مصنع الصهر هو موقع صناعي يتم فيه استخراج المعدن الخام. وتشمل الأمثلة الشائعة لصهر المعادن القصدير والرصاص والنحاس والبرونز والحديد. كما يسمى استخراج الألمنيوم النقي أيضًا بالصهر، على الرغم من أن العملية تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بالخامات الأخرى.
تبدأ المعادن حياتها في المعالجة على هيئة ركاز، ويُعرَّف الركاز عمومًا على أنه صخرة أو مجموعة معادن لها قيمة اقتصادية محتملة.
لا يحتوي الخام على المعدن المرغوب فحسب. على سبيل المثال، خام الحديد هو صخرة تحتوي على حديد مرتبط بمركبات كيميائية ومعادن أخرى، وصهر الركاز هو عملية عزل المعدن المعني من صخرته الأصلية.
مصنع الصهر
الصهر -كما يبدو الاسم- ينطوي على صهر جزئي للركاز.
حيث يجب تسخين الخام في بيئة مؤكسدة حتى تبدأ المواد الكيميائية في التعبئة أو تصبح متاحة.
يمكن طرد بعض الشوائب بالحرارة، وإذا كان المعدن المعني على شكل كبريتيد، فقد تكون الحرارة ووجود الأكسجين كافيين لتحويله إلى أكسيد. ومع ذلك، ليس من الممكن ببساطة إذابة المعدن من الركاز.
بالإضافة إلى الحرارة، يتطلب الصهر أيضًا عامل اختزال.
من المحتمل أن يكون المعدن المعني موجودًا كأكسيد، أو سيتم تحويله إلى أكسيد أثناء التسخين الأولي في مصنع الصهر.
سيكون عامل الاختزال القوي بدرجة كافية قادرًا على تحويل الأكسيد إلى معدن نقي وبعض منتجات النفايات.
أحد الأمثلة المبكرة لمصنع الصهر كان الفرن، يستخدمه حداد لصهر خام الحديد. داخل الفرن يتم تسخين خام الحديد في وجود الفحم، أو وقود الكربون النقي، والهواء المتحرك.
وعندما يتم تسخين الركاز، فإن أول أكسيد الكربون من الفحم يقلل من أكسيد الحديد.
ينتج تفاعل الصهر داخل الفرن معدنًا نقيًا نسبيًا من الحديد وثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات.
وعندما تنفخ المنفاخ خلال الفرن، يتم تفريغ ثاني أكسيد الكربون، مما يسمح باستمرار التفاعل في مصنع الصهر.
ثم يسقط المعدن والشوائب -التي تسمى الخبث- في قاع الفرن حيث يتم تقليل خام الحديد. عادة، ثم يتم تسخين الحديد مرة ثانية لطرق الخبث من الحديد المطاوع الآن.
شكل مبكر آخر من أشكال صهر الحديد هو الفرن العالي، الذي له تاريخ قديم بشكل خاص في الصين.
ومع ذلك، بحلول منتصف القرن التاسع عشر، صُهر خام الحديد ليصبح صلبًا، وهو شكل أكثر نقاءً من معدن الحديد.
أصبح هذا الانتقال الصناعي إلى صناعة الفولاذ ممكناً من خلال تطوير عملية Bessemer، حيث يكون الهواء المنفوخ من خلال الحديد المنصهر قادرًا على إزالة معظم الشوائب.
ابتداءً من عام 1950م، أصبحت الطريقة السائدة للاستخراج الموجودة في مصنع صهر حديد معين هي صناعة الصلب بالأكسجين الأساسي (BOS).
تعمل BOS على تحسين عملية Bessemer الأساسية عن طريق نفخ الأكسجين النقي عبر الحديد المنصهر، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة مصنع الصهر.
ذو صلة: تعريف التآكل، الصدأ، التأكسد
تخضع العديد من المعادن الأخرى للصهر كطريقة للاستخراج، وتتبع العديد من تقنيات مصانع الصهر المختلفة ومعدات الصهر نفس المبادئ الأساسية.
بالإضافة إلى ذلك، يسمى استخراج الألمنيوم أيضًا بالصهر. تختلف مصانع صهر الألومنيوم من حيث أنها تقوم بعملية التحليل الكهربائي.
يمر التيار الكهربائي من خلال الكريوليت السائل المنصهر، حيث يتم إذابة أكسيد الألومنيوم.
وتؤدي الأكسدة والاختزال المقابل التي تحدث عند القطب الموجب والكاثود الكهربائي إلى تحويل أكسيد الألومنيوم إلى ألومنيوم نقي.
