استعادة الخام
استعادة الخام هي مجموعة من الأساليب والعمليات التي تهدف إلى استعادة العناصر الكيميائية، أو بشكل أكثر دقة، الحصول على العناصر التي لا تتكون من أي مركبات كيميائية، مثل الأكاسيد والكبريتيدات، وما إلى ذلك. إن مجموعة التقنيات والأساليب في هذه الصناعة واسعة جدًا وتشمل عددًا من المواصفات اعتمادًا على العنصر الذي يتم استخلاصه ونقاوته المطلوبة.
عادةً ما تكون العناصر الموجودة في الخامات على هيئة مركبات كيميائية، أي في حالات كيميائية مميزة لمركب معين. وهذه العناصر هي في الأساس أكاسيد وكبريتيدات.
بالنسبة للاختزال من حالات الأكسيد ، عادة ما يتم استخدام التفاعلات الكيميائية القائمة على التفاعل مع الهيدروجين، على سبيل المثال:
CuO + H2 --- > Cu + H2O
3Fe2O2 + H2 --- > 2Fe3O4 + H2O
كما يمكن استخدام الاختزال من الأكاسيد في التفاعلات مع أول أكسيد الكربون:
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
تحدث مثل هذه التفاعلات عادة عند درجات حرارة عالية، أقل من نقطة انصهار المعادن التي يتم اختزالها.
تُستخدم طرق مماثلة لاختزال المعادن في مركبات الكبريتيد، ولكن اعتمادًا على المعدن الذي يتم اختزاله، أي خصائصه، من الضروري اختيار عامل اختزال مناسب. ومع ذلك، فإن المخطط الأساسي لجميع عمليات الاختزال متطابق.
MoS2 + 2H2 --- > Mo + 2H2S
Ag2S + O2 --- > 2Ag + SO2
لذلك، لفهم المفهوم الأساسي، دعونا نفكر في عملية اختزال عنصر واحد - الحديد. يمر الجزء الأكبر من الحديد الذي يستخدمه البشر بمرحلة الاختزال من خام الحديد. الطريقة الرئيسية والأكثر اقتصادا لاختزال الحديد هي طريقة الاختزال الكربوني الحراري للحديد من الخام، والتي يكون تفاعلها الرئيسي هو:
Fe X O Y + C ---> Fe + CO 2
الطريقة الرئيسية للحصول على الحديد باستخدام هذه الطريقة هي طريقة الفرن العالي للحصول على الحديد (الحديد الزهر)، حيث يدخل خام الحديد في تفاعل كيميائي مع كربون الكوك. المنتج من هذه العملية هو الحديد الزهر، الذي يحتوي على ما يصل إلى 3٪ من الكربون. ومع ذلك، فإن الحديد الزهر هش للغاية، والمزيد من التنقية من الكربون هي عملية مكثفة العمالة. أحد أنواع عملية الكربون الحراري هي عملية استعادة الحديد من الخام بالغاز الطبيعي. تحدث التفاعلات التالية:
CH4+H2O=CO+H2 (تحويل الغاز الطبيعي)
Fe2OY +CO=Fe+CO2
FeХOY +H2=Fe+H2O
نتيجة لهذه العملية يتم الحصول على الحديد المختزل المباشر والذي لا يكون ملوثا بالكربون حيث لا يتجاوز محتوى الكربون 1% ولكن هذا المنتج غير مناسب أيضا لتصنيع الأجزاء المعدنية منه ولا يمكن استخدامه إلا كمادة خام في عملية إنتاج الصلب ولذلك فإن إنتاج الصلب الهيكلي وغيره يتطلب المزيد من إثراء الحديد الناتج كما تستخدم غازات مختلفة في العالم لاختزال الحديد ولكن الغاز الطبيعي هو الغاز الرئيسي والأكثر شيوعا.
