Kas ir kausēšanas iekārta?

Metāli sāk savu pārstrādes laiku kā rūda. Rūdu parasti definē kā iezi vai minerālu grupu, kam ir potenciāla ekonomiskā vērtība. Rūda nesatur tikai interesējošo metālu. Piemēram, dzelzsrūda ir iezis, kas satur dzelzi, kas saistīta ar citiem ķīmiskiem savienojumiem un minerāliem. Rūdas kausēšana ir interesējošā metāla atdalīšanas process no sākotnējā iežu.

Kausēšana, kā tas, iespējams, liek domāt, ietver rūdas daļēju kausēšanu. Rūda ir jāuzsilda oksidējošā vidē, līdz ķīmiskās vielas sāk mobilizēties vai kļūst pieejamas. Atsevišķus piemaisījumus var noņemt ar siltumu, un, ja interesējošais metāls ir sulfīda formā, var pietikt ar siltumu un skābekļa klātbūtni, lai to pārvērstu oksīdā. Tomēr nav iespējams vienkārši izkausēt metālu no rūdas.

Kausēšanai papildus siltumam nepieciešams arī reducētājs. Interesējošais metāls, iespējams, pastāv kā oksīds vai tiks pārveidots par oksīdu sākotnējās sildīšanas laikā. Pietiekami spēcīgs reducētājs spēj pārvērst oksīdu tīrā metālā un dažos atkritumos.

Viens no agrīnajiem kausēšanas iekārtas piemēriem bija ziedkopa, ko kalējs izmantoja dzelzsrūdas kausēšanai. Ziedkopā dzelzsrūdu karsē ogles vai tīras oglekļa degvielas un kustīga gaisa klātbūtnē. Kad rūda tiek karsēta, oglekļa monoksīds no oglēm samazina dzelzs oksīdu.

Kausēšanas reakcija ziedkopā rada salīdzinoši tīru dzelzs metālu un oglekļa dioksīdu kā atkritumu produktu. Kad plēšas pūš cauri ziedēšanai, oglekļa dioksīds tiek evakuēts, ļaujot reakcijai turpināties. Metāls un piemaisījumi, ko sauc par izdedžiem, nokrīt uz krāsns dibenu, samazinot dzelzsrūdas daudzumu. Parasti gludekli karsē otrreiz, lai no tagad kaltās dzelzs izdalītu izdedžus.

Vēl viens agrīns dzelzs kausēšanas veids ir domnas krāsns, kurai Ķīnā ir īpaši sena vēsture. Tomēr līdz 1800. gadu vidum dzelzsrūda tika izkausēta tēraudā, kas ir daudz tīrāks dzelzs metāla veids. Šī rūpnieciskā pāreja uz tērauda ražošanu bija iespējama, attīstot Bessemer procesu, kurā gaiss, kas izpūsts caur kausētu dzelzi, spēj noņemt lielāko daļu piemaisījumu. Sākot ar 1950. gadu, dominējošā ieguves metode, kas atrasta konkrētajā dzelzs kausēšanas rūpnīcā, kļuva par pamata skābekļa tērauda ražošanu (BOS). BOS uzlabo Bessemer pamatprocesu, izpūšot tīru skābekli caur izkausētu dzelzi, kas krasi uzlabo kausēšanas iekārtas efektivitāti.

Daudzi citi metāli tiek kausēti kā ieguves metode, un daudzās dažādās kausēšanas rūpnīcās un kausēšanas iekārtās tiek izmantoti tie paši pamatprincipi. Turklāt alumīnija ieguvi sauc arī par kausēšanu. Alumīnija kausēšanas iekārtas atšķiras ar to, ka tās veic elektrolītisku procesu. Elektriskā strāva tiek laista caur šķidru kausētu kriolītu, kurā ir izšķīdināts alumīnija oksīds. Atbilstošā oksidēšanās un reducēšana, kas notiek pie elektriskā anoda un katoda, pārvērš alumīnija oksīdu tīrā alumīnijā.