تعدين الإنتاج: كيف يتم تحويل الخام إلى معادن وسبائك حديدية قابلة للاستخدام

تعدين الإنتاج هو فرع من علم المعادن الذي يحول الخام أو المركز أو الخردة المعاد تدويرها إلى معدن يمكن بيعه واستخدامه. وهو يغطي كل شيء بين المنجم وورشة الصهر: التعدين وسحق المواد الخام، وفصل المعادن الثمينة عن النفايات، واستخراج المعدن من مركباته الكيميائية، وتنقيته إلى درجة نقاء يمكن التحكم فيها، وأخيرًا إضافة عناصر السبائك بالشكل والترتيب الصحيحين. عادة ما يتم تقسيم الانضباط إلى ثلاث عائلات عملية، ومعظم جداول التدفق الصناعية تجمع بين هذه المجموعات الثلاث.

ما يغطي إنتاج المعادن

غالبًا ما يتم استخدام علم المعادن الاستخراجي والإنتاج بالتبادل، لكن الإنتاج يحمل معنى أوسع: فهو يشمل خطوات التحويل التي تتبع الاستخراج، مثل الصب، والتحجيم، وتصنيع السبائك الرئيسية. عائلات العمليات الثلاث هي:

علم المعادن الحراري:المعالجة في درجات حرارة عالية، بما في ذلك التحميص والصهر والتحويل والتكرير بالنار. وهي تهيمن على إنتاج الحديد والصلب والرصاص والسبائك الحديدية.

علم المعادن المائية:المعالجة في محلول مائي، بما في ذلك الترشيح، واستخلاص المذيبات والترسيب. إنه الطريق القياسي للزنك والعديد من المعادن النادرة والحرارية.

علم المعادن الكهربائية:المعالجة باستخدام الطاقة الكهربائية، بما في ذلك التكرير الكهربائي والاستخلاص الكهربائي. ويتم إنتاج كاثودات النحاس والزنك والألومنيوم الأولي بهذه الطريقة.

ويتبع الاختيار بينهما كيمياء الخام وتكلفة الطاقة. عادة ما يتم صهر خامات الكبريتيد لأنه يمكن احتجاز الكبريت على شكل حمض الكبريتيك، في حين أن خامات الأكسيد التي يصعب اختزالها حرارياً يتم ترشيحها في كثير من الأحيان.

مسارات المعادن الحديدية وغير الحديدية-

يتم تقسيم المعادن أولاً إلى حديدية، أي تلك التي تعتمد على الحديد، وغير الحديدية، أي كل شيء آخر. ويلخص الجدول أدناه المسار الذي سلكته المعادن الصناعية الرئيسية.

يتمتع إنتاج الحديد بأكبر حمولة بهامش واسع، وهو أيضًا الأكثر ارتباطًا بإضافة السبائك، لأنه يتم تعديل تركيب كل الفولاذ تقريبًا قبل صبه. غالبًا ما يتم تنظيم المسارات غير الحديدية حول معدن واحد، مع استرداد-المنتجات باعتبارها مصدرًا ثانويًا للإيرادات.

من الخام إلى المعدن: خطوات العملية

على الرغم من اختلاف جداول التدفق، فإن معظم عمليات إنتاج المعادن تتبع نفس تسلسل الخطوات:

التعدين وتحضير المواد الأولية:يتم حفر الخام وتفجيره ونقله، ثم مزجه بحيث يظل النوع الذي يتم تغذيته للمصنع ثابتًا.

الطحن:يؤدي السحق والطحن إلى تحرير الحبوب المعدنية القيمة من الصخور المحيطة ومن بعضها البعض.

الإفادة والانفصال:تعمل أساليب الجاذبية والمغناطيسية والتعويم على تركيز المعادن الثمينة ورفض الشوائب كمخلفات.

اِستِخلاص:يتم تقليل التركيز أو صهره أو ترشيحه بحيث يترك المعدن المركب المضيف له في شكل معدني أو مذاب.

التكرير:يعمل تكرير النار أو التحليل الكهربائي أو التقطير على إزالة الشوائب المتبقية إلى الحدود التي تتطلبها المواصفات.

صناعة السبائك والصب:يتم تعديل المعدن المكرر وتفريغه من الغاز وصبه في سبائك أو قضبان أو سبائك رئيسية لمزيد من المعالجة.

كل خطوة لها رقم استرداد مرفق بها، وحاصل هذه الأرقام يعطي العائد الإجمالي. المصنع الذي يسترد 92 بالمائة من المعدن في عملية الإثراء و94 بالمائة في الصهر لا ينتج سوى حوالي 86 بالمائة من المعدن الموجود في الخام، ولهذا السبب يتم التعامل مع التحكم في الخسارة كوظيفة إنتاج أساسية بدلاً من التفاصيل المحاسبية.

السبائك الحديدية: الجسر بين الخام والصلب

لا يمكن إضافة معظم عناصر صناعة السبائك إلى الفولاذ في شكله النقي: فهي تنصهر عند درجات حرارة عالية جدًا، أو تتأكسد بسهولة، أو تكلف الكثير من المال لتكريرها. بدلا من ذلك يتم إضافتها على شكل سبائك حديدية، وهي سبائك رئيسية يتم إنتاجها عن طريق الاختزال الكربوثيرمي للأكسيد مع الحديد. على الرغم من أن هذه السبائك تمثل جزءًا صغيرًا من حمولة صناعة الفولاذ، إلا أنه لا يمكن إنهاء أي حرارة للصلب بدونها.

يتم تحديد معدلات الإضافة من خلال توازن الكتلة المباشر. ولوضع 0.5% من المنغنيز في طن واحد من الفولاذ، يلزم وجود خمسة كيلوغرامات من المنغنيز في المصهور؛ مع نسبة عالية من كربون الحديدومنجنيز- بنسبة 78 بالمائة منجنيز واسترداد حوالي 95 بالمائة، تكون الشحنة خمسة مقسومة على 0.78 ثم مقسومة على 0.95، مما يعطي حوالي 6.7 كجم لكل طن من الفولاذ. نفس الحساب المطبق على كل عنصر يعطي توازن الشحنة للحرارة.

ترتيب الإضافة مهم بقدر الكمية. تتم إضافة مزيلات الأكسدة قبل عناصر صناعة السبائك بحيث لا يستهلك الأكسجين الإضافات الأكثر تكلفة، وتضاف العناصر ذات الألفة العالية للأكسجين في وقت متأخر من العملية، تحت خبث يحميها من الغلاف الجوي.

مراقبة الجودة ونماذج المنتجات ومعاييرها

تعد صناعة تعدين الإنتاج صناعة تعتمد على المواصفات-، لذا يتم دمج التحليل وأخذ العينات في العملية بدلاً من إضافتها في النهاية. يتم تأكيد التركيب الكيميائي عن طريق القياس الطيفي لكل قالب، ويتم التحكم في توزيع الحجم عن طريق الفحص لأن سلوك ذوبان السبائك الحديدية يعتمد بقوة على حجم الجسيمات. عادةً ما يطلب العملاء أنظمة الإدارة مثل ISO 9001 واختبار كفاءة المختبرات بموجب ISO/IEC 17025، بينما يتم شراء المنتجات الفردية وفقًا للمعايير الوطنية أو الدولية مثل GB/T 2272 للفيروسيليكون، وGB/T 3795 للحديد المنغنيز، وGB/T 3648 للحديد التنغستن.

تتبع نماذج المنتجات العملية النهائية: المواد المقطوعة لمحل الصهر، والدرجات المحببة والمساحيق للمواد الاستهلاكية للصب واللحام المستمر، وأشكال الأسلاك المقولبة أو المجوفة حيث تكون هناك حاجة إلى إضافة خسارة منخفضة -متحكم بها في المغرفة. يتم اختيار التعبئة للحد من التقاط الرطوبة، حيث أن الإضافات الرطبة يمكن أن تسبب تفاعلات عنيفة في الذوبان.

الأسئلة المتداولة

س: ما الفرق بين تعدين الإنتاج والمعادن الاستخراجية؟
ويتوقف علم المعادن الاستخراجي عند النقطة التي يتم فيها استخراج المعدن من خامه. يتضمن علم تعدين الإنتاج هذه الخطوة ولكنه يشمل أيضًا التكرير وسبائك السبائك والصب في أشكال قابلة للبيع.

س: ما هي عائلة العمليات الأكثر استخدامًا في الصناعة؟
من حيث الحمولة، يؤدي علم المعادن الحراري، لأن الحديد والصلب والسبائك الحديدية ومعظم المعادن الأساسية يتم تصنيعها في أفران عند درجة حرارة عالية. يتعامل علم المعادن بالمعادن المائية وعلم المعادن الكهربائي مع مواد أولية ذات درجة منخفضة وأكثر تعقيدًا.

س: لماذا يتم سبائك المعادن في شكل سبائك حديدية؟
تعمل السبائك الحديدية على خفض نقطة الانصهار وكثافة المادة المضافة، وتقليل خسائر الأكسدة، وتقديم العنصر في شكل يذوب بشكل متوقع في الفولاذ السائل. كما أنها أرخص من تكرير العنصر النقي.

س: ما الذي يحدد استعادة عنصر صناعة السبائك؟
ويعتمد الاسترداد على ألفة العنصر للأكسجين، وكيمياء الخبث، ودرجة حرارة الإضافة، وحجم الجسيمات في السبائك الحديدية. الإضافة المتأخرة تحت الخبث الواقي تعطي أعلى نسبة انتعاش.

س: كيف يتم التحقق من جودة المنتج في مجال تعدين الإنتاج؟
يتم تحليل كل قالب من حيث التركيب الكيميائي، ويتم فحص الحجم والرطوبة والكثافة الظاهرية وفقًا لمواصفات الشراء. تربط سجلات التتبع الكمية التي تم تسليمها مرة أخرى بالحرارة ودفعة المواد الخام.

س: هل يمكن للخردة المعاد تدويرها أن تحل محل الخام في إنتاج المعادن؟
نعم، وفي صناعة الصلب تقوم بالفعل بجزء كبير من العمل. تتجنب المسارات المعتمدة على الخردة- التعدين والتخفيض تمامًا، ولكنها تعتمد على الفرز لإبعاد العناصر غير المرغوب فيها مثل النحاس والقصدير عن المصهور.