صهر

إنها تقنية تكرير، تشير إلى استخلاص المعادن من الخامات عن طريق التحميص والصهر والتحليل الكهربائي واستخدام العوامل الكيميائية؛ تقليل الشوائب في المعادن أو زيادة مكونات معينة في المعادن لتنقية المعادن المطلوبة.

تصنيف الصهر

تقرير

يحرر

ينقسم الصهر إلى علم المعادن الحراري أو علم المعادن المائي أو الترسيب الكهروكيميائي

علم المعادن الحراري

(علم المعادن الحراري)

يُعرف أيضًا باسم علم المعادن الجاف، حيث يتم تسخين الخام والمواد المضافة الضرورية إلى درجة حرارة عالية في الفرن، ثم صهره إلى سائل، ويتم إنشاء التفاعل الكيميائي المطلوب لفصل المعدن الخام، ومن ثم يتم تكرير المعدن الخام.

علم المعادن المائية

(المعالجة المائية)

تعدين المعادن هي عملية تعدين تستخدم المحاليل المائية للأحماض والقلويات والأملاح لاستخلاص المكونات المعدنية المطلوبة كيميائيًا من الخام، ثم تستخدم طرقًا مختلفة مثل التحليل الكهربائي للمحلول المائي لإنتاج المعادن. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي في الخامات منخفضة الجودة أو المقاومة للحرارة أو المسحوق الصغير. حاليًا، يتم تصنيع 75% من الزنك والكادميوم في العالم عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول التحميص والترشيح المائي. لقد حلت هذه الطريقة إلى حد كبير محل صهر الزنك المعدني الحراري السابق. ويتم فصل المعادن الأخرى التي يصعب فصلها مثل النيكل والكوبالت والزركونيوم والهافنيوم والتنتالوم والنيوبيوم والمعادن الأرضية النادرة عن طريق تقنيات التعدين المائي مثل استخلاص المذيبات أو التبادل الأيوني، مما يحقق نتائج ملحوظة.

عملية تعدين تستخدم مذيبًا لاستخراج وفصل المعادن من المواد الخام بمساعدة التفاعلات الكيميائية (بما في ذلك الأكسدة والاختزال والتحييد والتحلل المائي وتفاعلات التعقيد). يتضمن علم المعادن المائي أربع خطوات رئيسية: ① استخدام المذيبات لنقل المكونات المفيدة في المواد الخام إلى المحلول، أي الترشيح. ② افصل محلول الترشيح عن البقايا، واستعيد المذيبات المعدنية والأيونات المعدنية الموجودة في البقايا. ③ تنقية وإثراء محلول الترشيح، عادة باستخدام تكنولوجيا التبادل الأيوني واستخلاص المذيبات أو طرق الترسيب الكيميائي الأخرى. ④ استخراج المعادن أو المركبات من المحلول المنقى.

يحتل علم المعادن المائية مكانة مهمة في صناعات الزنك والألومنيوم والنحاس واليورانيوم وغيرها من الصناعات. يتم إنتاج جميع أكسيد الألومنيوم وأكسيد اليورانيوم ومعظم الزنك وجزء من النحاس في العالم عن طريق علم المعادن المائي. تتمثل مزايا علم المعادن المائي في إمكانية تطبيقه على الخامات ذات الدرجة المنخفضة جدًا (الذهب واليورانيوم) وفي المواقف التي يصعب فيها فصل المعادن المتشابهة (الهافنيوم والزركونيوم)؛ وبالمقارنة مع علم المعادن الحراري، فإن معدل دوران المواد بسيط نسبيًا، والاسترداد الشامل للمعادن الثمينة في المواد الخام مرتفع، وهو مفيد لحماية البيئة، كما أن عملية الإنتاج أسهل لتحقيق الاستمرارية والأتمتة.

تستخدم صناعة الصلب بشكل رئيسي الحديد الخام المصنوع في الأفران العالية، والحديد الإسفنجي المصنوع عن طريق صناعة الحديد بالاختزال المباشر، والصلب الخردة كمواد خام، وتستخدم طرقًا مختلفة لصنع الفولاذ. الطرق الرئيسية لصناعة الصلب هي صناعة الصلب المحول، وصناعة الصلب بالموقد المفتوح، وصناعة الصلب بفرن القوس الكهربائي (انظر الصلب، والمحول، وفرن المجمرة المفتوحة، وفرن القوس الكهربائي). يمكن لعمليات صناعة الفولاذ الثلاث المذكورة أعلاه أن تلبي متطلبات المستخدمين العامة لجودة الفولاذ. من أجل تلبية متطلبات الجودة العالية والمزيد من أنواع الفولاذ عالي الجودة، ظهرت مجموعة متنوعة من طرق معالجة الفولاذ المصهور خارج الفرن (المعروف أيضًا باسم التكرير خارج الفرن). على سبيل المثال، معالجة نفخ الأرجون، وتفريغ الغاز بالفراغ، وإزالة الكبريت خارج الفرن، وما إلى ذلك، بعد المعالجة الإضافية للفولاذ المنصهر الناتج بواسطة المحولات، وأفران الموقد المفتوح، وأفران القوس الكهربائي، يمكن إنتاج درجات فولاذية عالية الجودة. بالنسبة لبعض الاستخدامات الخاصة، يلزم وجود فولاذ بجودة عالية للغاية، ولا يمكن تلبية المتطلبات عن طريق المعالجة خارج الفرن، لذلك يجب استخدام طرق خاصة لصناعة الصلب. على سبيل المثال، إعادة صهر الخبث الكهربائي هي عملية تكرير يتم فيها صب الفولاذ المصهور في المحولات، وأفران الموقد المفتوح، وأفران القوس الكهربائي، وما إلى ذلك، أو تشكيله في أقطاب كهربائية وإعادة صهره مرة أخرى من خلال مقاومة حرارة الخبث المنصهر؛ تعدين الفراغ هو عملية تعدين يتم تنفيذها في ظروف أقل من 1 جو إلى فراغ عالي للغاية، بما في ذلك صهر المعادن والسبائك وتنقيتها وتكريرها وتشكيلها ومعالجتها.

بعد صهر الفولاذ المنصهر في فرن صناعة الفولاذ، يجب سكبه في قالب من خلال مغرفة فولاذية وتصلبه في شكل معين من السبيكة أو البليت قبل إعادة معالجته. يمكن تقسيم صب السبائك إلى صب علوي وصب سفلي. تتمتع السبيكة المصبوبة العلوية بشكل عام ببنية داخلية أفضل، وعدد أقل من الشوائب، وتكاليف تشغيل منخفضة؛ تتمتع السبيكة السفلية بجودة سطح جيدة، ولكن نظرًا لأنها تمر عبر أنبوب الحقن المركزي وقناة الحساء، فإن الشوائب في الفولاذ تزيد. فيما يتعلق بصب السبائك، ظهرت تقنيات جديدة مثل الصب المستمر للصلب، والصب بالضغط، والصب الفراغي

تستخدم معظم صناعة الحديد الحديثة صناعة الحديد بالفرن العالي، وبعضها يستخدم صناعة الحديد بالاختزال المباشر وصناعة الحديد بالفرن الكهربائي. صناعة الحديد في الفرن العالي هي تقليل خام الحديد في الفرن العالي وصهره وتصنيع الحديد الخام. هذه الطريقة سهلة التشغيل، ولها استهلاك منخفض للطاقة، ومنخفضة التكلفة، ويمكن إنتاجها بكميات كبيرة. بالإضافة إلى بعض الحديد الخام المستخدم في المسبوكات، يتم استخدام معظمه كمواد خام لصناعة الصلب. نظرًا للنقص المتزايد في فحم الكوك عالي الجودة المناسب لصهر الأفران العالية، ظهرت طرق صناعة الحديد غير الأفران العالية التي لا تستخدم فحم الكوك ولكنها تستخدم مصادر طاقة أخرى واحدة تلو الأخرى. صناعة الحديد بالاختزال المباشر هي اختزال الخام في الحالة الصلبة بغاز أو عامل اختزال صلب، وصهره إلى حديد إسفنجي صلب أو شبه منصهر، أو كريات ممعدنة أو حديد حبيبي يحتوي على كمية صغيرة من عناصر الشوائب عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة الانصهار من الخام، والذي يستخدم كمادة خام لصناعة الصلب (ويمكن استخدامه أيضًا كمادة خام لصناعة الحديد أو الصب في الفرن العالي). تستخدم صناعة الحديد في الفرن الكهربائي في الغالب فرن اختزال بدون جسم فرن، ويمكن استخدام فحم الكوك (أو الفحم الحجري) بقوة ضعيفة كعامل اختزال. تعمل التدفئة الكهربائية في الأفران الكهربائية على استبدال جزء من فحم الكوك، ويمكن استخدام فحم الكوك منخفض الجودة، ولكنه يستهلك الكثير من الكهرباء ولا يمكن استخدامه إلا عند توفر الكهرباء الكافية وانخفاض أسعار الكهرباء.