پیرومتالورژی

پیرومتالورژی یکی از شاخه های متالوژی استخراجی است و شامل عملیات حرارتی مواد معدنی و سنگ های معدن متالورژیکی می باشد. همچنین تمرکز آن روی تحولات فیزیکی و شیمیایی مواد برای بازیافت فلزات با ارزش است. [ ۱] عملیات پیرومتالورژیکی می تواند محصولاتی نظیر فلزات خالص، با ترکیبات متوسط یا آلیاژی تولید کند که به عنوان مادهٔ اولیهٔ مناسب برای فرایندهای بعدی، به فروش برسند. نمونه هایی ار عناصر استخراج شده توسط فرایندهای پیرومتالورژیک عبارتند از اکسید عناصر کم واکنش نظیر آهن، مس، روی، کروم، قلع و منگنز. [ ۲] تولیدات فلزات از زمان های قدیم تا پایان قرن نوزدهم تقریباً منحصر به فرد از فرایندهای پیروموتالژوریک[ ۳] بود. در اواخر قرن نوزدهم، سایر شاخه های اصلی متالورژی مانند هیدرومتالورژی، به لحاظ صنعتی اهمیت ویژه ای یافت، اگر چه پیرومتالوژی همچنان به حفظ موقعیت خود، هم در مقیاس تولید و هم در فرآیندهای مختلف ادامه داد. [ ۴]
فرایندهای پیرومتالورژیکی معمولاً به یک یا چند دستهٔ زیر تقسیم می شوند:
• کلسینه کردن ( Calcining )
• شعله پزی ( Roasting )
• ذوب کردن ( Smelting )
• پالایش کردن ( Refining )
زمان اکسترکت ( استخراج ) : مدت زمانی که طول می کشد یک فلز از سنگ معدن در کوره تولید شود را زمان اکسترکت گویند. ( h ) بیشتر فرایندهای متالوژیکی نیاز به انرژی دارند تا دمای مورد نیاز برای انجام هر فرایند را فراهم کنند. این انرژی معمولاً از طریق احتراق یا گرمای الکتریکی تأمین می شود. هنگامی که مواد کافی برای فراهم کردن دمای مورد نیاز وجود داشته باشد و این فراهم کردن دما صرفاً توسط واکنش اکسوترمی ( به عنوان مثال بدون استفاده از سوخت و حرارت الکتریکی ) صورت گیرد[ ۵] ، به این فرایند اتوژن گفته می شود.
کلسیناسیون، تجزیهٔ حرارتی یک ماده است. نمونه هایی از جمله تجزیهٔ هیدرات ها، تجزیهٔ آهن به اکسید آهن و بخار آب، تجزیهٔ کربنات کلسیم به اکسید کلسیم و دی اکسید کربن و همچنین تجزیهٔ کربنات آهن به اکسید آهن و دی اکسید کربن:
CaCO3 → CaO + CO2
فرایند کلسیناسیون در انواع کوره ها از جمله کوره های استوانه ای، کوره های دوار و کوره های با بستر مایع انجام می شود.
این فرایند شامل یک واکنش حرارتی گاز - جامد است که می تواند شامل اکسیداسیون، کاهش، کلریده شدن، سولفاته و پیروهیدرولیز شدن باشد. معمول ترین نمونه از فرایند "Roasting" عبارت است از اکسیداسیون سولفید سنگ های فلزی. سولفید فلز در حضور هوا گرم می شود، تا جایی که باعث واکنش اکسیژن موجود در هوا و گوگرد شده و دی اکسید گوگرد ( گازی ) و اکسید فلزی ( جامد ) را تشکیل می دهد. محصول جامد حاصل از این فرایند “Calcine” نامیده می شود.