Πώς ένας βιομηχανικός χημικός κάνει ένα μεταλλεύμα σε μέταλλο;
1. Εξόρυξη και προετοιμασία:
* Εξαγωγή: Το μετάλλευμα εξορύσσεται από τη γη.
* σύνθλιψη και λείανση: Το μετάλλευμα χωρίζεται σε μικρότερα κομμάτια για να αυξήσει την επιφάνεια για επακόλουθη επεξεργασία.
* Συγκέντρωση: Τα ανεπιθύμητα υλικά (Gangue) αφαιρούνται χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως:
* Froth Froth Flotation: Τα σωματίδια μεταλλεύματος είναι επιλεκτικά προσαρτημένα σε φυσαλίδες αέρα και αποβιβαστούν.
* μαγνητικό διαχωρισμό: Τα μαγνητικά μεταλλεύματα διαχωρίζονται από μη μαγνητικά.
* Διαχωρισμός βαρύτητας: Τα πυκνότερα σωματίδια μεταλλεύματος διαχωρίζονται χρησιμοποιώντας βαρύτητα.
2. Χημική θεραπεία:
* ψήσιμο: Το συμπυκνωμένο μεταλλεύμα θερμαίνεται στον αέρα για να απομακρυνθεί ακαθαρσίες όπως το θείο ή ο άνθρακας. Αυτή η διαδικασία συχνά περιλαμβάνει χημικές αντιδράσεις όπως η οξείδωση.
* Απόδειξη: Το επιθυμητό μέταλλο διαλύεται από το μετάλλευμα χρησιμοποιώντας έναν διαλύτη (οξύ ή βάση). Αυτό το βήμα συχνά περιλαμβάνει αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
* βροχόπτωση: Τα διαλυμένα μεταλλικά ιόντα διαχωρίζονται από το διάλυμα με χημική αντίδραση, σχηματίζοντας ένα στερεό ίζημα.
3. Μείωση:
* Smelting: Το συμπυκνωμένο μεταλλεύμα θερμαίνεται με αναγωγικό παράγοντα (όπως το μονοξείδιο του άνθρακα ή το μονοξείδιο του άνθρακα) για να μειώσει το οξείδιο του μετάλλου στη στοιχειακή του μορφή.
* ηλεκτρόλυση: Ένα άμεσο ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω ενός διαλύματος λιωμένου αλατιού που περιέχει τα μεταλλικά ιόντα. Αυτό αναγκάζει τα μεταλλικά ιόντα να κερδίσουν ηλεκτρόνια και να γίνουν μεταλλικά άτομα.
4. Διύζιση:
* Καθαρισμός: Οι ακαθαρσίες απομακρύνονται από το μέταλλο χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές, όπως:
* ραφιναριστική ζώνη: Μια στενή ζώνη του μετάλλου λιώνει και μετακινείται κατά μήκος του πλημμυρίδα, συγκεντρώνοντας ακαθαρσίες στο ένα άκρο.
* Electrorefining: Η ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών με επιλεκτική διάλυση και επαναπροσδιορισμό του μετάλλου.
* Χύτευση: Το καθαρισμένο μέταλλο χύνεται σε καλούπια για να του δώσει ένα επιθυμητό σχήμα.
Παραδείγματα:
* Παραγωγή σιδήρου: Το σιδηρομετάλλευμα είναι ψητό, μολυσμένο με οπτάνθρακα και ασβεστόλιθο (ροή) και στη συνέχεια εκλεπτυσμένη σε ένα βασικό κλιβάνιο οξυγόνου.
* Παραγωγή αλουμινίου: Το μεταλλεύμα αλουμινίου (βωξίτης) υποβάλλεται σε χημική κατεργασία με υδροξείδιο του νατρίου για την παραγωγή αλουμίνας (AL₂O₃). Η αλουμίνα στη συνέχεια ηλεκτρολύνεται για να παράγει αλουμίνιο.
* Παραγωγή χαλκού: Το χαλκό μεταλλεύμα είναι συγκεντρωμένο, ψημένο και στη συνέχεια μολύνεται για να παράγει χαλκό ματ. Η ηλεκτροκρατία καθαρίζει περαιτέρω τον χαλκό.
Σημαντικές χημικές αρχές:
* Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής: Πολλές διαδικασίες περιλαμβάνουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων (οξείδωση και μείωση).
* Αντιδράσεις βάσης οξέος: Η έκπλυση συχνά περιλαμβάνει την αντίδραση οξέων ή βάσεων με το μετάλλευμα.
* Θερμοδυναμική: Η θερμοκρασία, η πίεση και το χημικό δυναμικό παίζουν κρίσιμους ρόλους για τον προσδιορισμό της σκοπιμότητας των χημικών αντιδράσεων.
Οι βιομηχανικοί χημικοί διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στη βελτιστοποίηση αυτών των διαδικασιών από:
* Ανάπτυξη νέων και αποτελεσματικών μεθόδων εξόρυξης, συγκέντρωσης και καθαρισμού.
* Ανάλυση της χημικής σύνθεσης των μεταλλευμάτων και των προϊόντων.
* Έλεγχος των συνθηκών αντίδρασης για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης και την ελαχιστοποίηση των αποβλήτων.
* Ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογίες για μετάλλους.
