خلاصه:

یکی از اساسی ترین و در عین حال حیاتی ترین زمینه های متالورژی مربوط به استخراج فلزات از سنگ معدن، کنسانتره، ضایعات و سایر منابع با هدف تصفیه به حالت مایع است.
سه روش را می توان به عنوان فرآیندهای اصلی برای انجام فعالیت های متالورژی استخراجی ما در نظر گرفت، پیرومتالورژی، هیدرومتالورژی و الکترومتالورژی.

متالورژی استخراجی هنر و علم استخراج فلزات از سنگ معدن آنها و تصفیه آنهاست. تولید فلزات و آلیاژها از این مواد اولیه هنوز هم یکی از صنایع مهم و اساسی در اقتصادهای توسعه یافته و در حال توسعه در سراسر جهان است. خروجی ها و محصولات منابع ضروری برای صنایع فلزی، مکانیکی، الکترومغناطیسی، الکتریکی و الکترونیکی هستند (سیلیکون برای این اهداف به عنوان فلز در نظر گرفته می شود).

به طور کلی، متالورژی استخراجی فرآیند استخراج فلزات از سنگ معدن، کنسانتره (کانسنگ غنی شده)، ضایعات و سایر منابع و پالایش آنها به حالت فلز مایع قبل از ریخته‌گری یا فلزات جامد است. عملیات استخراج و پالایش مورد نیاز ممکن است توسط فرآیندهای واکنش متالورژیکی مختلف انجام شود.

به طور سنتی، روش های استخراج و پالایش به دسته های زیر طبقه بندی می شوند:

  • پیرومتالورژی
  • هیدرومتالورژی
  • الکترومتالورژی

فرآیندهای پیرومتالورژیکی (در زبان یونانی "pyr" به معنی "بیشتر در آتش") در دماهای بالا انجام می شود. هیدرومتالورژی (در زبان یونانی «hydor» به معنای «بیشتر در آب») در محیط های آبی در دمای اتاق یا اطراف آن انجام می شود. الکترومتالورژی از الکترولیز برای جداسازی در دمای اتاق و همچنین در دمای بالا استفاده می کند.

روش دیگر طبقه بندی می تواند از نظر عملیات واحد یا فرآیند واحد باشد. پیرومتالورژی را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

1. پردازش حالت جامد: این فرآیند هیچ گونه ذوبی را شامل نمی شود. معمولاً در محدوده دمایی 500-1200 درجه سانتیگراد انجام می شود که نمونه آن بو دادن سولفیدها، کلسینه کردن، احیای حالت جامد اکسیدهای فلز توسط H2 و Cao است. جامدات عمدتاً غیر قابل امتزاج هستند و از این رو محصول پردازش حالت جامد یا خالص است یا یک مخلوط مکانیکی است. در مورد دوم، نیاز به جداسازی بیشتر دارد.

2. پردازش حالت مایع: این شامل ذوب حداقل فاز حاوی فلز است و در کل در دمای بالاتر انجام می شود. به عنوان مثال می توان به ذوب کوره بلند، فولادسازی، تصفیه تقطیر روی از سرب ناخالص و غیره اشاره کرد. پردازش حالت مایع، فلز را به صورت خالص یا ناخالص جدا می کند. تغییرات ترکیبی قابل توجهی در مایع به دلیل امتزاج پذیری، انتشار سریع و اختلاط امکان پذیر است.

همانطور که در بالا ذکر شد، سنگ معدن خام را نمی توان به عنوان یک محصول نهایی برای مصارف صنعتی یا تجاری استفاده کرد.

مراحل زنجیره تبدیل که منجر به تولید فلز نهایی می شود، از نظر فنی یک توالی منسجم از فرآیندها است که شامل عملیات فیزیکی سنگ معدن (فرایندهای آسیاب و فلوتاسیون) می شود.

شکل 1 زنجیره ساده شده فرآیندها را در کارخانه های فرآوری مواد معدنی و متالورژی نشان می دهد:


شکل 1: زنجیره جریان فرآیند متالورژی استخراجی غیر آهنی

فرآوری مواد معدنی

فرآوری مواد معدنی شامل استفاده از فرآیندهای فیزیکی برای دستکاری اندازه ذرات سنگ معدن، و تغلیظ مواد معدنی با ارزش با استفاده از فرآیندهای جداسازی، بر اساس چنین خصوصیاتی از سنگ معدن، مانند چگالی، ترکیب شیمیایی، خواص الکترواستاتیک، مغناطیسی یا فلورسانس است. یک مثال خوب از فرآیند جداسازی، شناورسازی کف است.

همچنین جداسازی جامدات معدنی از آب و محلول های آبی با ضخیم شدن، فیلتر کردن و خشک کردن مورد توجه پردازنده های معدنی است.

پیرومتالورژی

پیرومتالورژی شامل تصفیه سنگ معدن در دمای بالا برای تبدیل کانی های معدنی به فلزات خام یا ترکیبات واسطه برای پالایش بیشتر است. برشته کردن، ذوب و تبدیل رایج ترین فرآیندهای پیرومتالورژی هستند.

برای استخراج فلزات از سنگ معدن سولفیدی از فرآیند برشته کردن استفاده می شود: در این فرآیند سنگ معدن در حضور اکسیژن گرم می شود و گوگرد اکسید شده و به صورت دی اکسید گوگرد خارج می شود. برخی از فلزات در این فرآیند به شکل سولفیدی باقی می مانند، در حالی که فلزات دیگر به شکل اکسیدی تبدیل می شوند. فلز مورد نظر ممکن است در هر دو محصول باشد.

ذوب اکسیداتیو و تبدیل شبیه به فرآیند برشته کردن است، اما تفاوت اندکی در روشی که دمای فرآیندها به اندازه کافی بالا است تا ذوب شدن مواد را افزایش دهد. برخی از کانی ها تمایل بیشتری به اکسیداسیون ندارند، بنابراین به شکل سولفیدی باقی می مانند، در حالی که سایر کانی ها کاملا اکسید شده و ترکیباتی را با مواد افزودنی تشکیل می دهند که اغلب فلاکس نامیده می شود. سولفیدها و ترکیبات اکسیدی مذاب به دلیل وزن‌های ویژه متفاوت به دو لایه تقسیم می‌شوند.

دو محصول بعدی این عملیات، دی اکسید گوگرد و دی اکسید کربن، آلاینده های اصلی هستند.

هیدرومتالورژی

هیدرومتالورژی شامل استفاده از محلول های آبی برای استخراج فلزات یا ترکیبات از سنگ معدن آنها است. برخی از فرآیندهای هیدرومتالورژی شامل شستشو، رسوب ترکیبات نامحلول، کاهش فشار است.

لیچینگ فرآیندی برای انحلال شیمیایی کانی های مورد نظر در محلول های آبی است. به دلیل تفاوت در سرعت انحلال، امکان جداسازی ترکیبات فلزات مختلف وجود دارد. اغلب، برخی از معرف‌های اکسیداتیو باید برای ترویج شستشو اضافه شوند.