurgische und elektrolytische Raffination. Bei der elektrolytischen Raffination dient Rohmetall als Anode , hochreine Metallfolie als Kathode und eine Metallsalzlösung als Elektrolyt. Durch elektrochemische Reaktionen löst sich das Rohmetall auf, und an der Kathode fällt ein reineres Metall aus. Dieses Verfahren eignet sich zur Reinigung der meisten Metalle und ist besonders effektiv für Gold, Silber, Kupfer, Blei, Zinn und andere.
Hydrometallurgische Raffinationsanlagen gewinnen Edelmetalle aus Erz, Schrott oder Legierungen durch chemische Reaktionen. Zur Kernausrüstung gehören typischerweise hydrometallurgische Reaktoren, Titan- Laugungsgefäße und emaillierte/Titan-Reduktionsgefäße. Dieses Verfahren zur Edelmetallraffination zeichnet sich durch einfache Handhabung, niedrige Kosten und hohe Ausbeuten aus und eignet sich sowohl für minderwertige Erze als auch für komplexe Materialien.
Die pyrometallurgische Raffination erfolgt unter Hochtemperatur-Schmelzbedingungen und nutzt physikalische oder chemische Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Rohmetallen. Dazu gehören Prozesse wie die Oxidationsraffination, die Sulfidierungsraffination und die Chlorierungsraffination. Die Destillationsraffination ist ein weiteres Verfahren, bei dem die unterschiedlichen Dampfdrücke des Hauptmetalls und der Verunreinigungen durch wiederholte Verdampfungs- und Kondensationszyklen zur Entfernung von Schadstoffen genutzt werden. Diese vielfältigen Edelmetallraffinationsverfahren lassen sich flexibel je nach Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und der geforderten Reinheit auswählen und kombinieren.
Zu den wichtigsten Methoden der Goldgewinnung aus Edelmetallen zählen die elektrolytische Raffination, die Hochtemperaturchlorierung und chemische Verfahren. Bei der elektrolytischen Raffination dient Rohgold als Anode und reine Gold- oder Titanplatten als Kathode. Durch Anlegen von Gleichstrom an eine wässrige Goldlösung löst sich die Rohgoldanode auf, während sich reineres Gold an der Kathode abscheidet. Dieses im 19. Jahrhundert vom deutschen Chemiker Wörfel entwickelte Verfahren findet auch heute noch breite Anwendung.
Das 1887 von dem Australier Miller vorgeschlagene Hochtemperatur-Chlorierungsverfahren ist eine einfache Raffinationstechnik. Dabei wird Chlorgas in geschmolzenes Rohgold eingeleitet, wodurch Verunreinigungen in der Reihenfolge Eisen, Zink, Blei, Kupfer und Silber chloriert werden. Diese Verunreinigungen bilden Chloride und trennen sich vom Gold. Die Rand Refinery in Südafrika nutzt dieses Verfahren zur Herstellung von Gold für den monetären Gebrauch. Sie gibt 500 kg Rohgold in mit Bleioxid ausgekleidete Graphittiegel und leitet Chlorgas bei 1423 K ein. Das so gewonnene Gold hat eine Reinheit von 99,5 % bis 99,6 %.
Chemische Verfahren umfassen typischerweise zwei Prozesse: die Goldauflösung und die Goldreduktion. Sie eignen sich zur Raffination kleiner Mengen Rohgold mit einem Silbergehalt unter 8 %. Rohgold wird üblicherweise mit Königswasser gelöst. Gold löst sich, während Silber als Silberchlorid im Rückstand verbleibt und vom Gold abgetrennt wird. Anschließend wird das Gold aus der goldhaltigen Lösung mit Reduktionsmitteln wie Oxalsäure, Eisen(II)-sulfat oder SO₂ reduziert. Die Oxalsäurereduktion bietet eine hohe Selektivität und schnelle Verarbeitung und ist daher weit verbreitet. Während der Reduktion wird die goldhaltige Lösung auf 343 K erhitzt, wobei der pH-Wert zwischen 1 und 1,5 gehalten wird. Die Zugabe von Oxalsäure führt zu einer Goldreinheit von 99,9 % bis 99,99 %. Die Beherrschung dieser verschiedenen Methoden zur Goldraffination aus Edelmetallen ist entscheidend für die Herstellung von hochreinem Gold.
Die Raffination von Platingruppenmetallen (einschließlich Platin , Palladium , Rhodium , Iridium , Osmium und Ruthenium ) aus Edelmetallen zählt zu den komplexesten Bereichen der Raffinationstechnik. Der Raffinationsprozess umfasst im Allgemeinen drei Stufen: Materialauflösung, Reinigung und Edelmetallgewinnung , wobei die Reinigung den entscheidenden Schwerpunkt bildet. Als Raffinationsmaterialien dienen üblicherweise rohe Platingruppenmetalle, die nach der Trennung gewonnen werden. Ist das Material fest, muss es vor der Reinigung zunächst aufgelöst werden.
Zur Raffination von Platingruppenmetallen kommen traditionelle Verfahren, die Lösungsmittelextraktion oder eine Kombination aus beidem zum Einsatz. Moderne Raffinationsverfahren zur Trennung von Platingruppenmetallen von Edelmetallen nutzen häufig die hocheffiziente Lösungsmittelextraktion. Durch den Einsatz spezifischer chemischer Reagenzien und Prozessbedingungen lassen sich Edelmetalle effektiv von komplexen Matrices trennen. Mittels mehrstufiger chemischer Reaktionen und Trennprozesse können Platingruppenmetalle auf eine Reinheit von 99,9 % oder höher gereinigt werden.
Die Metallgewinnungsprozesse sind relativ einfach. Beispielsweise zersetzen sich Platinammoniumsalze bei der Kalzinierung bei 633–1073 K und liefern metallisches Platin. Palladium-, Rhodium-, Iridium- und Rutheniumammoniumsalze werden während der Kalzinierung durch Wasserstoff reduziert, um die jeweiligen Metalle zu erhalten. Organische Reagenzien wie Hydrazinhydrat oder Ameisensäure können ebenfalls zur Reduktion in Lösung eingesetzt werden, um Metallpulver allgemeiner Reinheit zu gewinnen. Zu den Raffinationsprodukten zählen reine Metalle, hochreine Metalle, spektroskopisch reine Metalle, Suspensionen und chemische Verbindungen. Das Verständnis dieser speziellen Methoden zur Raffination von Platingruppenmetallen aus Edelmetallen ist entscheidend für die Nutzung dieser seltenen und wertvollen Metalle.
Die elektrolytische Raffination ist das wichtigste Verfahren zur Gewinnung von Silber aus Edelmetallen. Die 1884 von Möbius patentierte elektrolytische Silberraffination ist nach wie vor das weltweit am häufigsten angewandte Verfahren. Dabei wird entweder eine vertikale oder eine horizontale Elektrolyse durchgeführt, bei der Rohsilber als Anode dient. Gleichstrom wird an eine Elektrolysezelle mit Silbernitrat-Elektrolyt angelegt, wodurch sich das Rohsilber an der Anode auflöst und reineres Silber an der Kathode abscheidet .
Neben der Elektrolyse können zur Silberraffination auch hydrometallurgische Verfahren eingesetzt werden. Moderne Silberraffinerieanlagen für Edelmetalle verwenden typischerweise hydrometallurgische Anlagen, darunter hydrometallurgische Reaktoren, Titan-Laugungsgefäße und emaillierte/Titan-Reduktionsgefäße. Diese Anlagen ermöglichen eine effiziente Silbergewinnung und -reinigung durch Prozesse wie Laugung, Filtration, Reinigung und Fällung.
Eine weitere Methode zur Silberraffination aus Edelmetallen ist die chemische Aufbereitung, die typischerweise zwei Hauptschritte umfasst: Auflösung und Reduktion. Silber löst sich in Salpetersäure und bildet eine Silbernitratlösung. Diese Lösung kann anschließend mit einem Fällungsmittel wie Natriumchlorid versetzt werden, um Silberchlorid zu erhalten, oder direkt mit einem Reduktionsmittel zu metallischem Silber reduziert werden. Die verschiedenen Methoden zur Silbergewinnung aus Edelmetallrecycling können je nach Produktionsumfang, Rohstoffeigenschaften und geforderter Produktreinheit ausgewählt werden. Jede Methode hat ihre spezifischen Anwendungsbereiche und Vorteile.
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