Sənaye istifadəsi üçün filizdən metal hazırlamaq üsulları
Filizlərdən metalların istehsalı tikinti və avtomobil sənayesindən enerji və elektronikaya qədər müxtəlif sənaye sektorları üçün vacib bir təməldir. İnsanlar tərəfindən istifadə edilən demək olar ki, bütün metal materialları əvvəlcə yer qabığındakı minerallardan əmələ gəlir və bu minerallar tələb olunan mexaniki və kimyəvi xüsusiyyətlərə malik təmiz metallara və ya ərintilərə çevrilmək üçün bir sıra texniki mərhələlərdən keçməlidir. Ekstraksiya metallurgiyası kimi tanınan bu proses mədənçilik, filiz hazırlığı, qiymətli mineralların ayrılması, metal çıxarılması və emalı əhatə edir. Sənaye təcrübəsində texnikanın seçimi filizin növündən, metal tərkibindən, çirklərdən, iqtisadiyyatdan, enerji tələblərindən və ətraf mühitə təsirdən çox təsirlənir.
1. Filizin Xüsusiyyətləri və Çıxarma Metodunun Təyin Edilməsi
Filiz, iqtisadi cəhətdən hasil edilə və emal edilə biləcək qədər yüksək konsentrasiyalarda metal ehtiva edən qaya və ya mineraldır. Metal oksid (məsələn, hematitdə Fe₂O₃), sulfid (məsələn, xalkopiritdə CuFeS₂), karbonat (məsələn, smitsonitdə ZnCO₃) və ya hətta sərbəst element (məsələn, qızıl) şəklində mövcud ola bilər. Hər bir kimyəvi forma fərqli bir yanaşma tələb edir. Oksid filizlərinin metala çevrilməsi nisbətən asandır, sulfid filizlərinin isə reduksiya və ya əritmədən əvvəl sulfidi oksidə çevirmək üçün ümumiyyətlə qovurma prosesi tələb olunur.
Bundan əlavə, metal tərkibi və ganq növü (silisium, alüminium oksidi və ya əhəng daşı kimi çirkli süxurlar) ayırma strategiyasını müəyyən edir. Aşağı dərəcəli filizlər sonrakı səmərəli çıxarış üçün tez-tez daha intensiv konsentrasiya tələb edir. Müasir sənayedə ən yaxşı proses marşrutunu müəyyən etmək üçün mineraloji və kimyəvi analizlər (məsələn, XRF, XRD və ya analizlər) aparılır.
2. Filizin hazırlanması: Xırdalama və üyütmə
Zavodda filiz emalının ilkin mərhələsi qiymətli mineralların mədənlərdən çıxarılması üçün ölçünün azaldılmasıdır. Bu proses adətən çənə və ya konusvari əzici ilə bir neçə santimetr ölçüyə qədər əzilməklə başlayır. Bundan sonra, ayrılma prosesinin tələblərindən asılı olaraq, bəzən hətta onlarla mikrona çatan daha incə hissəcik ölçülərinə qədər kürəvi dəyirman və ya SAG dəyirmanı ilə üyüdülür.
Bu mərhələdə uğurun açarı mineralların sərbəst buraxılması ilə enerji istehlakı arasında tarazlığı qorumaqdır. Çox incə üyütmə elektrik xərclərini artıra və ayrılmanı çətinləşdirə bilər, çox kobud üyütmə isə qiymətli mineralları zəncəfil dibinə bağlı qoyur və bu da bərpanı azaldır.
3. Filiz Konsentrasiyası: Qiymətli Minerallar Ayrılması
Hissəcik ölçüsü uyğun olduqdan sonra, filiz metal tərkibini artırmaq üçün konsentrasiya metodlarından istifadə etməklə zənginləşdirilir. Ən çox istifadə edilən üsullardan bəziləri bunlardır:
1. Üzmə (köpüklü üzmə)
Mis, qurğuşun və sink kimi sulfid filizləri üçün olduqca təsirlidir. Prinsip mineral səth xüsusiyyətlərindəki fərqlərdən istifadə etməkdir. Müəyyən reagentlər hava qabarcıqlarına yapışan, sonra köpük kimi üzən və konsentrat kimi toplanan qiymətli mineralları hidrofob hala gətirir.
2. Cazibə qüvvəsinin ayrılması
Allüvial qızıl filizləri, kassiterit (SnO₂) və ya müəyyən dəmir mineralları kimi əhəmiyyətli sıxlıq fərqləri olduqda istifadə olunur. Avadanlıq jiq, spiral konsentrator və ya silkələmə masası ola bilər.
3. Maqnit ayırma
Maqnetit (Fe₃O₄) kimi maqnit mineralları və ya müəyyən çirkləri ayırmaq üçün uyğundur. Maqnit intensivliyi mineralın xüsusiyyətlərindən asılı olaraq aşağıdan yüksəkə tənzimlənə bilər.
4. Yuma və çeşidləmə
Müəyyən filizlər üçün gil çirkləri yuyulmaqla azaldıla bilər. Bu arada, çeşidləmə əl ilə və ya sensor əsaslı çeşidləmə istifadə edərək aşağı dərəcəli süxurları sonrakı emaldan əvvəl ayırmaq olar.
Bu mərhələnin nəticəsi təhlükəsiz şəkildə idarə olunmalı olan metalla zəngin konsentrat və tullantılar (qalıq)dır.
4. Pirometallurgiya: Yüksək İstilikdən İstifadə Edərək Metalların Çıxarılması
Pirometallurgiya, adətən ərimə və reduksiyanı əhatə edən yüksək temperaturlu reaksiyalar vasitəsilə metalların çıxarılması texnikasıdır. Dəmir və bir çox əlvan metalların istehsalının əsasını təşkil edir.
a. Qovurma və Kalsinasiya
– Qovurma: oksidlər və SO₂ istehsal etmək üçün sulfid filizinin oksigenlə qızdırılması. Misal: əritmədən əvvəl mis sulfid konsentratının emalı.
– Kalsinasiya: məsələn, bəzi sink filizlərində CO₂ və ya H₂O-nu buraxmaq üçün karbonatların və ya hidroksidlərin qızdırılması.
b. Əritmə və Reduksiya
Əritmə prosesində filiz və ya konsentrat reduksiyaedici (məsələn, koks və ya karbon) və flüs (məsələn, əhəngdaşı) ilə qarışdırılır və sonra sobada qızdırılır. Flüs, çirklərin əridilmiş metaldan ayrılan şlaka bağlanmasına kömək edir.
Ən məşhur nümunə dəmir filizi domna sobasıdır: dəmir filizi karbonmonoksitlə maye dəmirə (isti metal) çevrilir, silisium və digər çirklər isə əhəngdaşından CaO ilə birlikdə şlak əmələ gətirir.
c. İlkin Çevrilmə və Təkmilləşdirmə
Misdə əritmə adətən mat (sulfidlərin qarışığı) istehsal edir və sonra mis tərkibini artırmaq üçün çevrilir. Dəmirin polada çevrilməsi üçün isti metal karbonu azaltmaq və ərinti tərkibini idarə etmək üçün Əsas Oksigen Sobasında (BOF) və ya Elektrik Qövs Sobasında (EAF) emal olunur.
Pirometallurgiya böyük tutum və proses sürəti ilə fərqlənir, lakin yüksək enerji və emissiya nəzarət sistemləri (toz, SO₂, CO₂) tələb edir.
5. Hidrometallurgiya: Metalların məhlullar vasitəsilə çıxarılması
Hidrometallurgiya filizdən metalların selektiv şəkildə həll olunmasından (qleyləkləşdirmə) istifadə edir, sonra isə metalları çökdürmə, həlledici ekstraksiyası və ya elektrolitlə bərpa edir. Bu üsul çox vaxt aşağı dərəcəli və ya mürəkkəb filizlər üçün seçilir.
a. Yuyulma
Yuyulma növü metal və mineraldan asılıdır:
– Müəyyən mis oksidləri və ya lateritlər üçün kükürd turşusu.
– Qızıl və gümüş üçün siyanidləmə (çox ciddi təhlükəsizlik idarəetməsi ilə).
– Boksit üçün qələvi lehimləmə (Bayer prosesi alüminium oksidi istehsal edir).
Yüksək temperatur/təzyiq tələb edən reaksiyalar üçün qələviləşdirmə qələviləşdirmə yığınında, qələviləşdirmə çənində (reaktorda) və ya təzyiqli avtoklavda aparıla bilər.
b. Metalların ayrılması və bərpası
Metal həll edildikdən sonra məhlul çirklərdən təmizlənməlidir:
– Həlledici Ekstraksiya (SX) üzvi həlledicilərdən istifadə edərək müəyyən metal ionlarını ayırır.
– Çöküntü pH və reagentləri tənzimləməklə metalları və ya çirkləri çökdürür.
– Elektroqazanma (EW), məsələn, yüksək Cu tərkibli katod istehsal edən SX-EW misində elektrik cərəyanı vasitəsilə katod üzərində metal yatırır.
Hidrometallurgiya çox vaxt daha selektivdir və havaya atılan tullantıları azalda bilər, lakin yaxşı çirkab sularının idarə olunması və tullantıların sabitliyini tələb edir.
6. Elektrometallurgiya: Elektrik Əsaslı İstehsal və Emal
Elektrometallurgiya metalların istehsalı və ya təmizlənməsi üçün elektrik cərəyanından istifadə edir. İki vacib tətbiq sahəsi bunlardır:
1. Əridilmiş duz elektrolizi
Alüminium üçün istifadə olunur. Alüminium oksidi (Al₂O₃) əridilmiş kriolitdə həll olunur və sonra elektrolizə olunur (Hall-Héroult prosesi). Bu üsul çox enerji tələb edir, lakin alüminiumu birbaşa karbonla reduksiya etmək çətin olduğundan sənaye standartına çevrilib.
2. Elektrotəmizləmə
Mis kimi metalların təmizlənməsi: təmiz mis anod həll olur və təmiz mis katodun üzərində çökür. Qızıl və ya gümüş kimi qiymətli çirklər anod şlamı kimi toplana və daha da emal edilə bilər.
Elektrometallurgiya yüksək təmizlik istehsalında üstündür, lakin çox miqdarda elektrik enerjisinin mövcudluğuna və ciddi proses nəzarətinə əsaslanır.
7. Sənaye Məhsullarının Keyfiyyətinə Nəzarət, Ərinti və Formalaşdırılması
Çıxarılan metallar nadir hallarda tərkib düzəlişləri edilmədən birbaşa istifadə olunur. Sənaye müəssisələri adətən spesifik xüsusiyyətlərə nail olmaq üçün ərinti elementləri əlavə edirlər: paslanmayan poladda korroziyaya davamlılıq üçün xrom və nikel, möhkəmlik və formaya salınma üçün isə alüminium ərintilərində maqnezium və silisium. Əlavə emal deqazasiya, kükürdsüzləşdirmə və oksigen və azot nəzarətini əhatə edir. Daha sonra məhsul sənaye təchizat zəncirinin ehtiyaclarına uyğun olaraq tökmə, yayma, döymə və ya ekstruziya yolu ilə formaya salınır.
8. Ətraf Mühit və Davamlılıq Aspektləri
Metal hasilatı sənayesi ciddi çətinliklərlə üzləşir: istilik proseslərindən CO₂ emissiyaları, sulfid filizlərindən SO₂ emissiyaları və tullantıların idarə olunması. Buna görə də, müasir texnologiyalara kükürd turşusu istehsal etmək üçün kükürdün tutulması, elektrolizdə bərpa olunan enerjidən istifadə, proses suyunun təkrar emalı və tullantıların yüksək təhlükəsizlik standartlarına uyğun olaraq sabitləşdirilməsi daxildir. Bundan əlavə, bakirə filizdən asılılığı azaltmaq və karbon izini azaltmaq üçün metalın təkrar emalı (ikinci dərəcəli metallurgiya) getdikcə daha vacibdir.
Bağlanır
Sənaye istifadəsi üçün filizlərdən metalların istehsal prosesi mürəkkəb və bir-biri ilə əlaqəli bir sıra prosesləri əhatə edir: hazırlama və konsentrasiyadan tutmuş pirometallurgiya, hidrometallurgiya və elektrometallurgiyaya qədər. Hər bir metalın mineralın kimyəvi xüsusiyyətlərinə və iqtisadi və ekoloji tələblərinə əsasən fərqli bir yolu var. Texnoloji irəliləyişlərlə sənaye daha səmərəli, selektiv və davamlı proseslərə doğru irəliləməyə davam edir ki, inkişaf və innovasiya üçün metal ehtiyacları təhlükəsizlik və ekoloji dayanıqlılığa xələl gətirmədən ödənilsin.
