Transcript introduction_metallurgy.ppt

1. การแต่ งแร่
คือ การแปรสภาพสินแร่ ให้ ได้ ขนาดและคุณสมบัตทิ ่ ี
เหมาะสมต่ อการถลุง เริ่มด้ วย การบดแร่ ให้ ละเอียดเพื่อแยกเหล็กจาก
มลทิน จากนัน้ จะทาการแยกแร่ ด้วยวิธีต่างๆ ดังนี ้
- แยกโดยอาศัยความถ่ วงเฉพาะที่ต่างกัน (Float)
- แยกด้ วยแม่ เหล็ก (Magnetic separation)
ซึ่งแร่ ท่ ีได้ จะละเอียดเกินไป ต้ องทาให้ เป็ นก้ อน (Agglomeration)
ดังรู ปที่ 1 ก่ อนป้ อนเข้ าเตาถลุง เพื่อความสะดวกในการลาเลียง
แร่ ท่ เี ป็ นวัตถุดบิ ในการผลิตเหล็กมักจะอยู่ในรู ปของ ออกไซด์ ,
คาร์ บอเนต, ซิลเิ กต และ ซัลไฟด์ มีคุณสมบัตแิ ม่ เหล็ก ได้ แก่
-
Magnetite (Fe3O4) จะมีเหล็กอยู่ประมาณ 70%
Hematite (Fe3O3) จะมีเหล็กอยู่ประมาณ 70%
Siderite (FeCO3) จะมีเหล็กอยู่ประมาณ 60%
Pyrite (FeS2)
จะมีเหล็กอยู่ประมาณ 45%
Limonite (HFeO2) จะมีเหล็กอยู่ประมาณ 35%
Magnetite Hematite
Pyrite
Siderite
Limonite
2. การถลุงเหล็ก คือ การแปรสภาพแร่ เหล็กให้มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึน้
(%เหล็กเพิ่มขึน้ ) โดยการขจัดสิ่งเจือปนต่ างๆออกจากแร่ เหล็ก
- จะทาในเตาถลุงที่มีอุณหภูมสิ ูง เรี ยกว่ า “Blast furnace” ที่ทาขึน้
จากเหล็กกล้ า และหุ้มด้ วยอิฐทนความร้ อนสูง โดยบริเวณด้ านล่ างจะมีช่องให้
อากาศไหลเข้ า
- เชือ้ เพลิงที่ใช้ ในกระบวนการนีค้ ือ ถ่ านหิน
- จะมีการใช้ flux คือ หินปูน CaO หรื อ CaCO3 ในการคลุมผิวหน้ า
นา้ เหล็ก และเพื่อไล่ แกส
เหล็กดิบเหลวที่ได้ จะมีปริ มาณธาตุ
เจือปนดังนี ้
•คาร์ บอน∼3.5%
•ซิลิกอน ∼2%,
•แมงกานีส ∼1.5%,
•ซัลเฟอร์ ∼1%
•ฟอสฟอรัส ∼1%
เป็ นเตาที่นิยมใช้ ในการผลิตเหล็กกล้ าคาร์ บอนธรรมดา
•เตาจะมีลักษณะอ่ างตืน้ หลังคาต่า เวลาเผาจะวางเศษเหล็กที่ก้นอ่ าง
แล้ วเผาโดยใช้ เปลวไฟเผาจากด้ านบนให้ หลอมที่ละข้ าง
 กระบวนการนีจ้ ะจะรวมนา้ เหล็กจากเศษเหล็กและ เหล็กถลุงเหลวในเตา
ทรงสูง แล้ วทาการเป่ า oxygen เข้ าไปในเตาด้ วยความเร็วสูง เพื่อให้
เกิดการเผาไหม้ และปฏิกริ ิยาในการกาจัดธาตุเจือปน
 เป็ นเตาที่มีประสิทธิภาพสูง
• เป็ นเตาที่ใช้ ไฟฟ้าโดยมีอิเลคโตรดเหนี่ยวนาให้ โลหะหลอมเหลวโดย “Radiation”
•นิยมใช้ ในการผลิตเหล็กกล้ าผสมสูง เหล็กกล้ าเครื่ องมือ เหล็กกล้ าไร้ สนิม เป็ นต้ น
•เตามีลกั ษณะเป็ นเหล็กกล้ าทรงกลมหุ้มด้ านในด้ วยอิฐทนไฟ สามารถเอียงเพื่อที่จะเทน ้า
โลหะได้
Cassiterite
- แร่ที่นามาถลุง คือ Galena, (PbS) พบมากในอเมริกา, ออสเตรเลีย, สเปน, เมกซิโก และเยอรมันนี
- กระบวนการผลิตโดยการเพิ่มความเข้ มข้ นของตะกัว่ ในแร่ และนามาเผาเพื่อให้ เกิดออกไซด์ (เพื่อแยก Pb ออก
จาก PbS) และจะมีสารมลทิน เช่น FeS2 อยู่ด้วย
- จากนั ้นทาการลดคาร์ บอน และเผาใน blast furnace ที่อณ
ุ หภูมิ900°C
- จากนั ้นทาให้ มีความบริสทุ ธิ์สงู ขึ ้นด้ วยการเผาในอากาศที่ 400°C และกวนเพื่อให้ ออกไซด์ต่างๆ ลอยขึ ้นมาที่ผิว
ด้ านบน และทาการแยกแร่เงินออก
- แร่ ท่ ีนิยมนามาถลุง คือ copper sulphide, Cu2S ซึ่งมักจะมีสารมลทินคือ FeS2 บนอยู่อนข้ างมาก
- เราจึงต้ องแยกเหล็กออกด้ วยการเผา (Roasting), กระบวนการ oxidation ตามด้ วยการใช้ flux
- ทองแดงเหลวจะถูกทาให้ บริสุทธิ์เพิ่มขึน้ ด้ วยการเติมไม้ เนือ้ แข็งลงไป เพื่อกาจัดกาซออกซิเจน มิเช่ นนัน้ แล้ ว
โลหะทองแดงจะเปราะเนื่องจากการเกิด Cu2O ทองแดงที่ได้ จะเรี ยกว่ า “Tough-pitch copper”
- ส่ วนโลหะทองแดงที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง เช่ นงานด้ านไฟฟ้ าและอิเลคทรอนิกส์ จะใช้ อีกวิธีการหนึ่งคือ
การใช้ วธิ ีทางเคมีไฟฟ้ า ดังรู ปที่ 5
- แร่ ท่ ีนิยมนามาถลุง เรี ยกว่ า Bauxite (Hydrated aluminiumoxide,
Al2O3) ที่พบมากใน อเมริกาเหนือ, จาไมก้ า, ยุโรปและ รั สเซีย
- กระบวนการทางเคมีในการแยกอลูมิเนียอออกไซด์ เรี ยกว่ า “Bayer process”
โดยการละลายออกไซด์ ใน กรดคอสติก ภายใต้ ความดัน และอุณหภูมิ จะได้ Pure
aluminiumoxide มีความบริสุทธิ์ประมาณ 99.4%
- จากนัน้ จะทาการหลอม และผ่ านกระบวนการไฟฟ้ าเคมีเพื่อดึง
อะตอมของธาตุอลูมิเนียมมารวมกัน เรี ยกว่ า “Hall Process” ดังรู ปที่ 6
อลูมิเนียมที่ได้ จากกระบวนการนีจ้ ะมีความบริสุทธิ์ 99.5-99.9percent
aluminium
- แร่ ท่ ีนิยมนามาเป็ นวัตถุดบิ คือ magnesite(MgCO3), dolomite (MgCO3),
brucite(MgO.H2O), carnallite(MgCl2.KCl.6H2O) และนา้ ทะเล
- นิยมใช้ กระบวนการ Dow chemical electrolytic process โดยใช้ คลอไรด์ เป็ นอิเลคโตรไลท์
และใช้ คลอรี นเป็ นขัว้ บวก จะได้ แมกนีเซียมบริสุทธิ์ 99.9%
- วิธี Elektronprocess เริ่มด้ วยการบดผง คือ magnesite(MgCO3) หรื อ dolomite
(MgCO3) ให้ เป็ นผง และทาให้ อยู่ในรู ป magnesia บดละเอียดอีกครั ง้ และทาให้ เป็ น anhydrous
magnesium chloride แล้ วจึงเผาแยกได้ แมกนีเซียม และคลอรี น
กรรมวิธีในการผลิตแร่ โลหะ
- แต่ งแร่ โดยใช้ หลักการความถ่ วงจาเพาะ , แม่ เหล็ก
- บดละเอียด
- ทาให้ บริสุทธิ์โดยการหลอม เติม Flux
- ไฟฟ้ าเคมี
เตาหลอมที่ใช้ ในการหลอม
- The open-hearth furnace
- The basic oxygen furnace
- The electric arc furnace