Was ist eine Schmelzanlage?
Eine Schmelzanlage ist ein Industriestandort, an dem Metall für das Roherz gewonnen wird. Übliche Beispiele für das Schmelzen von Metallen sind Zinn, Blei, Kupfer, Bronze und Eisen. Die Gewinnung von reinem Aluminium wird auch als Schmelzen bezeichnet, obwohl sich das Verfahren erheblich von dem der anderen Erze unterscheidet.
Metalle beginnen ihre Verarbeitungszeit als Erz. Ein Erz wird im Allgemeinen als ein Gestein oder eine Gruppe von Mineralien mit potenziellem wirtschaftlichem Wert definiert. Das Erz enthält nicht nur das interessierende Metall. Beispielsweise ist Eisenerz ein Gestein, das Eisen enthält, das mit anderen chemischen Verbindungen und Mineralien verbunden ist. Beim Schmelzen von Erz wird das interessierende Metall von seinem ursprünglichen Gestein entfernt.
Beim Schmelzen wird, wie der Klang vielleicht vermuten lässt, das Erz teilweise geschmolzen. Das Erz muss in einer oxidierenden Umgebung erhitzt werden, bis die Chemikalien zu mobilisieren beginnen oder verfügbar werden. Bestimmte Verunreinigungen können durch Wärme ausgetrieben werden, und wenn das interessierende Metall in Form eines Sulfids vorliegt, können Wärme und die Anwesenheit von Sauerstoff ausreichen, um es in ein Oxid umzuwandeln. Es ist jedoch nicht möglich, das Metall einfach aus dem Erz herauszuschmelzen.
Zum Schmelzen wird neben Wärme auch ein Reduktionsmittel benötigt. Das interessierende Metall liegt wahrscheinlich als Oxid vor oder wird während des anfänglichen Erhitzens in ein Oxid umgewandelt. Ein ausreichend starkes Reduktionsmittel kann das Oxid in das reine Metall und ein gewisses Abfallprodukt umwandeln.
Eines der frühen Beispiele für eine Schmelzanlage war eine Blüte, die von einem Schmied zum Schmelzen von Eisenerz verwendet wurde. Innerhalb einer Blüte wird Eisenerz in Gegenwart von Holzkohle oder reinem Kohlenstoffbrennstoff und bewegter Luft erhitzt. Während das Erz erhitzt wird, reduziert das Kohlenmonoxid aus der Holzkohle das Eisenoxid.
Die Schmelzreaktion innerhalb einer Blüte erzeugt ein relativ reines Eisenmetall und Kohlendioxid als Abfallprodukt. Während der Balg durch die Blüte bläst, wird das Kohlendioxid abgesaugt, so dass die Reaktion fortgesetzt werden kann. Das Metall und die Verunreinigungen, Schlacke genannt, fallen auf den Boden des Ofens, wenn das Eisenerz reduziert wird. In der Regel wird das Eisen ein zweites Mal erhitzt, um die Schlacke aus dem jetzt geschmiedeten Eisen herauszuschlagen.
Eine andere frühe Form des Eisenschmelzens ist der Hochofen, der in China eine besonders alte Geschichte hat. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Eisenerz jedoch zu Stahl geschmolzen, der eine viel reinere Form des Eisenmetalls darstellt. Dieser industrielle Übergang zur Stahlherstellung wurde durch die Entwicklung des Bessemer-Verfahrens ermöglicht, bei dem durch Eisenschmelze geblasene Luft die meisten Verunreinigungen entfernen kann. Ab 1950 wurde die in einer Eisenschmelzanlage vorherrschende Extraktionsmethode zur Herstellung von Sauerstoffstahl (BOS). BOS verbessert das grundlegende Bessemer-Verfahren, indem reiner Sauerstoff durch die Eisenschmelze geblasen wird, was die Effizienz der Schmelzanlage drastisch verbessert.
Viele andere Metalle werden als Extraktionsmethode geschmolzen, und viele der Techniken der verschiedenen Schmelzanlagen und Schmelzgeräte folgen denselben Grundprinzipien. Die Gewinnung von Aluminium wird auch als Schmelzen bezeichnet. Aluminiumschmelzanlagen unterscheiden sich darin, dass sie einen elektrolytischen Prozess durchführen. Elektrischer Strom wird durch flüssiges geschmolzenes Kryolith geleitet, in dem Aluminiumoxid gelöst worden ist. Die entsprechende Oxidation und Reduktion, die an der elektrischen Anode und Kathode auftritt, wandelt das Aluminiumoxid in reines Aluminium um.