Smeltning (metallurgi): Sådan udvindes metaller fra malm
Lær smeltning: trin, teknikker og udvinding af jern, kobber, zink og aluminium fra malm — højovne, elektrolyse, flusmidler og slagger forklaret enkelt og præcist.
Smeltning er den samlede betegnelse for de processer, hvor man udvinder et metal fra dets naturlige malm. Enkelte metaller, for eksempel guld, forekommer ofte i naturen som indgået i rent metal og kræver derfor kun lidt videre forarbejdning, mens andre metaller som jern, kobber, zink og sølv typisk findes bundet i kemiske forbindelser og må frigøres ved smeltning eller elektrokemiske metoder.
Grundlæggende principper
De vigtigste elementer i en smelteproces er:
- Opvarmning til høje temperaturer for at få metallet til at adskille sig fra mineralerne.
- Anvendelse af et reduktionsmiddel (fx koks eller trækul), som fjerner ilt fra metalliske oxider og danner kuldioxid eller kulmonoxid.
- Tilsætning af et flusmiddel (ofte kalksten) for at samle og fjerne uønskede bestanddele som silikater — disse danner en smeltet slagge, som kan adskilles fra det flydende metal.
Typiske malmtyper er oxider, sulfider og karbonater. Sulfidmalme ristes ofte først for at omdanne sulfid til oxid, inden den egentlige smeltning kan finde sted.
Eksempler på metoder for udvalgte metaller
Selvom ovenstående principper er generelle, har hvert metal sine særlige fremstillingsmetoder:
Jern
Jern fremstilles i dag typisk i en højovn. En højovn er en høj, lodret konstruktion, der tilføres lag af jernmalm, koks og kalksten. Ved at blæse varm luft ind i bunden brænder koksen og danner kulmonoxid, som reducerer jernoxid til flydende jern. Resultatet fra højovnen kaldes råjern eller støbejern (pig iron), som indeholder meget kulstof og andre urenheder. Råjernet omdannes senere til stål i efterfølgende processer (fx basisk oxygentryk eller el-ovnsteknikker). Kalkstenen reagerer med silikastoffer og andre urenheder og danner en flydende slagge, som kan genbruges til f.eks. vejbygning eller beton. Historisk er jernfremstilling også foregået i enklere ovne, fx bl.a. Bloomery.
Aluminium
Aluminium udvindes primært ved elektrokemisk reduktion af aluminiumoxid (alumina) i smeltet kryolit i en proces kaldet Hall–Héroult-elektrolyse. Aluminiummalmen (bauxit) forbehandles kemisk til ren aluminiumoxid, som herefter reduceres ved elektrolyse i store elektrolyseceller. Processen kræver store mængder elektricitet og specielle elektroder; derfor er energiforsyning og genbrug afgørende for økonomi og miljø.
Kobber
Kobber udvindes ofte ved en kombination af termiske og elektrokemiske trin. Sulfidmalm ristes og smeltes, så svovl og andre urenheder fjernes ved oxidation eller gennem en konverterproces, som efterlader råkobber (matte). For at opnå høj renhed anvendes elektrolyse i store bassiner med en opløsning eller smeltet elektrolyt (elektrolyt), hvor kobberet afsættes på en katode som næsten rent kobber.
Procestrin i smeltning
De almindelige trin i en smelteproces kan beskrives kort som:
- Knusning og malning af malmen for at frigøre mineralerne.
- Koncentrering (fx flotation eller gravimetrisk separation) for at øge malmens metalindhold.
- Forbehandling som tørring eller risting (især for sulfider).
- Selve smeltningen, hvor reduktion, fluksning og separation af metal og slagge finder sted.
- Raffinering (termisk eller elektrolytisk) for at opnå ønsket renhed.
Miljø og økonomi
Smeltning er energikrævende og kan udlede CO2, SO2 og tungmetaller, så moderne anlæg arbejder med rensning af røggasser, genanvendelse af slagge og effektiv energistyring. Genbrug af metaller (skrot) kræver ofte langt mindre energi end nyudvinding fra malm og er derfor vigtig for bæredygtighed.
Historisk betydning
Metallurgi og især smeltning har været afgørende for udviklingen af tidlige civilisationer. De tidligste sikre beviser for kobbersmeltning stammer fra perioden mellem 5500 og 5000 f.Kr.. Fundene findes bl.a. i Pločnik og Belovode i Serbien, hvor man kan se tidlige teknikker til udvinding og bearbejdning af metaller.
Samlet set omfatter smeltning en række teknikker og processer, der tilpasses det pågældende metal og malmens kemi. Fra klassiske højovne til moderne elektrolytiske celler er målet det samme: at frigøre metallet på en økonomisk og miljømæssigt forsvarlig måde.
Kobbersmelte skorsten - geograph.org.uk - 827814
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er smeltning?
A: Smeltning er processen til udvinding af et metal fra dets naturlige malm.
Q: Hvilke metaller kræver smeltning?
A: Metaller som jern, kobber, zink og sølv skal udvindes af deres malm ved smeltning.
Spørgsmål: Hvad bruges i smelteprocessen?
A: Smeltningsprocessen indebærer normalt opvarmning af malmen, og der kan også anvendes et reduktionsmiddel som koks eller trækul. Der tilsættes et flusmiddel som f.eks. kalksten for at fjerne urenheder.
Spørgsmål: Hvordan fremstilles jern fra malmen?
A: Jern fremstilles af malm ved hjælp af en højovn, som tilføres koks, jernmalm og kalksten. Derefter blæses der varm luft ind i ovnen, hvorved kokken brænder og reducerer ilten fra malmen, hvorved der dannes rent jern og kuldioxid, mens kalkstenen binder eventuelle rester af grundfjeldet. Jernet smelter ved en varm temperatur i bunden af ovnen og kan derefter bearbejdes til stål.
Spørgsmål: Hvordan udvindes aluminium fra sin malm?
A: Aluminium udvindes af malm ved hjælp af elektriske ovne, såkaldte elektriske lysbueovne, hvor aluminiummalm hældes på bunden af ovnen, og elektrisk strøm ledes gennem den, hvilket resulterer i høje temperaturer, der adskiller ilten og efterlader metallisk aluminium.
Spørgsmål: Hvordan udvindes kobber fra sin malm?
A: Kobber udvindes af malm ved at hælde det på åben ild, som brænder svovl og andre urenheder af og efterlader rå kobber tilbage, eller ved elektrolyse, hvor der anvendes elektrisk strøm til at adskille kobber i store bassiner med en vandopløsning kaldet elektrolyt, hvor alt kobber samles på en elektrode kaldet katode.
Spørgsmål: Hvornår begyndte metallurgien?
Svar: Metallurgien begyndte omkring 5500-5000 f.Kr., da der blev fundet beviser for kobbersmeltning på steder i Pločnik og Belovode i Serbien.
Søge