Bagaimana Logam Bukan Ferus Dibuat
Logam bukan ferus, termasuk aluminium, kuprum, plumbum, zink dan titanium, antara lain, memainkan peranan yang sangat penting dalam pelbagai industri. Tidak seperti logam ferus, logam bukan ferus tidak mengandungi besi dan secara amnya lebih tahan kakisan, lebih ringan dan lebih mudah dibentuk. Memahami kaedah pengeluaran logam ini adalah penting untuk memahami kepentingan dan aplikasinya. Artikel ini mengkaji kaedah pengekstrakan, penapisan dan pemprosesan logam bukan ferus, mengetengahkan sains dan kejuruteraan yang membawanya dari bijih ke pasaran.
Pengekstrakan Bijih
Perjalanan logam bukan ferus bermula dengan perlombongan. Perlombongan melibatkan pengekstrakan bijih dari bumi, iaitu bahan pepejal semula jadi yang terdiri daripada sebatian logam yang dicampur dengan bahan lain. Kaedah perlombongan boleh berbeza-beza dengan ketara berdasarkan logam dan persekitaran semula jadinya.
1. Perlombongan Terbuka: Ini adalah kaedah paling biasa untuk mengekstrak bijih berhampiran permukaan bumi. Lubang besar digali untuk mengakses deposit bijih. Bijih kemudiannya diletupkan dengan bahan letupan, dimuatkan ke atas trak dan diangkut ke kemudahan pemprosesan.
2. Perlombongan Bawah Tanah: Digunakan untuk mendapan bijih yang mendalam, kaedah ini melibatkan penciptaan terowong dan aci untuk mencapai dan mengekstrak bijih. Kaedah ini lebih memerlukan tenaga kerja yang intensif dan memerlukan langkah keselamatan yang ketara.
Kepekatan Bijih
Selepas pengekstrakan, bijih mesti dipekatkan untuk mengasingkan kandungan logam berharga daripada bahan buangan. Teknik pemekatan termasuk:
1. Penghancuran dan Pengisaran: Bijih dipecahkan kepada kepingan yang lebih kecil untuk membebaskan mineral yang mengandungi logam daripada batuan buangan.
2. Pengapungan: Bijih yang dikisar halus dicampurkan dengan air dan bahan kimia untuk membentuk buburan. Gelembung udara diperkenalkan, menyebabkan mineral kaya logam melekat pada gelembung dan terapung ke permukaan untuk dikumpulkan.
3. Pemisahan Magnet: Berguna untuk bijih yang mengandungi logam magnetik, kaedah ini melibatkan penggunaan magnet untuk menarik dan memisahkan komponen kaya logam daripada sisa bukan logam.
4. Pemisahan Graviti: Ini melibatkan penggunaan perbezaan ketumpatan antara mineral yang mengandungi logam dan bahan buangan untuk memisahkannya melalui graviti.
Peleburan
Bijih pekat menjalani peleburan untuk mengekstrak logam. Peleburan melibatkan pemanasan bijih dalam relau pada suhu tinggi dengan kehadiran agen penurunan, secara tradisinya karbon dalam bentuk kok, untuk menghilangkan bendasing dan memisahkan logam. Teknik khusus berbeza-beza berdasarkan logam yang diproses.
1. Relau Letupan: Terutamanya digunakan untuk logam seperti kuprum dan plumbum, bijih, agen penurun dan fluks ditambah ke dalam relau, menghasilkan logam dan sanga (sisa).
2. Relau Arka Elektrik: Digunakan untuk mengitar semula dan menapis logam, relau ini menghasilkan suhu tinggi melalui arka elektrik untuk mencairkan logam.
3. Pemanggangan dan Penurunan: Dalam beberapa proses, seperti rawatan bijih sulfida, bijih dipanggang untuk menukar sulfida logam kepada oksida, yang kemudiannya dikurangkan untuk menghasilkan logam.
Pengurangan Elektrolitik
Bagi logam seperti aluminium dan magnesium, yang sangat reaktif dan sukar dihasilkan melalui peleburan tradisional, proses penurunan elektrolitik digunakan. Ini melibatkan pelarutan bijih logam dalam larutan dan penggunaan arus elektrik untuk mengurangkan dan memendapkan logam di katod.
1. Proses Hall-Héroult: Digunakan untuk pengeluaran aluminium, bijih bauksit ditapis untuk menghasilkan alumina, yang kemudiannya dilarutkan dalam kriolit cair. Arus elektrik melaluinya, mengurangkan alumina kepada logam aluminium.
2. Pemenang elektro: Sering digunakan untuk pengeluaran kuprum, di mana larutan kuprum sulfat menjalani elektrolisis untuk mendapan kuprum tulen pada katod.
Penapisan dan Pengaloian
Setelah diekstrak, logam akan ditulenkan selanjutnya untuk mencapai komposisi yang diingini dan membuang sisa bendasing. Kaedah penapisan termasuk:
1. Penapisan Api: Melibatkan peleburan logam dan penyingkiran bendasing.
2. Penapisan Elektrolitik: Logam tak tulen digunakan sebagai anod dalam sel elektrolitik, di mana logam tulen dimendapkan di katod. Ini digunakan secara meluas untuk logam seperti kuprum dan perak.
Pengaloian, proses penambahan unsur lain untuk meningkatkan sifat, berlaku selepas itu. Aloi bukan ferus seperti loyang (kuprum dan zink), gangsa (kuprum dan timah), dan duralumin (aluminium dan kuprum) dicipta untuk meningkatkan sifat mekanikal, tahan kakisan atau estetik.
Membentuk dan Membentuk
Selepas penapisan, logam bukan ferus dituang atau ditempa mengikut bentuk yang diperlukan. Kaedah termasuk:
1. Tuangan: Logam cair dituang ke dalam acuan untuk mendapatkan bentuk yang diingini. Teknik yang berbeza termasuk tuangan pasir, tuangan acuan dan tuangan berterusan.
2. Penggelek: Logam dilalukan melalui satu siri penggelek untuk mencapai ketebalan dan bentuk yang diingini, yang biasanya digunakan untuk kepingan, plat dan kerajang.
3. Penyemperitan: Logam dipaksa melalui acuan untuk menghasilkan bentuk panjang dengan keratan rentas seragam, digunakan untuk paip, rod dan profil.
4. Penempaan: Logam dibentuk dengan menggunakan daya mampatan, menghasilkan bahagian yang kuat dan tahan lama.
Aplikasi Logam Bukan Ferus
Disebabkan sifat uniknya, logam bukan ferus menemui aplikasi dalam pelbagai industri:
1. Aluminium: Ringan dan tahan kakisan, digunakan dalam pesawat, automobil, pembungkusan dan pembinaan.
2. Kuprum: Kekonduksian elektrik dan terma yang sangat baik, penting untuk pendawaian elektrik, paip dan elektronik.
3. Plumbum: Tumpat dan mudah dibentuk, digunakan dalam bateri, pelindung sinaran dan bahan binaan.
4. Zink: Tahan kakisan, digunakan untuk keluli tergalvani, aloi tuangan acuan dan sebagai makanan tambahan dalam industri kimia.
5. Titanium: Nisbah kekuatan-kepada-berat yang tinggi dan rintangan kakisan, penting untuk aeroangkasa, implan perubatan dan barangan sukan.
Kesimpulan
Proses rumit perlombongan, pemekatan, peleburan, penapisan dan pembentukan mengubah bijih logam bukan ferus menjadi blok binaan penting dalam industri moden. Dengan memahami proses ini, kita menghargai keajaiban kejuruteraan yang membolehkan penghasilan logam yang penting dalam kehidupan seharian kita dan teknologi canggih. Seiring perkembangan teknologi, begitu juga kaedah kita untuk memanfaatkan sumber semula jadi yang tidak ternilai ini, memastikan tempatnya dalam inovasi masa hadapan.
