التحميص (علم المعادن)
التحميص عملية تسخين خام تحت تيار من الهواء، وهي خطوة في معالجة بعض الخامات . وبشكل أدق، يُعد التحميص عملية تعدينية تتضمن تفاعلات بين الغاز والمادة الصلبة عند درجات حرارة مرتفعة بهدف تنقية المكونات المعدنية. غالبًا ما يكون الخام قد خضع لعملية تركيز قبل التحميص، على سبيل المثال عن طريق التعويم الرغوي . يُخلط المركز بمواد أخرى لتسهيل العملية. تُعد هذه التقنية مفيدة في جعل بعض الخامات قابلة للاستخدام، ولكنها قد تُشكل أيضًا مصدرًا خطيرًا لتلوث الهواء . [ 1 ]
تتألف عملية التحميص من تفاعلات حرارية بين الغاز والمادة الصلبة، والتي قد تشمل الأكسدة والاختزال والكلورة والكبرتة والتحلل الحراري المائي. في عملية التحميص، يُعالج الخام أو مركز الخام بهواء شديد السخونة. تُطبق هذه العملية عادةً على المعادن الكبريتيدية . أثناء التحميص، يتحول الكبريتيد إلى أكسيد، وينطلق الكبريت على شكل غاز ثاني أكسيد الكبريت . بالنسبة لخامي كبريتيد النحاس (Cu₂S ) ( الكالكوسيت ) وكبريتيد الزنك (ZnS) ( الاسفاليريت )، فإن المعادلات الكيميائية الموزونة لعملية التحميص هي:
- 2 نحاس 2 ق + 3 يا 2 ← 2 نحاس 2 يا + 2 سو 2
- 2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂
يُستخدم ثاني أكسيد الكبريت (SO2 ) ، وهو الناتج الغازي لتحميص الكبريتيدات، في كثير من الأحيان لإنتاج حمض الكبريتيك . تحتوي العديد من معادن الكبريتيدات على مكونات أخرى مثل الزرنيخ، والتي تُطلق في البيئة.
حتى أوائل القرن العشرين، كانت عملية تحميص الخام تبدأ بحرق الخشب فوقه. كان هذا يرفع درجة حرارة الخام إلى الحد الذي يصبح فيه محتواه من الكبريت مصدرًا للوقود، وبذلك تستمر عملية التحميص دون الحاجة إلى مصادر وقود خارجية. وقد مُورست عملية تحميص الكبريتيدات المبكرة بهذه الطريقة في محامص "الموقد المفتوح"، حيث كان يتم تقليب الخام يدويًا (وهي ممارسة تُعرف باسم "التقليب") باستخدام أدوات تشبه المجارف لتعريض الخام غير المحمص للأكسجين أثناء سير التفاعل.
أدت هذه العملية إلى إطلاق كميات كبيرة من المركبات الحمضية والمعدنية وغيرها من المركبات السامة. ومن نتائج ذلك وجود مناطق لا تزال حتى بعد مرور 60-80 عامًا خالية من الحياة إلى حد كبير، وغالبًا ما تتطابق مساحتها تمامًا مع مساحة منطقة التحميص، والتي قد يصل عرض بعضها إلى مئات الأمتار وطولها إلى كيلومترات. والتحميص عملية طاردة للحرارة. [ 2 ] [ 3 ]
عمليات التحميص
يصف ما يلي أشكالاً مختلفة من التحميص: [ 4 ]
التحميص التأكسدي
التحميص المؤكسد أو المؤكسد، وهو عملية التحميص الأكثر شيوعًا، يتضمن تسخين الخام بكمية زائدة من الهواء أو الأكسجين.
بالنسبة لخامات الكبريتيد، يؤدي التحميص إلى استبدال الكبريتيد، جزئيًا أو كليًا، بالأكسيد. أما بالنسبة لثاني كبريتيد الموليبدينوم، وهو الخام الرئيسي للموليبدينوم، فيتم التحميص على النحو التالي: [ 5 ]
- MoS₂ + 3 O₂ → MoO₂ + 2 SO₂
يؤدي تحميص خام الكبريتيد، حتى إزالة الكبريت منه بشكل شبه كامل، إلى الحصول على خام محمص ميت . [ 6 ]
يتأكسد الجالينا (PbS)، وهو أكثر معادن الرصاص شيوعاً، إلى أكسيد الرصاص وغاز ثاني أكسيد الكبريت (PbO و SO2 ). [ 7 ]
تُحمّص خامات الأكاسيد أيضًا، ولكن غالبًا ما يُستخدم مُضافٌ في هذه الحالة. في حالة الكروميت ( FeCrO₄ )، وهو الخام الرئيسي للكروم ، يُجرى التحميص بوجود كربونات الصوديوم . تُنتج هذه العملية خليطًا من كرومات الصوديوم وفقًا لهذه المعادلة المثالية:
- FeCrO 4 + 1.5 O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 CrO 4 + FeO + CO 2
يؤدي معالجة المنتج المحمص بالماء إلى الحصول على محلول من كرومات الصوديوم، والذي يمكن فصله بسهولة عن مختلف المواد الصلبة غير المرغوب فيها. [ 8 ]
تحميص متطاير
تتضمن عملية التحميص المتطاير أكسدة الخامات عند درجات حرارة مرتفعة، للتخلص من الشوائب على شكل أكاسيد متطايرة. ومن أمثلة هذه الأكاسيد المتطايرة: أكسيد الزرنيخ ( As₂O₃ ) ، وأكسيد الأنتيمون ( Sb₂O₃ ) ، وأكسيد الزنك (ZnO) ، وأكاسيد الكبريت. ويُعدّ التحكم الدقيق في نسبة الأكسجين داخل المحمصة ضروريًا، إذ قد تؤدي الأكسدة المفرطة إلى تكوين أكاسيد غير متطايرة.
تحميص الكلوريد
تُحوّل عملية التحميص الكلوريدي بعض المركبات المعدنية إلى كلوريدات من خلال الأكسدة أو الاختزال. وتُعالَج بعض المعادن ، مثل اليورانيوم والتيتانيوم والبريليوم وبعض العناصر الأرضية النادرة ، في صورتها الكلوريدية . ويمكن تمثيل بعض أشكال التحميص الكلوريدي بالتفاعلات العامة التالية:
- 2 NaCl + MS + 2 O 2 → Na 2 SO 4 + MCl,
- 4 كلوريد الصوديوم + 2 MO + S 2 + 3 O 2 → 2 Na 2 SO 4 + 2 MCl 2
يمثل التفاعل الأول عملية كلورة خام الكبريتيد، وهي عملية طاردة للحرارة. أما التفاعل الثاني، الذي يشمل خام الأكسيد، فيتم تسهيله بإضافة الكبريت العنصري. وتتفاعل خامات الكربونات بطريقة مشابهة لخام الأكسيد، بعد تحللها إلى شكلها الأكسيدي عند درجات حرارة عالية. [ 9 ]
تحميص الكبريتات
يؤدي التحميص الكبريتي إلى أكسدة خامات الكبريتيد إلى كبريتات في وجود الهواء لتمكين ترشيح الكبريتات لمزيد من المعالجة.
التحميص المغناطيسي
تتضمن عملية التحميص المغناطيسي تحميص الخام بشكل مُتحكم به لتحويله إلى شكل مغناطيسي، مما يُسهل فصله ومعالجته في الخطوات اللاحقة. على سبيل المثال، الاختزال المُتحكم به للهيماتيت ( Fe₂O₃ غير المغناطيسي ) إلى مغنيتيت ( Fe₃O₄ المغناطيسي ) .
التحميص بالاختزال
يؤدي التحميص الاختزالي إلى اختزال جزئي لخام الأكسيد قبل عملية الصهر الفعلية.
التحميص بالتلبيد
تتضمن عملية التحميص بالتلبيد تسخين الخامات الدقيقة في درجات حرارة عالية، حيث تحدث عملية الأكسدة والتكتل في آن واحد. على سبيل المثال، تخضع خامات كبريتيد الرصاص لعملية التحميص بالتلبيد في عملية مستمرة بعد عملية التعويم الرغوي لتحويل الخامات الدقيقة إلى تكتلات قابلة للتشكيل لاستخدامها في عمليات الصهر اللاحقة.
انظر أيضاً
الصهر عملية معدنية ذات صلة ولكنها تنطوي على صهر بعض المكونات.
مراجع
- ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ↑ نوسكو، بيتر. "ساحات الشواء المهجورة في سودبري: بؤر التلوث - مختبرات حية قيّمة لدراسة تعافي النظام البيئي" (ملف PDF) . جامعة نيبسينغ. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 16 يناير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يناير 2014 .
- ↑ "تاريخ مصور لبيئة سودبري المتوترة" . Users.vianet.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 سبتمبر 2018 .
- ↑ راي، إتش إس؛ وآخرون (1985). استخلاص المعادن غير الحديدية . دار النشر التابعة لشركة إيست-ويست برس الخاصة المحدودة. الصفحات 131، 132. ISBN 81-85095-63-9.
- ↑ سيبينيك، روجر ف.؛ بوركين، أ. ريتشارد؛ دورفلر، روبرت ر.؛ لافيرتي، جون م.؛ ليشتفريد، جيرهارد؛ ماير-غرونوف، هارتموت؛ ميتشل، فيليب سي إتش؛ فوكاسوفيتش، مارك إس.؛ تشيرش، دوغلاس أ.؛ فان ريبر، غاري جي.؛ غيلياند، جيمس سي.؛ ثيلك، ستانلي أ. (2000). "الموليبدينوم ومركبات الموليبدينوم". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . doi : 10.1002/14356007.a16_655 . ISBN 3-527-30673-0.
- ↑ راي، هيم شانكر (1985). استخلاص المعادن غير الحديدية . دار النشر التابعة لشرق وغرب. رقم ISBN 9788185095639.
- ↑ ديفيدسون، أليستير؛ ريمان، جيسيكا؛ ساذرلاند، تشارلز أ.؛ ميلنر، إدوارد ف.؛ كيربي، روبرت س.؛ تيندل، هربرت؛ ميلين، ألبرت؛ بولت، هيرمان م. (2014). "الرصاص". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . ص 1-55 . doi : 10.1002/14356007.a15_193.pub3 . ISBN 978-3-527-30673-2.
- ↑ جيرد أنجر، جوست هالستنبرج، كلاوس هوشجيشفيندر، كريستوف شيرهاج، أولريش كورالوس، هربرت كنوبف، بيتر شميدت، مانفريد أولينجر، "مركبات الكروم" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، Wiley-VCH، Weinheim، 2005. دوى : 10.1002/14356007.a07_067
- ↑ غوش، أهيندرا؛ راي، هيم شانكر (1991). مبادئ استخلاص المعادن . نيو إيج إنترناشونال. ISBN 9788122403220.
- علم المعادن
- العمليات المعدنية