معرفی گرایش متالورژی استخراجی از رشته مهندسی مواد

متالورژی استخراجی

متالورژی استخراجی چیست؟

اگر با گرایش های مختلف متالورژی سر و کار داشته اید حتما تاکنون به متالورژی استخراجی برخورد کرده اید. احتمالا این سوال نیز برایتان پیش آمده است که متالورژی استخراجی چیست. جواب این است: متالورژی استخراجی جاییست مابین رسوبات معدنی فلزات و فلزات به صورت آماده برای استفاده در صنعت. به عبارت دیگر متالورژی استخراجی به فرایندهای مختلفی اشاره دارد که برای جدا کردن فلزات با ارزش از سنگ معدن آنها استفاده می شوند. این فرایندها را می توان به سه دسته کلی تقسیم نمود: هیدرومتالورژی، پیرومتالورژی، و الکترومتالورژی .

طرحی از جایگاه متالورژی استخراجی در چرخه فلزات

قبل از هر چیز، خالی از فایده نیست که به عنوان پیش در آمدی بر متالورژی استخراجی، در ابتدا فیلم فرایند استخراج آهن را که مدتی قبل در وبگاه ایران مواد قرار گرفته است تماشا کنیم تا ایده ای از ماهیت فرایند استخراج فلزات بدست بیاوریم. بخصوص که آهن یکی از پر اهمیت ترین فلزات در این راستا بوده و به طور گسترده ای مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفته است. برای دانلود این فیلم +اینجا کلیک کنید.

پس از آنکه با یک فرایند متالورژی استخراجی آشنا شدیم، اکنون بررسی خواهیم داشت بر سه دسته کلی متالورژی استخراجی.

هیدرومتالورژی

هیدرومتالورژی ترکیبی است از متالورژی استخراجی، علوم، تکنولوژی و شیمی بازیابی مواد از دامنه وسیعی از منابع فلزات. این منابع شامل سنگ های معدن، محلول ها، مواد بازیافت شده، ضایعات، واسطه ها، و کنتسانتره ها است که با استفاده از شیمی آبی به مواد مفید تبدیل می شوند. هیدرو متالورژی سه فرایند عمده دارد، لیچینگ، بازیابی، تصفیه حلال.

عمده عملیات هیدرومتالورژی روش اول است که بسیاری از منابع آن را به عنوان خود هیدرومتالورژی تعریف می کنند. طبق تعریف این روش، عملیات هیدرومتالورژی هنگامی صورت می گیرد که طی فرایندی به نام لیچینگ (Leaching) فلز ناخالص یا ترکیب اولیه فلز را به قصد دستیابی به فلز یا ترکیب با خلوص بالا در محلول مرسوم به محلول لیچینگ (Leach solution) حل نماییم، آنچه در محلول لیچینگ به صورت ضایعات یا اضافات وجود دارد جداسازی کرده، و فلز یا ترکیب مورد نظر را که در محلول است با استفاده از روش های شیمیایی و یا الکترولیتی با خلوص بالا جداسازی کنیم.

توسعه هیدرومتالورژی رابطه جالبی با استخراج طلا دارد. جالب اینجاست که هیدرومتالورژی در قرن شانزده آغاز شد ولی اصول آن تنها در قرن بیست ایجاد گشتند که دلیل آن تا قسمتی از تمایل به استخراج طلا از سنگ معدن های درجه پایین نشات می گیرد. فرایندهایی نظیر تبادل یون، استخراج حلال و غیره منجر به رنج بسیار وسیعی از کاربردها برای هیدرومتالورژی شده اند که امروزه برای تهیه بیشتر از هفتاد عنصر فلزی بکار می روند. علاوه بر طلا که عظیم ترین قسمت کاربرد هیدرومتالورژی را در بر می گیرد، استفاده زیادی از این روش در زمینه استخراج نقره وجود دارد، و پس از آن تناژ بالایی از مس و روی توسط هیدرومتالورژی تهیه می گردند.

تصویر معدن کیسلاداگ ترکیه از بالا که نشان دهنده تاسیسات عظیم لیچینگ طلا می باشد.

پیرومتالورژی

به طور مختصر استخراج و تصفیه فلزات با روش هایی که شامل بکارگیری حرارت هستند را پیرومتالورژی می گویند. مهمترین عملیات پیرومتالورژی عبارتند از تشویه (roasting)، تکلیس (Calcination)، ذوب و احیا (smelting)، و تصفیه (refining). مثال بارز استفاده از پیرومتالورژی در فرایند استخراج آهن است که عمده آنها کوره بلند است.

تشویه یا حرارت دهی در هوا بدون ذوب، عبارت است از تبدیل سنگ های معدن سولفیدی به اکسیدی و خروج دی سولفید به صورت دی اکسید سولفور گازی. جهت داشتن دریافت بهتر از دو فرایند تشویه و تکلیس و تفاوت آن دو، شما را به مشاهده فیلم زیر که عبارت است از تصفیه فلزات گرانبها به کمک تکلیس و تشویه دعوت می نماییم. این فیلم همچنین توصیف خوبی دارد از پیرومتالورژی به طور کلی.

ویدیوی مرتبط با متالورژی استخراجی
استخراج فلزات گرانبها (طلا، نقره، پلاتین) – قسمت اول
جهت مشاهده دیگر قسمت های فیلم استخراج فلزات گرانبها (طلا، نقره، پلاتین) میتوانید به این لینک مراجعه نمایید.

ذوب و احیا فرایندی است که در کوره بلند (Blast Furnace) سنگ های معدن آهن رخ می دهد. البته قلع و مس و سرب نیز تحت این فرایند قرار می گیرند. جهت مطالعه بیشتر در مورد کوره بلند شما را به مطالعه مطلب کوره بلند ارائه شده در وبگاه ایران- مواد دعوت می کنیم. همچنین در ابتدای این مختصر فیلمی ارائه شده در مورد استخراج آهن که تماشای مجدد ان توصیه می گردد.

نمایی از کوره بلند ذوب آهن اصفهان

الکترومتالورژی

طبق آنچه که در دیکشنری مریام- وبستر آورده شده، الکترومتالورژی شاخه ای از متالورژی است که با به کار گیری جریان الکتریکی یا برای رسوب الکترولیتی و یا به عنوان منبع حرارت سر و کار دارد. به زبان صنعت، الکترومتالورژی قسمتی از متالورژی است که روش های صنعتی تهیه فلز و آلیاژ را با استفاده از جریان الکتریکی شامل می شود. الکترومتالورژی دو روش الکتروترمال و الکتروشیمیایی را در بر می گیرد.

روش های الکتروترمال برای جدا کردن فلزات از سنگ های معدن و کنستانتره ها جهت تهیه و تصفیه فلزات و آلیاژهای آهنی و غیر آهنی بر اساس فلز استخراج شده استفاده می گردند. در چنین روش هایی انرژی الکتریکی به عنوان منبع حرارت استفاده می شود.

روش های الکتروشیمیایی معمولا در تهیه فلزات آهنی و غیر آهنی به کمک الکترولیز محلول های آبی و ذوب استفاده می شوند. در چنین مواردی واکنش های اکسیداسیون- احیا در فصل مشترک های فازی توسط عبور جریان الکتریکی درون الکترولیت های صورت می گیرد.

متالورژی استخراجی در دانشگاه های ایران

رشته متالورژی استخراجی را می توان در دو مقطع کارشناسی و ارشد در دانشگاه تحصیل کرد. لیست دانشگاه هایی که در مقطع ارشد این گرایش را ارائه می کنند در اینجا ارائه شده است: (براساس دفترچه کنکور کارشناسی ارشد سال ۹۶)

طبق مشخصات کلی، برنامه و سرفصل دروس دوره کارشناسی متالورژی و مواد ارائه شده توسط شورای عالی برنامه ریزی وزارت فرهنگ و آموزش عالی(فایل پیوست )، دانشجویان گرایش متالورژی استخراجی در مقطع کارشناسی علاوه بر دروس مشترک با گرایش های دیگر، دروس تخصصی الزامی نظیر اصول استخراج فلزات، آزمایشگاه استخراج فلزات و آزمایشگاه تغلیظ را پشت سر می گذارند. همچنین دروس الزامی و انتخابی در مقطع کارشناسی ارشد نیز مطابق فایل پیوست، بدین صورت ارائه شده است:

چه بخوانیم ؟

حال که به طور کلی با متالورژی استخراجی آشنا شدیم سوال بر این است: برای بالاتر بردن علممان در زمینه متالورژی استخراجی چه بخوانیم و چگونه از منابع کمک بگیریم. بیایید جای دور نرویم. در خود وبگاه ایران مواد منابع مختلفی در زمینه متالورژی استخراجی قرار گرفته که جهت بالا بردن دانش ما در این زمینه مفید است. از جمله می توان به مجموعه چهار جلدی هندبوک متالورژی استخراجی اشاره نمود. از کتاب های مفید موجود دیگر در وبگاه ایران مواد کتاب متالورژی استخراجی ۱ با نویسندگی آلن وینس می باشد. به تازگی کتاب هیدرومتالورژی در وبگاه قرار گرفته که شما را به مطالعه آن دعوت می کنیم.

یکی از مباحث متالورژی استخراجی که مورد بررسی زیادی قرار گرفته است متالورژی استخراج مس می باشد. در این زمینه شما را به خواندن کتاب متالورژی استخراجی مس دونپورت، متالورژی استخراج مس شلسینگر، و کتاب متالورژی مس دکتر حکمت رضوی زاده دعوت می نماییم. کتاب متالورژی مس آقای دکتر حکمت رضوی زاده مدت هاست که به عنوان کتاب درسی در دانشگاه های ایران تدریس می گردد.

در انتها، کتاب متالورژی استخراج عناصر کمیاب خاکی کتابی است ارزشمند که مطالعه آن به دانشجویان و متخصصان این زمینه توصیه می گردد.