นักวิจัย แผนผังเส้นทางการลดโลหะสําหรับโลหะและโลหะอุตสาหกรรม

แก่นแท้ของการแปรรูปโลหะคือการเปลี่ยนธาตุโลหะในแร่จากสถานะสารประกอบให้เป็นโลหะธาตุ สำหรับแร่ซัลไฟด์ เช่น ทองแดงและนิกเกิล ขั้นตอนการถลุงเบื้องต้นโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องใช้สารรีดิวซ์เพื่อกำจัดออกซิเจน แต่จะใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชันเพื่อกำจัดสิ่งเจือปน

ในระหว่างการถลุงแร่ซัลไฟด์ แร่จะถูกเปลี่ยนเป็นสารเข้มข้นโลหะที่ถูกออกซิไดซ์บางส่วนที่เรียกว่าแมตต์ ในขั้นตอนนี้ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะและของเสียอื่นๆ จะรวมกับฟลักซ์เพื่อสร้างสแลก การเป่าออกซิเดชันในตัวแปลงในภายหลังจะแยกโลหะเป้าหมายออกจากสถานะซัลไฟด์ ทำให้ได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น กระบวนการนี้เน้นการกำจัดสิ่งเจือปนผ่านการออกซิเดชันและการเกิดสแลก แทนที่จะเป็นการกำจัดออกซิเจนโดยสารรีดิวซ์

แตกต่างจากแร่ซัลไฟด์ โลหะ เช่น เหล็ก เฟอร์โรโครม ตะกั่ว และแมกนีเซียม ผลิตขึ้นส่วนใหญ่ผ่านการถลุงแบบรีดักชัน ในเส้นทางนี้ สารรีดิวซ์ ซึ่งโดยทั่วไปคือถ่านไม้หรือโค้ก ทำงานร่วมกับฟลักซ์ เช่น หินปูน ที่อุณหภูมิสูงเพื่อรีดิวซ์โลหะออกไซด์ในแร่ให้เป็นโลหะธาตุ

สำหรับโลหะที่มีปฏิกิริยาสูง เช่น อะลูมิเนียม การรีดักชันด้วยคาร์บอนแบบทั่วไปมักไม่สามารถตอบสนองความต้องการของกระบวนการได้ ดังนั้นอุตสาหกรรมจึงอาศัยการแยกด้วยไฟฟ้าในเกลือหลอมเหลวเป็นหลัก ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของโลหะวิทยาความร้อนที่กระแสไฟฟ้าให้ อิเล็กตรอนที่จำเป็นสำหรับการรีดักชันและช่วยให้โลหะตกตะกอนได้

ไม่ว่าจะใช้เส้นทางการสกัดแบบใด การถลุงเบื้องต้นมักจะทิ้งสิ่งเจือปนเล็กน้อยไว้ในโลหะ การทำให้บริสุทธิ์เป็นขั้นตอนสุดท้ายที่จำเป็นเพื่อให้โลหะได้มาตรฐานสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ กระบวนการนี้ออกแบบมาเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนและบางครั้งสามารถกู้คืนผลพลอยที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจได้

วิธีการทำให้บริสุทธิ์แบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:

• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยโลหะวิทยาความร้อน: การแยกโดยอาศัยความแตกต่างของคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ผ่านการออกซิเดชัน การรีดักชัน หรือการกลั่น
• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า: การเคลื่อนที่และการตกตะกอนของโลหะที่ควบคุมได้ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์โดยอาศัยหลักการทางไฟฟ้าเคมี
• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยสารเคมี: การแยกผ่านปฏิกิริยาระหว่างสารเคมีและสิ่งเจือปน