ถลุง

เป็นเทคโนโลยีการกลั่นซึ่งหมายถึงการสกัดโลหะจากแร่โดยการคั่ว การถลุง อิเล็กโทรไลซิส และการใช้สารเคมี ลดสิ่งเจือปนในโลหะหรือเพิ่มส่วนประกอบบางอย่างในโลหะเพื่อปรับแต่งโลหะที่ต้องการ

การจำแนกประเภทการถลุง

รายงาน

แก้ไข

การถลุงแบ่งออกเป็นแบบไพโรเมทัลโลหการ ไฮโดรเมทัลโลหกรรม หรือการสะสมทางเคมีไฟฟ้า

ไพโรโลหะวิทยา

(ไพโรเมทัลโลวิทยา)

หรือที่รู้จักกันในชื่อโลหะวิทยาแห้ง แร่และสารเติมแต่งที่จำเป็นจะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงในเตาเผา แล้วละลายเป็นของเหลว และเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่จำเป็นเพื่อแยกโลหะดิบ จากนั้นโลหะดิบจะถูกทำให้บริสุทธิ์

วิทยาโลหะวิทยา

(โลหะวิทยา)

ไฮโดรเมทัลโลวิทยาเป็นกระบวนการทางโลหะวิทยาที่ใช้สารละลายกรด ด่าง และเกลือในน้ำเพื่อแยกส่วนประกอบโลหะที่ต้องการออกจากแร่ทางเคมี จากนั้นใช้วิธีการต่างๆ เช่น สารละลายอิเล็กโทรไลซิสในน้ำเพื่อผลิตโลหะ วิธีการนี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับแร่คุณภาพต่ำ แร่ทนไฟ หรือแร่ผงขนาดเล็ก ปัจจุบัน 75% ของสังกะสีและแคดเมียมในโลกผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายแบบคั่ว-ชะ-ละลายในน้ำ วิธีการนี้ได้เข้ามาแทนที่การถลุงสังกะสีแบบไพโรเมทัลโลจิคัลก่อนหน้านี้เป็นส่วนใหญ่ โลหะที่แยกยากอื่นๆ เช่น นิกเกิล-โคบอลต์ เซอร์โคเนียม-แฮฟเนียม แทนทาลัม-ไนโอเบียม และโลหะแรร์เอิร์ธ จะถูกแยกออกด้วยเทคนิคไฮโดรเมทัลโลหกรรม เช่น การสกัดด้วยตัวทำละลายหรือการแลกเปลี่ยนไอออน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง

กระบวนการทางโลหะวิทยาที่ใช้ตัวทำละลายในการสกัดและแยกโลหะออกจากวัตถุดิบด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาเคมี (รวมถึงปฏิกิริยาออกซิเดชัน การรีดิวซ์ การทำให้เป็นกลาง ไฮโดรไลซิส และปฏิกิริยาเชิงซ้อน) โลหะผสมน้ำมีสี่ขั้นตอนหลัก: 1 ใช้ตัวทำละลายเพื่อถ่ายโอนส่วนประกอบที่เป็นประโยชน์ในวัตถุดิบไปเป็นสารละลาย ซึ่งก็คือ การชะล้าง 2 แยกสารละลายชะล้างออกจากสารตกค้าง และนำตัวทำละลายทางโลหะวิทยาและไอออนของโลหะที่สะสมอยู่ในสารตกค้างกลับมาใช้ใหม่ 3 ทำให้สารละลายชะล้างบริสุทธิ์และเพิ่มคุณค่า โดยปกติจะใช้เทคโนโลยีการแลกเปลี่ยนไอออนและการสกัดด้วยตัวทำละลาย หรือวิธีการตกตะกอนทางเคมีอื่นๆ ④ แยกโลหะหรือสารประกอบออกจากสารละลายบริสุทธิ์

โลหะวิทยาอุทกวิทยามีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมสังกะสี อลูมิเนียม ทองแดง ยูเรเนียม และอุตสาหกรรมอื่นๆ อลูมิเนียมออกไซด์ ยูเรเนียมออกไซด์ สังกะสีส่วนใหญ่และทองแดงบางส่วนในโลกทั้งหมดผลิตโดยวิธีไฮโดรเมทัลโลหการ ข้อดีของไฮโดรเมทัลโลวิทยาคือการนำไปใช้กับแร่คุณภาพต่ำมาก (ทอง ยูเรเนียม) และในสถานการณ์ที่โลหะที่คล้ายกัน (ฮาฟเนียมและเซอร์โคเนียม) แยกได้ยาก และเมื่อเทียบกับการทำไพโรเมทัลโลหการ การหมุนเวียนของวัสดุค่อนข้างง่าย การฟื้นตัวของโลหะมีค่าในวัตถุดิบอย่างครอบคลุมนั้นสูง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปกป้องสิ่งแวดล้อม และกระบวนการผลิตก็ง่ายกว่าเพื่อให้บรรลุความต่อเนื่องและเป็นอัตโนมัติ

การผลิตเหล็กส่วนใหญ่ใช้เหล็กพิกที่ผลิตในเตาถลุงเหล็ก เหล็กฟองน้ำที่ทำโดยการผลิตเหล็กลดโดยตรง และเศษเหล็กเป็นวัตถุดิบ และใช้วิธีการต่างๆ ในการผลิตเหล็ก วิธีการผลิตเหล็กหลัก ได้แก่ การผลิตเหล็กกล้าแบบคอนเวอร์เตอร์ การผลิตเหล็กกล้าแบบเปิดเตา และการผลิตเหล็กกล้าด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า (ดูเหล็ก คอนเวอร์เตอร์ เตาแบบเปิดเตา เตาอาร์กไฟฟ้า) กระบวนการผลิตเหล็กทั้งสามขั้นตอนข้างต้นสามารถตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ทั่วไปในด้านคุณภาพเหล็ก เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพที่สูงขึ้นและเหล็กเกรดสูงที่หลากหลายมากขึ้น จึงได้มีการคิดค้นวิธีการต่างๆ มากมายสำหรับการบำบัดเหล็กหลอมเหลวนอกเตา (หรือที่เรียกว่าการกลั่นนอกเตา) ตัวอย่างเช่น การเป่าด้วยอาร์กอน การกำจัดแก๊สในสุญญากาศ การกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์นอกเตา เป็นต้น หลังจากการบำบัดเพิ่มเติมของเหล็กหลอมเหลวที่ผลิตโดยคอนเวอร์เตอร์ เตาแบบเปิดเตา และเตาอาร์คไฟฟ้า ก็จะสามารถผลิตเกรดเหล็กคุณภาพสูงได้ สำหรับการใช้งานพิเศษบางอย่าง จำเป็นต้องใช้เหล็กที่มีคุณภาพสูงมาก และการบำบัดนอกเตาไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ ดังนั้นจึงต้องใช้วิธีการผลิตเหล็กแบบพิเศษ ตัวอย่างเช่น การถลุงแร่ด้วยไฟฟ้าเป็นกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ โดยเหล็กที่ถลุงในคอนเวอร์เตอร์ เตาแบบเปิด เตาหลอมไฟฟ้า ฯลฯ จะถูกหล่อหรือหลอมเป็นอิเล็กโทรด และหลอมใหม่อีกครั้งด้วยความร้อนต้านทานของตะกรันหลอมเหลว โลหะวิทยาสุญญากาศเป็นกระบวนการทางโลหะวิทยาที่ดำเนินการภายใต้สภาวะต่ำกว่า 1 บรรยากาศไปจนถึงสุญญากาศที่สูงเป็นพิเศษ ซึ่งรวมถึงการถลุง การทำให้บริสุทธิ์ การกลั่น การขึ้นรูป และการแปรรูปโลหะและโลหะผสม

หลังจากที่เหล็กหลอมละลายถูกหลอมในเตาหลอมเหล็กแล้ว จะต้องเทลงในแม่พิมพ์โดยใช้ทัพพีเหล็ก (ทัพพี) และแข็งตัวเป็นแท่งโลหะหรือแท่งเหล็กบางรูปร่างก่อนจึงจะสามารถนำไปแปรรูปได้ การหล่อโลหะสามารถแบ่งได้เป็นการหล่อบนและการหล่อล่าง โดยทั่วไปแล้ว โลหะหล่อส่วนบนจะมีโครงสร้างภายในที่ดีกว่า มีการรวมน้อยกว่า และต้นทุนการดำเนินงานต่ำ เหล็กหล่อตัวล่างมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี แต่เนื่องจากมันผ่านท่อฉีดตรงกลางและช่องซุป จึงมีการรวมตัวในเหล็กเพิ่มขึ้น ในแง่ของการหล่อโลหะ เทคโนโลยีใหม่ๆ ได้เกิดขึ้น เช่น การหล่อเหล็กต่อเนื่อง การหล่อด้วยแรงดัน และการหล่อแบบสุญญากาศ

การผลิตเหล็กสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การผลิตเหล็กด้วยเตาหลอมเหล็ก และบางแห่งใช้การผลิตเหล็กแบบลดขนาดโดยตรงและการผลิตเหล็กด้วยเตาไฟฟ้า การทำเหล็กด้วยเตาถลุงเหล็กคือการลดแร่เหล็กในเตาถลุงเหล็ก ละลายและผลิตเหล็กหมู วิธีการนี้ใช้งานง่าย ใช้พลังงานต่ำ ต้นทุนต่ำ และสามารถผลิตได้จำนวนมาก นอกจากเหล็กหมูบางชนิดที่ใช้หล่อแล้ว ส่วนใหญ่ยังใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กอีกด้วย เนื่องจากการขาดแคลนถ่านหินโค้กคุณภาพสูงที่เหมาะสมสำหรับการถลุงเตาถลุงเหล็กเพิ่มมากขึ้น วิธีการทำเหล็กที่ไม่ใช่เตาหลอมที่ไม่ใช้โค้ก แต่ใช้แหล่งพลังงานอื่นจึงเกิดขึ้นทีละขั้นตอน การทำเหล็กลดโดยตรงคือการลดแร่ในสถานะของแข็งด้วยก๊าซหรือตัวรีดิวซ์ที่เป็นของแข็ง และหลอมให้เป็นเหล็กฟองน้ำแข็งหรือกึ่งหลอมเหลว เม็ดโลหะหรือเหล็กเม็ดที่มีองค์ประกอบเจือปนจำนวนเล็กน้อยที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลว ของสินแร่ซึ่งใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็ก (สามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กหรือหล่อด้วยเตาถลุงเหล็กก็ได้) การผลิตเหล็กด้วยเตาไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้เตารีดิวซ์ที่ไม่มีตัวเตา และสามารถใช้โค้ก (หรือถ่านหิน ถ่าน) ที่มีความแข็งแรงต่ำเป็นตัวรีดิวซ์ เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าในเตาไฟฟ้าแทนที่โค้กบางส่วนและโค้กเกรดต่ำสามารถใช้ได้ แต่ใช้ไฟฟ้ามากและสามารถใช้ได้เมื่อมีไฟฟ้าเพียงพอและราคาไฟฟ้าต่ำเท่านั้น..