Co jest zaangażowane w rudę hutniczą?
Ruda hutnicza to proces, w którym skały zawierające metale w postaci mineralnej są ogrzewane, często z dodatkiem innych chemikaliów lub gazów, w celu oddzielenia metalu rodzimego do dalszego wykorzystania i przetwarzania. Uważa się, że miedź i srebro były najwcześniejszymi metalami wytopionymi przez ludzkość, a początki tego procesu sięgają wielu tysięcy lat wstecz do zarania cywilizacji. Wczesne wytapianie rud opartych na tlenkach, takich jak żelazo, wymagało wprowadzenia węgla do pieca do wytopu w postaci węgla drzewnego, gdzie węgiel wiązałby się z tlenem w rudzie w wysokich temperaturach i uwalniał metal nieszlachetny. Wiele wczesnych epok w rozwoju cywilizacji nosi imię popularnej technologii wytapiania tego okresu lub jej braku, takiej jak epoka kamienia, epoka brązu i epoka żelaza.
Współczesny piec do wytapiania jest zwykle dużą, poddaną obróbce cieplnej stalową komorą reaktora wyłożoną węglem i często znaną jako ogniwo redukcyjne. Komorę ogrzewa się do temperatury topnienia metalu i poddaje się reakcji z chemikaliami, które wiążą się z jej utleniaczami. Metal jest odprowadzany, a stały materiał odpadowy, znany jako żużel, jest przechowywany w celu bezpiecznego usunięcia. Wiadomo, że techniki wytapiania są ciężkimi zanieczyszczeniami środowiska, ponieważ mogą wytwarzać ścieki i zanieczyszczenia metalami ciężkimi, takimi jak arsen, kadm i rtęć, które zanieczyszczają lokalne drogi wodne.
Powszechną skargą związaną z topieniem rudy było to, że sprzęt powoduje także niebezpieczne zanieczyszczenie powietrza, które prowadzi do kwaśnych deszczy. Potencjalnie powodując uszkodzenie atmosfery w postaci mgły kwasu siarkowego, wynikiem wytapiania siarczków metali jest emisja gazowego dwutlenku siarki, który reaguje z atmosferą. Przykładem tego jest siarczek miedzi CuFeS 2 , który jest wytapiany w podobny sposób jak przed wiekami. Kwaśne deszcze są nie tylko szkodliwe dla populacji ludzi i zwierząt, ale mogą również zwiększyć poziom kwasowości w glebie, ponieważ większość roślin nie może dobrze się rozwijać w środowisku o wysokiej kwasowości. Współczesne narzędzia do wytapiania polegają teraz na zastosowaniu elektrofiltrów, które służą jako płuczki powietrzne w celu zmniejszenia emisji, oraz recyklingu przetopionych ścieków z powrotem do procesu zamiast ich uwalniania do środowiska.
Nowsza metoda wytapiania rudy obejmuje tak zwany piec błyskawiczny, który służy do wytapiania czegokolwiek, od miedzi po cynę lub aluminium. Jest to bardziej zamknięty system środowiskowy niż tradycyjne huty i w dużej mierze egzotermiczny, w którym huta wytwarza ciepło w wyniku reakcji chemicznych zamiast przede wszystkim ze źródeł zewnętrznych. Ruda do wytapiania tlenku glinu jest przetwarzana w ten sposób w aluminium w komorze reakcyjnej, która działa w temperaturach od 1778 ° do 2102 ° Fahrenheita (970 ° do 1150 ° Celsjusza). Ogniwo reakcyjne jest również naładowane elektrycznie, co pomaga usunąć zanieczyszczenia i reaguje z tlenkiem glinu z węglem z wytworzeniem glinu i dwutlenku węgla.
Piec błyskawiczny bierze swoją nazwę od procesu wytapiania rudy, w której tlenki siarki w rudzie są natychmiast przekształcane w gazowy dwutlenek siarki. Gaz ten jest odprowadzany przez nowe rodzaje narzędzi do wytapiania w piecu, magazynowany i sprzedawany do innych zastosowań przemysłowych. Wprawdzie zwiększa to bezpieczeństwo wytapiania, ale konwersja na piece szybowe ze starszych modeli spiekania i wielkich pieców do wytapiania rudy rozpoczęła się dopiero w połowie lat dziewięćdziesiątych. Zanieczyszczenia są nadal znaczącym problemem w przemyśle hutniczym, a ziemia wokół hut była tradycyjnie pustkowiem, na którym nie rozwijałoby się nic naturalnego.