Плавка
Плавка – это процесс нагревания руды с целью извлечения основного металла . [1] Это форма добывающей металлургии . Он используется для извлечения многих металлов из их руд, включая серебро , железо , медь и другие цветные металлы . При плавке используется тепло и химический восстановитель для разложения руды, удаления других элементов в виде газов или шлака и оставления металлической основы. Восстанавливающим агентом обычно является источник углерода из ископаемого топлива , такого как кокс , или, в прежние времена,уголь . [2] Кислород в руде связывается с углеродом при высоких температурах из-за более низкой потенциальной энергии связей в двуокиси углерода (CO 2 ). Плавка чаще всего происходит в доменной печи для производства чугуна , который превращается в сталь .
Источник углерода действует как химический реагент для удаления кислорода из руды с получением очищенного металлического элемента в качестве продукта. Источник углерода окисляют в две стадии. Во-первых, углерод (C) сгорает с кислородом (O 2 ) в воздухе с образованием монооксида углерода (CO). Во-вторых, монооксид углерода вступает в реакцию с рудой (например, Fe 2 O 3 ) и удаляет один из ее атомов кислорода, высвобождая диоксид углерода (CO 2 ). После последовательных взаимодействий с окисью углерода весь кислород в руде будет удален, оставив металлический элемент-сырец (например, Fe). [3] Поскольку большинство руд нечистые, часто необходимо использовать флюс , например, известняк .(или доломит ) для удаления сопутствующих горных пород в виде шлака. Эта реакция прокаливания также часто приводит к выделению углекислого газа.
Установки для электролитического восстановления алюминия также обычно называют алюминиевыми плавильными заводами .
Плавка включает в себя нечто большее, чем просто выплавку металла из руды. Большинство руд представляют собой химическое соединение металла и других элементов, таких как кислород (в виде оксида ), сера (в виде сульфида ) или углерод и кислород вместе (в виде карбоната ). Чтобы извлечь металл, рабочие должны подвергнуть эти соединения химической реакции. Таким образом, плавка состоит из использования подходящих восстановителей , которые в сочетании с этими окислителями освобождают металл.
В случае сульфидов и карбонатов процесс, называемый « обжигом », удаляет нежелательный углерод или серу, оставляя оксид, который можно непосредственно восстановить. Обжиг обычно проводят в окислительной среде. Несколько практических примеров:
Восстановление - это заключительный высокотемпературный этап плавки, на котором оксид становится элементарным металлом. Восстановительная среда (часто обеспечиваемая монооксидом углерода, образующимся при неполном сгорании в печи с недостаточным воздухом) вытягивает последние атомы кислорода из необработанного металла. Требуемая температура изменяется в очень большом диапазоне как в абсолютном выражении, так и в пересчете на температуру плавления основного металла. Примеры:
