Vad är en smältanläggning?
En smältverk är en industriell plats där metall utvinns för råmalm. Vanliga exempel på metallsmältning inkluderar tenn, bly, koppar, brons och järn. Extraktion av rent aluminium kallas också smältning, även om processen skiljer sig väsentligt från de andra malmerna.
Metaller börjar sin livslängd som malm. En malm definieras generellt som en sten eller en grupp mineraler som har potentiellt ekonomiskt värde. Malmen innehåller inte bara den intressanta metallen. Till exempel är järnmalm en sten som innehåller järn bundet med andra kemiska föreningar och mineraler. Smältmalm är processen att ta bort metallen av intresse från dess ursprungliga sten.
Smältning, som dess ljud kanske antyder, involverar delvis smältning av malmen. Malmen måste värmas upp i en oxiderande miljö tills kemikalierna börjar mobiliseras eller blir tillgängliga. Vissa föroreningar kan drivas av med värme, och om metallen av intresse är i form av en sulfid kan värme och närvaron av syre vara tillräckligt för att omvandla den till en oxid. Det är dock inte möjligt att helt enkelt smälta metallen ur malmen.
Förutom värme kräver smältning också ett reducerande medel. Den intressanta metallen existerar troligen som en oxid eller kommer att omvandlas till en oxid under den initiala uppvärmningen. Ett tillräckligt starkt reduktionsmedel kommer att kunna omvandla oxiden till den rena metallen och en viss avfallsprodukt.
Ett av de tidiga exemplen på en smältanläggning var en blommery som användes av en smed för att smälta järnmalm. Inom en blomsterhand värms järnmalm i närvaro av kol eller rent kolbränsle och rörlig luft. När malmen upphettas minskar kolmonoxiden från kolet järnoxiden.
Smältningsreaktionen inom ett blomsterverk producerar en relativt ren järnmetall och koldioxid som en avfallsprodukt. När bälgen blåser genom blomningen, evakueras koldioxiden, vilket gör att reaktionen kan fortsätta. Metallen och föroreningarna, kallat slagg, faller till botten av ugnen när järnmalmen reduceras. Typiskt värms järnet upp en andra gång för att hamra ut slaggen från det nu smidesjärnet.
En annan tidig form av järnsmältning är masugnen, som har en särskilt gammal historia i Kina. I mitten av 1800-talet smältes dock järnmalm till stål, vilket är en mycket renare form av järnmetallen. Denna industriella övergång till tillverkning av stål möjliggjordes genom utvecklingen av Bessemer-processen, där luft blåst genom smält järn kan ta bort de flesta föroreningar. Från och med 1950 blev den dominerande utvinningsmetoden i en viss järnsmältanläggning grundläggande syreståltillverkning (BOS). BOS förbättrar den grundläggande Bessemer-processen genom att blåsa rent syre genom det smälta järnet, vilket drastiskt förbättrar smältanläggningens effektivitet.
Många andra metaller genomgår smältning som en metod för utvinning, och många av teknikerna för de olika smältverk och smältutrustning följer samma grundprinciper. Dessutom kallas extraktion av aluminium också smältning. Aluminiumsmältanläggningar skiljer sig åt i att de utför en elektrolytisk process. Elektrisk ström leds genom flytande smält kryolit, i vilken aluminiumoxid har lösts upp. Motsvarande oxidation och reduktion som sker vid den elektriska anoden och katoden omvandlar aluminiumoxiden till rent aluminium.