Demir dışı madencilik metalurjisi - Non-ferrous extractive metallurgy

Electrowinning bakır

Demir dışı madencilik metalurjisi iki kolundan biridir ekstraktif metalurji değerli, demir dışı metallerin azaltılması işlemleriyle ilgilidir. cevherler veya hammadde.[1][2][3] Gibi metaller çinko, bakır, öncülük etmek, alüminyum yanı sıra nadir ve asil metaller bu alanda özellikle ilgi duyuyorsanız,[4] daha yaygın olan metal, Demir, büyük bir kirlilik olarak kabul edilir.[5][6] Demirli ekstraksiyon gibi, demir dışı ekstraksiyon da öncelikle ekonomik optimizasyon Niteliksel ve kantitatif olarak pazarlanabilir metalleri ayırmada ekstraksiyon işlemlerinin safsızlıklar (gang ).[7]

Herhangi bir çıkarma işlemi bir dizi adım içerecektir veya birim süreçler ekonomik olarak verimli bir sistemde oldukça saf metalleri istenmeyen maddelerden ayırmak için. Birim süreçleri genellikle üç kategoriye ayrılır: pirometalurji, hidrometalurji, ve elektrometalurji. Pirometalurjide, metal cevheri önce oksitlenmiş vasıtasıyla kavurma veya eritme. Hedef metal, yüksek sıcaklıklarda daha da rafine edilir ve saf formuna indirgenir. Hidrometalurjide, metal nesne ilk önce diğer malzemelerden bir Kimyasal reaksiyon, daha sonra kullanılarak saf biçimde ekstrakte edilir elektroliz veya yağış. Son olarak, elektrometalurji genellikle elektrolitik veya elektrotermal işleme. Metal cevheri ya bir elektrolit veya asit çözelti, daha sonra manyetik olarak bir katot plaka (elektro-kazanım); veya eritildikten sonra bir elektrik arkı kullanılarak eritilir veya plazma ark fırını (elektrotermik reaktör).[8]

Demir dışı ekstraksiyondaki bir diğer önemli fark, metal kayıplarını en aza indirmeye daha fazla vurgu yapılmasıdır. cüruf. Bu, büyük ölçüde, bazı demir dışı metallerin istisnai kıtlığı ve ekonomik değerinden kaynaklanmaktadır ve bunlar, kaçınılmaz olarak, ekstraksiyon işlemi sırasında bir dereceye kadar atılmaktadır.[9] Böylece malzeme kaynak kıtlığı ve eksiklikler demir dışı endüstri için büyük endişe kaynağıdır. Demir dışı maden metalürjisindeki son gelişmeler, şimdi yeniden işleme ve geri dönüşüm ikincil hammaddelerden nadir ve demir içermeyen metallerin (hurda ) içinde bulunan çöplükler.[10][11]

Tarih

Demir dışı madencilik metalurjisinin tarihçesi

Genel olarak, metallerin, özellikle de bakırın tarih öncesi çıkarılması iki temel aşamayı içeriyordu: birincisi, bakır cevherini bakırdan ayırmak için 700 ° C'yi aşan sıcaklıklarda bakır cevherinin eritilmesi gerekir; ikincisi, erime noktası 1080 ° C'yi aşan sıcaklıklar gerektiren bakırı eritmek.[12] O zamanki mevcut teknoloji göz önüne alındığında, bu aşırı sıcaklıklara ulaşmak önemli bir zorluk teşkil ediyordu. İlk izabe tesisleri, yangını zorla besleyerek ergitme sıcaklıklarını etkili bir şekilde artırmanın yollarını geliştirdiler. oksijen.[13]

Özellikle bakırın çıkarılması büyük ilgi görüyor arkeometalurjik diğer metallere hakim olduğu için çalışmalar Mezopotamya erkenden Kalkolitik MÖ altıncı yüzyılın ortalarına kadar.[14][15] Arkeometalurjistler arasında demir dışı madencilik metalurjisinin kökeni konusunda fikir birliği eksikliği vardır. Bazı akademisyenler, ekstraktif metalurjinin aynı anda veya bağımsız olarak keşfedildi dünyanın çeşitli yerlerinde. Bakırın pirometalurjik ekstraksiyonunun bilinen en eski kullanımı Belovode, doğu Sırbistan, MÖ 6. binyılın sonlarından beşinci binyılın başlarına kadar.[16] Bununla birlikte, aynı zamanda bakır eritme kanıtı da vardır. Tal-i-İblis, güneydoğu İran, yaklaşık aynı döneme kadar uzanır.[17] Bu süre zarfında, bakır izabe tesisleri, kömürle doldurulmuş büyük, yetiştirilmiş çukurlar kullandılar veya potalar bakır çıkarmak için, ancak MÖ 4. bin yılda bu uygulama, daha büyük bir üretim kapasitesine sahip olan eritme fırını lehine aşamalı olarak kaldırılmaya başladı. Üçüncü milenyumdan itibaren, yeniden kullanılabilir eritme fırınının icadı, büyük ölçekli bakır üretiminin başarısı ve bakırın sağlam bir şekilde genişlemesi için çok önemliydi. Ticaret içinden Bronz Çağı.[18]

En eski gümüş objeler MÖ 4. binyılın sonlarında Anadolu, Türkiye. Tarihöncesi gümüş çıkarma daha az değerli metalin çıkarılmasıyla güçlü bir şekilde ilişkilidir, öncülük etmek; kurşun çıkarma teknolojisinin kanıtı gümüşten en az 3 bin yıl öncesine dayanıyor olsa da.[19][20] Gümüş ve kurşun ekstraksiyonları da ilişkilidir çünkü tartışmalı İşlemde kullanılan (gümüş içeren) cevherler genellikle her iki unsuru da içerir.

Genel olarak, tarih öncesi gümüş kazanımı üç aşamaya bölünmüştür: Birincisi, gümüş ve kurşunu gangdan ayırmak için gümüş-kurşun cevheri kavrulur. Metaller daha sonra potada yüksek sıcaklıkta (1100 ° C'den yüksek) eritilirken, erimiş metalin üzerine hava üflenir (küpelasyon ). Son olarak, kurşun oluşturmak için oksitlenir kurşun monoksit (PbO) veya potanın duvarlarına emilir ve rafine gümüşü geride bırakır.

Gümüş-kurşun küpelasyon yöntemi ilk olarak Mezopotamya'da MÖ 4000 ile 3500 yılları arasında kullanılmıştır. Gümüş eserler Naqada'da M.Ö. 3600 civarında keşfedildi. Mısır. Bu dökme gümüş eserlerden bazıları% 0.5'den daha az kurşun içeriyordu ve bu da küpelasyona işaret ediyor.[21]

Erken ve geç dönem Anglosakson küpelasyonu

Ortaçağ eritme tesisi

Cupellation da bazı yerlerde kullanılıyordu Avrupa MS dokuzuncu yüzyılın sonlarından onuncu yüzyıla kadar altın, gümüş, çinko ve kalay çıkarmak. Burada, birden fazla değerli metalin çıkarılması için entegre bir birim işleminin en eski örneklerinden biri ilk olarak Theophilus on ikinci yüzyıl civarında. İlk olarak, altın-gümüş cevheri potada eritilir, ancak fazla miktarda kurşunla. Yoğun ısı daha sonra hızlı reaksiyona giren kurşunu oksitleyerek bağlar altın-gümüş cevherindeki safsızlıklar ile. Hem altın hem de gümüş düşük reaktivite safsızlıklar ile cüruf çıkarıldıktan sonra geride kalırlar. Son aşama, gümüşün altından ayrıldığı ayrılmayı içerir. Önce altın-gümüş alaşım ince tabakalar halinde dövülerek bir kaba yerleştirilir. Çarşaflar daha sonra kaplandı idrar içeren sodyum klorit (NaCl). Kap daha sonra kapatılır ve klorürler gümüş ile birleşene kadar birkaç saat ısıtılır. gümüş klorür (AgCl). Son olarak, gümüş klorür tozu çıkarılır ve saf altın bozulmadan kalırken gümüşü geri kazanmak için eritilir.[22]

Çin antik çağında hidrometalurji

Esnasında Song Hanedanı, Çince Yerli madencilikten elde edilen bakır üretimi düşüşteydi ve ortaya çıkan kıtlıklar, madencilerin bakır çıkarmak için alternatif yöntemler aramasına neden oldu. Maden suyundan bakır çıkarmak için yeni bir "ıslak işlem" keşfi, on birinci ve on ikinci yüzyıl arasında tanıtıldı ve bu da onların kayıplarını azaltmaya yardımcı oldu. arz.

Anglo-Sakson küpelasyon yöntemine benzer şekilde, Çinliler bir ana metal hedef metali safsızlıklarından çıkarmak için. İlk olarak, ana metal olan demir, ince levhalar halinde dövülür. Levhalar daha sonra "vitriol su", yani bakır madenciliği suyu ile doldurulmuş bir oluğa yerleştirilir ve daha sonra birkaç gün boyunca demlenmeye bırakılır. Maden suyu şu şekilde bakır tuzları içerir: bakır sülfat CuSO
4. Demir daha sonra bakırla reaksiyona girer, yer değiştirme bakırın sülfat iyonlarından çökelti "ıslak" bir toz oluşturarak demir levhalar üzerine. Son olarak, çökeltilmiş bakır toplanır ve geleneksel eritme işlemiyle daha da rafine edilir. Bu, hidrometalurjik bir işlemin ilk büyük ölçekli kullanımıdır.[23]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Tanrım, A. ve H.S. Ray. Ekstraktif Metalurjinin Prensipleri. 2. Baskı Yeni Dehli: New Age International Ltd, 1991. s 1-10.
  2. ^ Reardon, Arthur C. Metallurgy for the Non-Metalurgist. 2. Baskı ABD: ASM International, 2011. Pp. 11.
  3. ^ Habashi, F. (2005). Madencilik, Metalurji ve Sanayi Devrimi Bölüm 3. CIM Bülteni, 98 (1091), 81-82.
  4. ^ Tanrım, A. ve H.S. Ray. Ekstraktif Metalurjinin Prensipleri. 2. Baskı Yeni Dehli: New Age International Ltd, 1991. s 1-10.
  5. ^ Potts, D.T. A Companion to the Archaeology of the Ancient Near East. Cilt 1. Wiley-Blackwell, 2012. 300. Web. 22 Nisan 2013. sf. 300-302
  6. ^ Nakamura, T. (2007). Demir dışı madencilik metalurjisinin mevcut durumu ve sorunları. Journal of MMIJ, 123 (12), 570-574. Alınan http://search.proquest.com/docview/33106898
  7. ^ Waseda, Yoshio. Oksit Eriyiklerinin Yapısı ve Özellikleri: Temel Bilimin Metalurjik İşlemeye Uygulanması. Singapur: World Scientific Publishing, 1998. Pp. 174.
  8. ^ Mathur, V.N.S .. "Maden Endüstrilerinde Atık Yönetimi - Bazı Hususlar." Uluslararası Metalurji Endüstrilerinde Çevre Yönetimi Konferansı'nın Önceleri: EMMI 2000. Ed. R.C. Gupta. Yeni Dehli: Allied Publisher Ltd., 2000. 87. Web. 21 Nisan 2013.
  9. ^ Waseda, Yoshio. Oksit Eriyiklerinin Yapısı ve Özellikleri: Temel Bilimin Metalurjik İşlemeye Uygulanması. Singapur: World Scientific Publishing, 1998. Pp. 174.
  10. ^ Metal Stokları ve Sürdürülebilirlik. R. B. Gordon, M. Bertram ve Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi'nin T.E. Graedel Bildirileri, Cilt. 103, No.5 (31 Ocak 2006), s. 1209-1214.
  11. ^ Djokic, S. ve Djokic, B. (2005). Sırbistan'da metalik ikincil hammadde geri dönüşüm stratejisi Alındı http://search.proquest.com/docview/28530773
  12. ^ Miljana Radivojević, Thilo Rehren, Ernst Pernicka, Dušan Šljivar, Michael Brauns, Dušan Borić, On the Origins of Extractive Metallurgy: New Evidence from Europe, Journal of Archaeological Science, Cilt 37, Sayı 11, Kasım 2010, Sayfa 2775-2787.
  13. ^ Potts, D.T. A Companion to the Archaeology of the Ancient Near East. Cilt 1. Wiley-Blackwell, 2012. 300. Web. 22 Nisan 2013. s. 300-302.
  14. ^ Kahire'den Cape'e: Metalurjinin Doğu ve Güney Afrika'ya Yayılması David Killick. Journal of World Prehistory, Cilt. 22, No. 4, Modeling Early Metallurgy II (Aralık 2009), s. 399-414.
  15. ^ Forbes, R.J. Ancient Technology in Studies: Volume 4 in Studies in Ancient Technology Series. Cilt 9. Hollanda: Brill, 1964. 84-104.
  16. ^ Miljana Radivojević, Thilo Rehren, Ernst Pernicka, Dušan Šljivar, Michael Brauns, Dušan Borić, On the Origins of Extractive Metallurgy: New Evidence from Europe, Journal of Archaeological Science, Cilt 37, Sayı 11, Kasım 2010, Sayfa 2775-2787.
  17. ^ İLK İRAN'DA TARİH ÖNCESİ Cüruf ÇALIŞTAYI RAPORU. C.P. Thornton ve Th. Rehren, Iran, Cilt no. 45, (2007), s. 315-318.
  18. ^ Potts, D.T. A Companion to the Archaeology of the Ancient Near East. Cilt 1. Wiley-Blackwell, 2012. 300. Web. 22 Nisan 2013. s. 300-302.
  19. ^ Kiklad Kurşun ve Gümüş Metalurjisi. N. H. Gale ve Z. A. Stos-Gale. The Year of the British School at Athens, Cilt. 76, (1981), s. 169-224.
  20. ^ Yener, K.A. ve H. Ozbal. "Bolkardağ Maden İlçesi Eski Anadolu'da Gümüş ve Kurşun Araştırması." 24. Uluslararası Arkeometri Sempozyumu Bildirileri, (1986), s. 309-317 Yayınlayan: The Smithsonian Institution Press.
  21. ^ Kiklad Kurşun ve Gümüş Metalurjisi. N. H. Gale ve Z. A. Stos-Gale. The Annual of the British School at Athens, Cilt. 76, (1981), s. 169-224.
  22. ^ Nakamura, T. (2007). Demir dışı madencilik metalurjisinin mevcut durumu ve sorunları. Journal of MMIJ, 123 (12), 570-574. Alınan http://search.proquest.com/docview/33106898
  23. ^ Needham, Joseph ve Peter J. Golas. Çin'de Bilim ve Medeniyet. Cilt 13. Cambridge: Cambridge University Press, 1999, s. 88,378-382. ISBN  978-0521580007