Wat is een smeltinstallatie?
Een smeltfabriek is een industriële locatie waar metaal wordt gewonnen voor ruw erts. Veel voorkomende voorbeelden van metaalsmelten zijn tin, lood, koper, brons en ijzer. De extractie van puur aluminium wordt ook wel smelten genoemd, hoewel het proces aanzienlijk verschilt van dat van de andere ertsen.
Metalen beginnen hun verwerkingsleven als erts. Een erts wordt over het algemeen gedefinieerd als een rots, of groep mineralen, die potentiële economische waarde heeft. Het erts bevat niet alleen het interessante metaal. IJzererts is bijvoorbeeld een rots die ijzer bevat dat is verbonden met andere chemische verbindingen en mineralen. Het smelten van erts is het proces waarbij het interessante metaal uit zijn oorspronkelijke rots wordt verwijderd.
Smelten, zoals het geluid misschien suggereert, houdt in dat het erts gedeeltelijk wordt gesmolten. Het erts moet worden verwarmd in een oxiderende omgeving totdat de chemicaliën beginnen te mobiliseren of beschikbaar komen. Bepaalde onzuiverheden kunnen met warmte worden verdreven, en als het metaal van belang de vorm heeft van een sulfide, kan warmte en de aanwezigheid van zuurstof voldoende zijn om het in een oxide om te zetten. Het is echter niet mogelijk om het metaal eenvoudig uit het erts te smelten.
Naast warmte vereist het smelten ook een reductiemiddel. Het metaal van interesse bestaat waarschijnlijk als een oxide, of zal tijdens de initiële verwarming worden omgezet in een oxide. Een sterk genoeg reductiemiddel zal in staat zijn het oxide om te zetten in het zuivere metaal en enig afvalproduct.
Een van de vroege voorbeelden van een smeltinstallatie was een bloementuin, gebruikt door een smid om ijzererts te smelten. In een bloementuin wordt ijzererts verwarmd in aanwezigheid van houtskool of pure koolstofbrandstof en bewegende lucht. Terwijl het erts wordt verwarmd, vermindert de koolmonoxide uit de houtskool het ijzeroxide.
De smeltreactie in een bloementuin produceert een relatief zuiver ijzermetaal en koolstofdioxide als afvalproduct. Terwijl de balg door de bloeierij blaast, wordt het koolstofdioxide geëvacueerd, waardoor de reactie kan doorgaan. Het metaal en onzuiverheden, slakken genoemd, vallen op de bodem van de oven naarmate het ijzererts wordt verminderd. Meestal wordt het ijzer een tweede keer verwarmd om de slak uit het nu smeedijzer te hameren.
Een andere vroege vorm van smelten van ijzer is de hoogoven, die een bijzonder oude geschiedenis heeft in China. Tegen het midden van de 19e eeuw werd ijzererts echter gesmolten tot staal, wat een veel zuiverdere vorm van het ijzermetaal is. Deze industriële overgang naar het maken van staal werd mogelijk gemaakt door de ontwikkeling van het Bessemer-proces, waarbij lucht die door gesmolten ijzer wordt geblazen de meeste onzuiverheden kan verwijderen. Beginnend in 1950, werd de dominante extractiemethode die in een bepaalde ijzersmeltfabriek werd gevonden basale zuurstofstaalproductie (BOS). BOS verbetert het basale Bessemer-proces door pure zuurstof door het gesmolten ijzer te blazen, wat de efficiëntie van de smeltinstallatie drastisch verbetert.
Veel andere metalen ondergaan een smeltmethode als extractiemethode, en veel van de technieken van de verschillende smeltfabrieken en smeltapparatuur volgen dezelfde basisprincipes. Bovendien wordt de extractie van aluminium ook wel smelten genoemd. Aluminium smelterijen verschillen omdat ze een elektrolytisch proces uitvoeren. Elektrische stroom wordt geleid door vloeibaar gesmolten cryoliet, waarin aluminiumoxide is opgelost. De overeenkomstige oxidatie en reductie die optreedt bij de elektrische anode en kathode zet het aluminiumoxide om in puur aluminium.