محققان مسیرهای کاهش متالورژیکی برای آهن و فلزات صنعتی را ترسیم می‌کنند

هسته اصلی فرآوری متالورژیکی، تبدیل عناصر فلزی در سنگ معدن از حالت ترکیبی به فلز عنصری است. برای سنگ‌های معدنی سولفیدی مانند مس و نیکل، مرحله اولیه ذوب معمولاً به عامل کاهنده برای حذف اکسیژن متکی نیست. در عوض، از واکنش‌های اکسیداسیون برای حذف ناخالصی‌ها استفاده می‌شود.

در طول ذوب سولفیدی، سنگ معدن به یک کنسانتره فلزی نیمه اکسید شده معروف به مات تبدیل می‌شود. در این مرحله، گانگ و سایر مواد زائد با فلاکس‌ها ترکیب شده و سرباره را تشکیل می‌دهند. دمیدن اکسیداسیون بعدی در مبدل، فلز هدف را از حالت سولفیدی آن جدا کرده و فلزی با خلوص بالاتر به دست می‌دهد. این فرآیند به جای حذف اکسیژن توسط عامل کاهنده، بر حذف ناخالصی از طریق اکسیداسیون و تشکیل سرباره تأکید دارد.

برخلاف سنگ‌های معدنی سولفیدی، فلزاتی مانند آهن، فرومنگنز، سرب و منیزیم عمدتاً از طریق ذوب کاهشی تولید می‌شوند. در این مسیر، یک عامل کاهنده، معمولاً زغال چوب یا کک، همراه با فلاکس‌هایی مانند سنگ آهک در دمای بالا برای کاهش اکسیدهای فلزی در سنگ معدن به فلز عنصری کار می‌کند.

برای فلزات بسیار واکنش‌پذیر مانند آلومینیوم، کاهش کربن معمولی اغلب نمی‌تواند الزامات فرآیند را برآورده کند. بنابراین صنعت عمدتاً به الکترولیز نمک مذاب، نوع دیگری از پیرومتالورژی که در آن جریان الکتریکی الکترون‌های مورد نیاز برای کاهش را تأمین می‌کند و اجازه رسوب فلز را می‌دهد، متکی است.

هر مسیر استخراجی که استفاده شود، ذوب اولیه معمولاً ناخالصی‌های جزئی را در فلز باقی می‌گذارد. تصفیه آخرین مرحله مورد نیاز برای رساندن فلز به استانداردهای کاربرد تجاری است. این فرآیند برای حذف ناخالصی‌ها طراحی شده و گاهی اوقات می‌تواند محصولات جانبی با ارزش اقتصادی را بازیابی کند.

روش‌های تصفیه به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• تصفیه پیرومتالورژیکی: جداسازی بر اساس تفاوت در خواص ترمودینامیکی از طریق اکسیداسیون، کاهش یا تقطیر.
• تصفیه الکترولیتی: مهاجرت و رسوب هدایت شده فلز در سلول الکترولیتی بر اساس اصول الکتروشیمیایی.
• تصفیه شیمیایی: جداسازی از طریق واکنش بین معرف‌های شیمیایی و ناخالصی‌ها.