Kaivosmetallurgiassa paahtaminen on malmien tai välituotteiden metallurgisten tuotteiden kuumennusta korkeassa lämpötilassa kiinteässä tilassa . Tarkemmin sanottuna termi tarkoittaa mitä tahansa pyrometallurgista prosessia, joka koostuu malmin kuumentamisesta hapettavassa atmosfäärissä sen fysikaalisten ominaisuuksien ja kemiallisen koostumuksen muuttamiseksi kiinteiden kaasujen reaktioilla.
Malmien paahtamisprosessit ovat välttämättömiä metallien louhintametallurgiassa. Alussa XXI nnen vuosisadan katuvalot uuneja ja monipesäinen käytetään tuskin lainkaan. Vaikka pyöriviä rumpiuuneja on edelleen olemassa, ne vetäytyvät leijupetiuunien (ei-rautamalmien ja -mattojen metallurgiassa ) ja ketjupaahtamisen (järjestelmällinen terästeollisuudessa ) edessä. Mutta jälkimmäinen tuottaa sintrauksen samanaikaisesti paahtamisen kanssa, se luokitellaan pikemminkin taajamaksi .
Vuonna XVIII th luvulla, verkko liittyy kuumennus korkeassa lämpötilassa mineraaleja. Mutta ymmärrys, joka on edelleen hyvin sekava, toteutetuista kemiallisista reaktioista yhdessä tuotantomenetelmien empiirisyyden kanssa estää sitten tarkan määritelmän muodostamisen. Niinpä kun John Percy esitteli aihetta vuonna 1865, hän aloitti täsmentämällä, että "tämä sana […] koskee prosesseja, jotka luonteeltaan ja tarkoitukseltaan eroavat toisistaan suuresti. " .
Koska sanaa ei voida sitten liittää prosessiin tai tulokseen, kirjoittajat herättävät sarjan synonyymejä luopumalla vivahteiden toteamisesta: Pierre Joseph Macquer ei huomaa mitään eroa "grillage", "paahtaminen", "kalsinointi" välillä ja "paahtaminen". Encyclopedia of Diderot'n ehdottaa synonyymeinä "sytytys", "ruoanlaitto" ja "paahtamisen".
Vuonna XIX : nnen vuosisadan teollisuus metallurgisen voi enää tyytyä nimityksiä suuntaa antavina kemian ymmärtää liittyviä kysymyksiä kaivannaisteollisuuden metallurgia. Malmin esikäsittelyprosessit tunnistetaan tiukasti. Vuonna 1878 Emmanuel-Louis Gruner määritti paahtamisen murskatun mineraalimateriaalin hapettumiseksi korkeassa lämpötilassa ilman avulla.
Jos "hapettava aine par excellence on ilma" , hapetus ei riipu yksinomaan sen vaikutuksesta. "Tarkkaan ottaen voimme erottaa metalliverkon, jonka toiminta johtuu ilman yksinomaisesta vaikutuksesta, ja metalliverkosta ilman ja toisen elementin yhteisvaikutuksesta. Mutta ilma toimii periaatteessa harvoin melko yksin […], jopa tilanteissa, joissa ilma näyttää toimivan yksin, hapettuminen tapahtuu myös epäsuorasti oksidien tai tiettyjen happojen tai suolojen kautta. " Lopuksi, aita voi olla pelkistävä, jos tämän termin käyttö tässä yhteydessä saattaa tuntua epäreilulta, se on kuitenkin myönnetty.
Kaikki metallurgit huomauttavat kuitenkin metalliverkon läheisyyden kalsinoinnista . Tämä on myös toimenpide, joka koostuu kuumennuksesta mineraalitavoilla "haihtuvan elementin eliminoimiseksi tai jopa yksinkertaisesti mineraalisen aineen hajottamiseksi" . Jos sekoitus on yleistä terästeollisuudessa , se johtuu siitä, että monet malmit ovat erittäin helposti hapettavia. Gruner toteaa näin ollen, että kalsinointi on luokiteltava paahtamiseksi heti hapetuksen tapahtuessa, koska "heti kun kalsinointilaitteessa on ylimääräistä ilmaa, materiaalit paahdetaan osittain " .
Malmin paahtotoimien luettelo paljastaa käytetystä laitteesta riippumatta kolmen tyyppisiä kemiallisia reaktioita, yhdistettyinä tai ei:
Tietenkin heti, kun lämmitys alkaa, tapahtuu kuivuminen , joka paahtamisen yhteydessä tapahtuu täydelliseen kuivumiseen asti . Tähän käytäntöön liittyvät voitot ovat ilmeisiä, ja on houkuttelevaa ajatella, että paahtaminen on historiallisesti esiintynyt pyrkimyksenä siirtää kuivaus kuivumisen ulkopuolelle hyödyn lisäämiseksi.
Siten, superoksidoitavan paahtamisen lisäksi, paahtaminen merkitsee tietyn määrän steriilin tai jopa haitallisen materiaalin poistamista. Näin ollen sitä käytetään hyvin yleisesti itse uuttokohdassa: koska se aiheuttaa massan menetystä, joka voi nousta 30-40%, on yhtä paljon vähemmän kuljettaa ...
Termolyysi tapahtuu kuumennuksen aikana ilman kemiallista reaktiota malmin vierasesineen kanssa. Se koostuu malmin kemiallisesta hajoamisesta lämpötilan vuoksi. Useimmissa tapauksissa termolysoimalla malmien on kalsinointi , eli hajautetusti karbonatisoitumiseen rock:
Kuumennus voi myös aiheuttaa sublimaatioreaktion . Tapauksessa sinkin , kuumentamalla malmien aiheuttaa sinkin haihtua. Näin ollen, koko XIX th -luvulla, metallin talteenottamiseksi tehtiin kondensoimalla ja höyryjen lämmitys malmin.
Dehydroksylaatio ja dehydraatioDehydraation ja dehydroksylaation kemialliset reaktiot tapahtuvat yleensä ensimmäisinä, kun mineraalia kuumennetaan. Nämä reaktiot eroavat kuivumisesta , joka vastaa vapaan veden poistumista . Tavoite on kuitenkin usein sama: poistaa vesi, joka todennäköisesti vapautuu seuraavissa käsittelyissä korkeassa lämpötilassa ja jonka vapautuminen aiheuttaisi ei-toivottuja vaikutuksia ( höyryräjähdys , korroosio , ei-toivotut tai mahdottomat kemialliset reaktiot jne. ). Lisäksi malmin vedettömässä muodossa on kevyempi (esimerkiksi yhdistetty vesi on garnieriitti vastaa 30% kaivos- paino), mikä vähentää kustannuksia käsittelyyn sekä hoidon.
Dehydraatio- ja dehydroksylaatioreaktiot erotetaan poistetun ryhmän luonteen perusteella: MXn m H 2 O (s) → MXn (s) + m H 2 O (g) dehydraatioreaktio, joka vastaa yhdistetyn veden poistamista hydraatista 2 M (OH) n (s) → MO n (t) + n H 2 O (g) dehydroksylointireaktio, joka vastaa hydroksidin poistoa
Niin, esimerkiksi lämmityksen limoniitti (Fe 2 O 3 .3H 2 O) Aiheuttaa dehydraatioreaktio, jolloin saatiin vedetön yhdiste , hematiitti (Fe 2 O 3): 2 Fe 2 O 3. 3 H 2 O (s) → 2 Fe 2 O 3 (s) + 2 H 2 O (g) heti kun T> 330 ° C (endoterminen)
Osittainen dehydroksylointireaktio saadaan kuumentamalla rauta (III) hydroksidia ( bernaliitti ), joka antaa rauta (III) oksihydroksidia ( getiitti ) reaktion mukaisesti: Fe (OH) 3 (s) → FeO (OH) (s) + H 2 O (g) heti kun T> 195 ° C (endoterminen)
HiilidioksidipäästötKalsinointi vastaa hiilihapotuksen reaktiota . Yleisimmässä ja tunnetuimmassa tapauksessa siihen liittyy kalkkikiven muuntaminen kalkkiksi (tästä johtuen termi "kalsinointi", joka tulee etymologisesti tästä toiminnasta). Uuttavassa metallurgiassa on kyse karbonaattimalmien lämmittämisestä samalla tavalla.
Reaktio on aina endoterminen ( 900 ° C: ssa se kuluttaa 209 kJ / mol CaCO 3: a). Yleisimmistä kalsinointihoidoista voidaan mainita:
2 FeCO 3 (t) → 2 FeO (s) + 2 CO 2 (g) heti kun T> 400 ° C (endoterminen)
2 MnCO 3 (t) → 2 MnO (s) + 2 CO 2 (g) heti kun T> 377 ° C (endoterminen)
2 MgCO 3 (t) → 2 MgO (s) + 2 CO 2 (g) heti kun T> 417 ° C (endoterminen)
Yhden kemiallisen aineen lämmittäminen voi tietysti tuottaa useita erillisiä termolyysireaktioita. Paljon monimutkaisia mineraaleja, kuten malakiitti (Cu 2 CO 3 (OH) 2), dehydratoidaan ja hiilidioksidipäästöt poistetaan peräkkäin: 2 Cu 2 CO 3 (OH) 2 (s) → 2 Cu 2 CO 3 (s) + O 2 (g) + 2 H 2 O (g) heti kun T> 95 ° C 2 Cu 2 CO 3 (t) + O 2 (g) → 4 CuO (s) + 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) heti kun T> 350 ° C Näiden kahden reaktion tuottaa 150 kJ / mol Cu 2 CO 3 (OH) 2
Muut kemialliset hajoamisetHajautetusti sulfatointi reaktio on mahdollisuus, joka noudattaa samoja periaatteita kuin kalsinoinnin. Esimerkiksi jarosiitin (KFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 tapauksessa), useita dissosiaatioreaktioita seuraavat toisiaan seuraavasti: Dehydroksylointi: 2 KFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 (s) → K 2 SO 4 ⋅Fe (SO 4 ) 3 (s) + 2 Fe 2 O 3 (s) + 6 H 2 O (g) T: lle 350 - 500 ° C (endoterminen) Dissosiaatio : K 2 SO 4 ⋅Fe (SO 4 ) 3 (s) → K 2 SO 4 (t) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) kun T on noin 500 ° C (eksoterminen) Desulfaatio: Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) → Fe 2 O 3 (s) + 3 SO 3 (g) T: lle noin 750 ° C (endoterminen) Dissosiaatio: K 2 SO 4 (s) → K 2 O (t) + SO 3 (s) kun T on noin 1100 ° C (endoterminen)
Varsinainen paahtaminen koostuu lämmityksestä ilman läsnä ollessa. Happipitoisuus ja lämpötila ovat tietysti hyvin vaihtelevat haluttujen kemiallisten reaktioiden mukaan. Ristikkoja on useita tyyppejä. "Kuolema kuolemaan" tulisi erottaa "osittaisesta paahtamisesta". Paahtaminen on todellakin integroitu monimutkaisten mineraalien uuttamisprosessiin, paahtaminen voidaan keskeyttää välikäsittelyä varten. Lopuksi, "superoksidoivat seulat" ovat erityisiä, koska ne pyrkivät rikastamaan hapella ei-toivottujen elementtien poistamisen sijaan.
Grillaaminen kuoliaaksiKuolemaan paahtaminen vastaa kaikkien yhdisteiden poistamista, jotka kykenevät reagoimaan kuuman ilman kanssa maksimaalisten hapetustilojen saavuttamiseksi. Tyypillinen tapaus on rikin poistaminen sinkin tai kuparin uuttomenetelmässä:
2 ZnS (t) + 3 O 2 (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO 2 (g) heti kun T> 900 ° C ja tuottaa 440 kJ / mol ZnS: ää
2 CuFeS 2 (s) + 4 O 2 (g) → 2 FeO (s) + Cu 2 S (s) + 3 SO 2 (g) kun T> 700 ° C: ssa ja tuottavat 1030 kJ / mol ja CuFeS 2 Cu 2 S (s) + 2 O 2 (g) → 2 CuO (s) + SO 2 (g) kun T> 700 ° C: ssa ja tuottavat 329 kJ / mol Cu 2 S
Osittainen paahtaminenOsittainen paahtaminen ei enää hapeta yhdistettä. Nykyaikaisille uuneille tällainen toiminta ei tarkoita tehokkuuden puutetta, vaan on osa koko uuttoprosessia. Osittainen paahtaminen on tyypillisesti kaikkien ei-toivottujen komponenttien, kuten arseenin tai antimonin, poistaminen poistamatta kaikkea rikkiä, joka on hyödyllinen seuraavissa reaktioissa.
2 Cu 3 AsS 4 (s) + 13 O 2 (g) → 2 As 4 O 6 (g) + 6 Cu 2 S (g) + 10 SO 2 (g) ja 375 ° C <T < 625 ° C: ssa ja tuottavat 44 kJ / mol Cu 3 AsS 4 Olisi täysin mahdollista työntää paahtaminen tämän lämpötilan ulkopuolelle ja työntää kuparin hapettumista toisessa vaiheessa 6 Cu 2 S (s) + 9 O 2 (g) → 6 Cu 2 O (s) + 6 SO 2 (g)ja kolmasosa 6 Cu 2 O (t) + 3 O 2 (g) → 12 CuO (t). Mutta nämä kaksi viimeistä hapetuksiin ovat eksotermisiä ja edullisemmin suoritetaan flash-sulamispiste uunissa , joka hyödyntää lämmön antaa pois näistä reaktioista, jotta suorittaa sulamispiste kuparin. Ennen kaikkea emme saa unohtaa sitä tosiasiaa, että teollisena tavoitteena on hapettaa arseeni, jotta se voidaan tyhjentää kaasumaisen yhdisteen muodossa, eikä hapettaa rikkiä, joka on seuraavien fuusioreaktioiden polttoaine. Yleinen tapa suositella enargiitin dissosiaatiota rikin hapettumiselle on ilman esilämmitys tai rikastaminen hapella.
Superoksidoivan verkon erityispiirre on se, että sitä ei ole tarkoitettu evakuoimaan elementtejä kaasumaisessa muodossa. Lopullinen oksidi on painavampi kuin lähtöoksidi.
CuS (t) + 2 O 2 (g) → CuSO 4 (t) heti kun T> 650 ° C (eksoterminen)
4 Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) → 6 Fe 2 O 3 (t) kun T> 450 ° C: ssa ja tuottavat 188 kJ / mol Fe 2 O 3
2 NiS (t) + 3 O 2 (g) → 2 NiO (t) + 2 SO 2 (g) kun T> 1050 ° C (eksoterminen)
Joissakin tapauksissa termi "paahtamisen vähentäminen" viittaa välituotteiden metallurgisten tuotteiden lämmittämiseen pelkistävässä ilmakehässä. Pelkistysreaktion kuvaaminen paahtavaksi voi tuntua liialliselta, mutta koska ei-toivotut elementit evakuoidaan kaasumaisessa tilassa, nimenomaisen termin puuttuessa sanan käyttö tässä yhteydessä on sallittua.
2 H 2 C (l) + O 2 (g) → 2 CO (g) + 2 H 2 (g) kun T> 1000 ° C ja 2 CO (g) + NiO (s) → 2 Ni (t) + 2 CO 2 (g) kun T> 1000 ° C
Paahtaminen on hyödyllistä kivimalmien luonteen muuttamiseksi. Itse asiassa nämä ovat pienikokoisia ja kaasut (tai nesteet) tuskin tunkeutuvat niihin, mikä hidastaa niiden myöhempää prosessointia. Ne voivat olla myös kovia , mikä tekee murskaamisesta ja jauhamisesta kallista . Tässä tapauksessa paahtamisen tarkoituksena on tehdä malmista huokoinen ja hajoava.
Tietysti tätä kiinnostusta ei ole olemassa malmijauheiden tapauksessa. Nämä malmit paahdetaan prosesseilla, joissa hyödynnetään niiden jauhemaista luonnetta (leijupetireaktorien tapauksessa), tai käsitellään agglomeroituvilla seuloilla, joiden korkea lämpötila tuottaa sintrausta (paahtaminen ketjussa agglomerointilaitoksessa ).
Lämmön vaikutus mineraaleihin on tunnettu jo neoliittisista ajoista lähtien , jolloin kovien kivien voittamiseen käytettiin takkoja. Käytäntö yleistyi aikana Early pronssikaudella kanssa palo de-pinoaminen , joka käyttää lämpölaajeneminen murtuma kiviä palossa. Tämä primitiivinen tekniikka jatkuu koko historian ajan, se mainitaan Raamatussa ja yksityiskohtaisesti renessanssin aikana . Se on tehokas koville kiville, kuten kvartsille ja basaltteille . Yhdessä lämmön ja hapen aiheuttamien kemiallisten muutosten kanssa, sitä käytetään yleisesti heti, kun polttoainetta on runsaasti.
Hyvin samanlainen kuin myllykivihiilen valmistus , menetelmä koostuu malmin sekoittamisesta polttoaineen kanssa ja kokonaisuuden sytyttämisestä. Lämpöhäviöt huomioon ottaen prosessi soveltuu vain malmeille, jotka luonnollisesti sisältävät polttoainetta. Malmi hiili rauta on yksi, joka sopii paremmin tämän toiminnon. Tämän primitiivin menetelmä häviää, kun viimeinen talletukset tämäntyyppisiä loppuun lopussa XIX th -luvun. Siksi sitä suositellaan harvoin:
”Kalsinoimme vapaina kasoina huolimatta lämpöhäviöstä, suurin osa malmista, jotka sisältävät itse polttoaine-elementin. […] Polttoaineenkulutus on […] kaksinkertainen akseliuunien kulutukseen. Siksi ei-bitumisia malmeja ei pitäisi koskaan kalsinoida paaluina. "
- E.-L. Gruner , Tutkimus metallurgiasta
Grillata kasoissa kerros polttoainekerrointa levitetään ensin tasaiselle alueelle (tai harvemmin jaetaan pilkkuihin, laatikoihin tai kuoppiin), jolle muodostuu paahdettava malmipino. Jos malmi sisältää riittävästi polttoainetta, pieni kerros on kovaa hiiltä tai muuta halpaa polttoainetta, tavallisesti puusta, lisätään. Maapallolla järjestetään pystysuoraan karkeimmat malmilohkot, jotta syntyy karnaaleja ilman saapumista varten. Kasa on peitetty hienomalmikerroksella, joka käyttäytyy vedenpitävän päällyksen tavoin heikentäen vetoa. Mutta riippumatta tieteestä, jolla paalun ilmastus valmistetaan, palaminen on epäsäännöllistä: ”Itse asiassa paloa ei voida koskaan säätää yhtenäisellä tavalla, koska toiminta riippuu täysin tulen tilasta.” Ilmakehä. " Tuloksena on, että aita on yleensä pidempi kuin on välttämätöntä, mutta on edelleen mahdotonta suorittaa yhdellä kertaa malmin täydellinen paahtaminen paaluilla, keskusta on aina vähemmän paahtanut reunoja" riittämättömän ilmansyötön vuoksi. Siten tällä menetelmällä malmien ja kuparimattojen rikinpoisto on toistettava kymmenen kertaa, jotta se olisi täydellinen.
Paalut itse ovat yleensä muotoiltuja katkaistuiksi pyramideiksi, joissa on neliön muotoinen ala tai kolmiomainen prisma . Pituus on muuttuva, emäs on 5 kohteeseen 10 metriä , ja korkeus vaihtelee 1 kohteeseen 4 metriä luonteesta riippuen malmin. Suurimmat paalut ovat 40 ja 60 metriä pitkä, 6 ja 11 metriä leveä ja noin 5 metriä korkea, heidän paahto kestävät yhdestä kuukaudesta kahteen kolme kuukautta, ja joskus enemmän.
Rikkipitoisia rautamalmeja ( pyriittejä ) tai rikkipitoisia kuparimalmeja ( kalkopyriittejä ) voidaan myös paistaa paaluissa, koska rikin hapettuminen on riittävän eksotermistä itsensä ylläpitämiseksi. Mutta tuottaa sietämätön pilaantumista riippumatta ajasta, tämä menetelmä on harjoiteltu pienessä mittakaavassa ja autio paikoissa (kuten Yhdysvaltain länsiosissa ensimmäisellä puoliskolla XIX : nnen vuosisadan). Niinpä kasan paahtamista on aina kritisoitu sen aiheuttaman pilaantumisen vuoksi:
”Ilmainen kasan paisto on taiteen alkuvaihe. Menetämme paitsi paljon lämpöä myös melkein kokonaan haihtuvat alkuaineet, rikin, arseenin jne. Tämän lisäksi tämä paistomenetelmä aiheuttaa vakavia vahinkoja naapurikiinteistöille. Joka tapauksessa se aiheuttaa ongelmia alueen asukkaille. Emme voi paeta vakavien korvausten maksamista. "
- E.-L. Gruner , Tutkimus metallurgiasta
Lopuksi, kasan paahtaminen on mahdotonta materiaaleille, jotka pehmenevät kuumennettaessa, "muuten seurauksena olisi nopea impasto, joka pysäyttäisi vedon" .
Paahtamisen kasaan blackband Pohjois Staffordshire alussa XX : nnen vuosisadan.
Kasa käytetään paistamiseen sinkkimalmi ( välke ) in Dorilla ( Asturias )
Jälkikaiunta-uuni soveltuu erityisen hyvin jauhemaisen materiaalin paahtamiseen, jota kaasuvirta kuljettaisi pitkin mukana, jos niitä käsiteltäisiin akseliuunissa, ja myös siksi, että niiden läpäisevyys on riittämätön. Mutta jos menetelmä johti loppuun XIX th -luvulla, se oli vanhentunut jo alussa XX : nnen vuosisadan. Todellakin, kosketus kuuman ja hapettavan ilmakehän välillä on suhteellisen heikko, paahtaminen on hidasta ja epätäydellistä, vaikka kuorma palautettaisiin säännöllisesti.
Paahdetaan lieskauuni on laajentaa on tulisija uunin kerros 8 ja 10 cm: n paksuinen ja hautua (käsin XIX th -luvulla, ja sen jälkeen automaattisesti alusta XX : nnen luvun, kuten Edwards uuni). Koska vain pintakerros altistetaan hapettavalle paahtamiselle, käsin lapiointi tai mekaaninen haravointi on välttämätöntä, mutta tämä ei usein riitä nopean ja täydellisen paahtamisen aikaansaamiseksi. Lisäksi paahtamisesta syntyviä kaasuja (rikkikaasua, sinkkioksideja jne. ) Ei poisteta voimakkaasti materiaalikerroksesta ja ne jäävät yleensä jyvien välisiin tiloihin ( adsorptiolla ), mikä haittaa etenemistä. . Tämä ilmiö on kuitenkin paljon vähemmän rangaistava jälkikaiunta-uuneissa kuin muissa prosesseissa (akseliuuni, paistaminen pylväissä tai paaluissa jne. ), Koska kaasut lähtevät latauksesta nopeammin. Joustavuutensa ansiosta jälkikaiunta-uuni, joka mahdollistaa lämpötilan säätämisen hapettumisasteesta riippumatta, on suosittu työkalu malmien rikinpoistoon.
Kaikkien jälkikaiunta-uunien haittana on huono lämpötehokkuus. Parantamiseksi ja kuorman saatavuuden helpottamiseksi grilliuunien pohja on pitkä ja kapea. Vuonna XIX th luvulla, se on vähintään 10 metriä pitkä ja yli 2 metriä leveä. On olemassa kaksi aluetta: lämmitysalue palosillan (tai alttarin) lähellä ja laboratorioalue, jossa materiaali lämpenee hitaasti, mikä on 15-20 kertaa suurempi. Materiaalit työnnetään tulisijaa pitkin savupiipusta kohti tulisijaa. Liikkumisen helpottamiseksi lattia on siis joskus kalteva tai se on suunniteltu kaskadivirtaukseen (hyllyuuni). Hapetusverkon saamiseksi ilman sisääntuloaukkoja lisätään. Tiheämpi kylmä ilma kiertää savun alla kosketuksessa hapettuneen varauksen kanssa. Mutta jos aiomme käsitellä höyryjä (esimerkiksi rikkin talteenottamiseksi), ylimääräistä ilmaa on rajoitettava. Tässä tapauksessa tulipesään levitetyn tuotteen säännöllinen kääntäminen on tehtävä mekaanisesti, muuten pääsy kuormaan aiheuttaa toistuvia ilmanottoaukkoja. Monia järjestelmiä on ehdotettu uuneista, joissa on kaltevat hyllyt, joissa kuormitus kaskadeissa ( Hasenclever- uunit (de) ), mekaanisiin ritiläjärjestelmiin.
Kuten useimmissa paahtamisprosesseissa, sintrausta tulisi välttää materiaalin helpon käsittelyn mahdollistamiseksi. Lyijymalmien paahtamiseen on kuitenkin tavallista, että sintraus tai jopa sulatus suoritetaan samassa uunissa.
Kaasu-uuni, jota käytettiin vuonna 1883 lyijymalmin paahtamiseen. Sitä kutsutaan sitten moderniksi muotoiluksi.
Anaconda Mining Companyn vuonna 1897 markkinoima jälkikaiunta-uuni hopeamalmin paahtamiseen .
Lieskauuni tulisija kallistettu 18 ° (uuni Ferraris), jota käytetään kalsinointi pienten calamines alussa XX th -luvun.
Lieskauuni monipesäinen (tabletit uuni), käytetään loppuun XIX th vuosisadan rikkipitoista johtaa pasutus. Kuorma kulkee peräkkäin ylemmästä tulisijasta alempaan, kiertäen höyryjen vastakkaiseen suuntaan.
Poikkileikkauskuva Edwards-uunin pyörivästä seulajärjestelmästä, jota käytettiin vuonna 1921.
Akseliuunien tehokkuus on erinomainen niiden vastavirtaisen toiminnan vuoksi (kuumat kaasut nousevat ja kylmät materiaalit putoavat). Tämä tehokkuus kasvaa koko, erityisesti korkeus uunin: varhainen XiX th luvulla, akseli uunit ovat välillä 5 kohteeseen 10 metriä korkea. Mutta ne ovat yhteensopivia vain korkeassa lämpötilassa läpäisevän materiaalin kanssa: jos se muuttuu murenevaksi, niiden korkeutta ja siksi niiden saantoa on rajoitettava. Jos malmi on kunnossa tai tukossa, toiminta ei ole mahdollista.
Alusten paahtouunit voidaan erottaa siellä suoritettavan polttotyypin mukaan: kiinteät polttoaineet, kaasumaiset uunit ja hapettavat savu- tai kuumailmauunit:
Uunit eroavat myös suunnittelustaan. "Arina-uuneissa" kuorma kannattaa vaakasuoralla ritilällä, joka antaa ilman kulkea. Lämmitys on homogeenisempaa kuin "uunissa, jossa on avaimet ", jossa sivuaukot palvelevat sekä kuormien tyhjentämistä että ilmansyöttöä. Uuniuunit ovat yksinkertaisempia, mutta joskus on tarpeen kertoa aukot säiliön keskelle hyvän kaasuvirran takaamiseksi takaamatta reaktioiden tehokkuutta säiliön keskellä.
Reaktioiden tasapainottaminen säiliön keskikohdan (missä lämpö on keskittynyt, mutta missä kaasuilla on vaikeuksia päästä) ja kehän (jossa kuormat ovat hyvin tuuletettuja, mutta seinät jäähdyttävät) välillä on mahdollista muuttamalla uunin muotoja. Jotkut uunit ovat siten elliptisiä, jotta vältetään liian kuuman keskusvyöhykkeen esiintyminen. Yksinkertaisemmin voidaan omaksua soihdutettu muoto, joka suosii virtausta uunin akselilla. Yläosassa soihdutettu muoto hidastaa myös nopeuksia, suosien lämmön vapautumista kaasuista juuri asetettuun kuormaan. Uuniuunien alaosa on usein kuormitettu keskeltä inertin materiaalin massalla, astia kapenee tai jopa keskikartio materiaalin paremman poistamiseksi.
Rautamalmigrillausuuni Saint-Pierre-d'Allevardissa .
Sivupolttouuni, jota käytettiin vuonna 1860 sinkkimalmin paahtamiseen. Hapettavien höyryjen tuotanto tapahtuu säiliön vieressä.
Ruotsin Westmannin uuni. Masuuni- ja ilmaa tuodaan erillisissä sijainneissa, palaminen tapahtuu alaosassa.
Ritiuuni sinkimalmin paahtamiseen Monteponissa (it)
Uuni Ruotsin Gjersistä, jonka kartio ja kapeneminen pohjassa helpottavat materiaalien uuttamista.
Ensimmäisissä kiertouunissa oli vain yksi tulisija. Mukaan Gruner , ne kaikki näyttävät olevan innoittamana, että Skotlannin keksijä William Brunton , joka patentoitu periaate.21. helmikuuta 1828. Ne kehitettiin ja käytettiin Cornwallissa tinamalmin ( kassiteriitti ) paahtamiseen arsenopyriittimatriisilla . Siihen saakka, kunnes he hylkäsivät vuonna 1950 vaahdon vaahdotusmenetelmät , ne osoittautuivat tehokkaiksi. Vuonna 1860 Parkes keksi monikerroksisen uunin, jota sen kilpailijat paransivat säännöllisesti.
Moderni multi-uunit ovat 2 kohteeseen 8 m halkaisijaltaan, ja on 3-16 tulisijoja. Of satulat läpimenoajan palauttaa tuote ja liikkumaan säteittäisesti pelkästään, jotta evakuoida alapohjakappaleen. Nämä hyvin eksotermisiin ristikoihin sovitetut uunit olivat hallitseva tekniikka pyriittien paahtamiseen 1960-luvulle saakka. Tuolloin leijupeti-uunit ohittivat ne yhtäkkiä, mikä mahdollistaa suuremman tuotannon ja paremman suorituskyvyn. Hapettumisen hallinta. Mutta koska useat tulisijauunit sallivat hitaat aidat, joihin liittyy pieniä määriä kaasua, niitä käytetään edelleen XXI - luvun alussa molybdeniitin paahtamiseen ( MoS 2: n eksoterminen paahtaminen)MoO: ssa 3ajan 630 ° C: ssa ), sekä kuona , joka sisältää vanadiinia tai volframia (yleensä endoterminen verkkojen).
Brunton-uuni.
Laukaus Herreshoff-uunista, jota käytetään halkopyriitin paahtamiseen .
MacDougal-uunit kalkopüriitin paahtamiseen Anaconda Copper Washoe -laitoksessa vuonna 1920.
Linja poistettujen MacDougal uuneja on Tooele Smelter , sinkki kaivos tehtaan Tooelessa , Utah , 1968.
Laukaus Tooele Smeltterin MacDougal-uunista .
Kiertouunin periaate on vanha. Paahtouunina se ilmestyi Nevadassa maaliskuussa 1867 hopeasulfidien paahtamiseen. Tämä William Brucknerin suunnittelema ensimmäinen malli koostuu lyhyestä vaaka-akselista uunista, joka merkitsee aikalaisia sen taloudellisella suorituskyvyllä ja kyvyllä käsitellä monimutkaisimpia malmeja. Myöhemmin kaupan pidetyt mallit pystyvät käsittelemään 2 tonnin malmierät 5 tunnissa. Niin tehokas kuin taloudellinenkin henkilöstön suhteen, sitä pidettiin silti tällä hetkellä vaativampana kuin vaihtoehtoiset tekniikat.
Brucknerin menestys inspiroi amerikkalaisia keksijöitä, jotka ottivat käyttöön rumpuuunin periaatteen ja paransivat sitä. John White yrittää tehdä jatkuvan uunin kallistamalla sitä: sulfidimalmit tulevat yhdeltä puolelta ja poistuvat toiselta, kaasut kiertävät virtaa vasten. Mutta savut tempaa malmin sakot , jotka on paahdettu aputoimielin palo sijaitsee carnau . Se oli John Howell, joka noin vuonna 1870 viimeisteli White'n uunin kehittämisen laajentamalla sitä ja yhdistämällä nämä kaksi tulisijaa. White-Howellin jatkuva paahtouuni on viimein kehitetty ja ylittää Brucknerin uunin, kun taas Philip Argall tarjoaa alkuperäisen nelisylinterisen uunin, mutta jonka ainoa kiinnostus on sen pyörimiseen tarvittava pieni teho.
Samanaikaisesti kehitettiin Smidth-uuni rautamalmin paahtamiseen. Se on myös ohuempi kuin Bruckner-uuni: se on 8 metriä pitkä 4 metriä vastaan ja halkaisija 1,2 metriä 1,7 metriä vastaan . Smidth-uuni, vastaavien tapaan, kehittyy ja soveltuu jatkuvaan käyttöön. Vuonna 1960-luvulla Smidth uuneja käytetään terästeollisuudessa saavuttanut 100 metriä pitkä ja 4 kohteeseen 6 m halkaisijaltaan, ja paahdettu yli 700 tonnia / vrk ja masuunin pöly . He käyttävät masuunikaasua , voivat poistaa sinkin pölystä ja pellettimalmia.
Alussa XXI nnen vuosisadan nämä uunit ovat yleisiä kuin metallurgisissa prosesseissa tai järjestelmällistä tapauksessa tuotannon sementin . Mutta uuttometallurgiassa ne ovat vetäytyneet muiden hienomalmien käsittelyyn soveltuvien prosessien edessä. Rautamalmien paahtamista varten ne hylättiin 1970-luvulla verkkoprosessien hyväksi, jotka kykenevät tuottamaan enemmän ja suorittamaan laajempaa hapetusta. Hienoihin mineraaleihin liittyvissä muissa kuin teräsprosesseissa, kuten rikkimalmien eksoterminen paahtaminen tai ilmeniitti- ja fosfaattikivien (endoterminen) dehydratointi , ne on korvattu leijupetiuuneilla. Epäsuotuisan lämpötehokkuuden vuoksi (kalkin tuotantoon ne kuluttavat 5 020 - 5 440 MJ / tonni verrattuna akseliuunin 3 350 MJ / tonniin ), niiden käyttö on perusteltua vain hyvin erityisissä tapauksissa, kuten hajautettujen hiukkaskokoisten materiaalien tai hajoavat käytön aikana.
Brucknerin rumpiuuni, jonka valmisti Chicagon rautatehdas vuonna 1905 ja jota käytetään Montanassa kuparimalmien paahtamiseen.
Bruckner-rumpu-uuni
Howell-White -rumpiuuni, jonka valmisti Anaconda Copper vuonna 1897 ja jota käytettiin hopeamalmien rikinpoistoon.
Argall rumpu uunissa koostuu 4 satelliitti putkia, on Cripple Creek 1902. Kun kapasiteetti on 45 kohteeseen 50 t / 24 h , ne vähentävät rikkipitoisuus kultamalminäytettä 2 kohteeseen 0,10 % . 1 CV- moottori ajaa kokoonpanoa.
Vuonna 1867 Carl August Stetefeldt (en) patentoi uunin, joka toimi hienomalmin vapaalla putoamisella kuumien, hapettavien höyryjen nousuputkessa. Tätä leijupetiuuneja esivalmistavaa uunia arvostellaan, koska se on tehokas vain, jos partikkelikokoa hallitaan. Mutta se on menestys Yhdysvalloissa, jossa sitä käytetään hopeamalmin paahtamiseen. Muutama vuosi myöhemmin Florian Joseph Gerstenhöfer lisäsi sarjaan baaneja, jotka oli järjestetty rikaaniin, mikä hidasti putoamista pidentäen paahtamisen kestoa.
Stetefeldt-paistouuni, joka toimii hienojen mineraalien vapaalla putoamisella.
Gerstenhöfer-paistouuni tai kaskadiuuni, jota käytetään blenden paahtamiseen.
Vuonna 1950 saksalainen Lurgi (de) otti käyttöön ensimmäisen leijupetipaahdin. Teknologia leviää nopeasti. Prosessi on tehokas paistamiseen pyriittiä, sekoituksia, kultamalmien, kupari peiteväreissä , paahtamalla varten pyrohydrolysis nikkelin kloridit, jne. . Prosessin etuna on jatkuva ja suljettu. Ekologisten etujen lisäksi on helppo taata tasainen savun tuotanto laadullisesti ja määrällisesti järkevän lämmön ja rikin talteenottamiseksi . Siten XXI nnen vuosisadan tekniikka on vielä täysin nykyaikainen ja jopa suositella parasta käytettävissä olevaa tekniikkaa , jonka Euroopan komissio .
Leijupedin periaate on edullinen kiinteän kaasun lämmönvaihdon parantamiseksi ja erityisesti sulfidien tapauksessa SO 2 : n poistamiseksiylläpitämällä alhainen osapaine SO 2hiukkasten ympärillä. Jos reaktiot ovat erittäin eksotermisiä, ne voivat toimia autogeenisesti. Muuten polttoaine (jauhettu hiili, polttoöljy) ruiskutetaan reaktoriin murskatun malmin tai ilman kanssa. Uunin toiminta vaatii lämpö- ja hiukkaskokojakauman hyvää hallintaa malmin paakkuuntumisen välttämiseksi, mikä on ongelma, johon nämä uunit kohtaavat toisinaan.
Vuonna 1897 Thomas Huntington ja Ferdinand Heberlein (of) patentoivat ensimmäisen paahtamismenetelmän tankoissa, joiden läpi kaasuja imettiin, polttoaineen sisältävän mineraalipolton polttamiseksi . Tämä sekoituspaahtaminen tapahtuu kiinteissä säiliöissä, ja lämpötilaa säädetään huolellisesti panoksen sintrautumisen välttämiseksi . Tästä Wolfgang Job kehittää mineraalihienojen tai pikemminkin masuunikaasupölyn taajaman. Mutta se oli alussa XX : nnen vuosisadan välillä 1907 ja 1911, Arthur Smith ja Dwight Lewis Richard Lloyd keksi "jatkuva suora" paahtamalla sulfidimalmit tai agglomeraatti hienoa pölyä tai rautamalmia tai jäännöksiä rauta- ja terästehtaat.
Masennus on merkittävä innovaatio. Tämä etu yhdessä prosessin jatkuvuuden kanssa varmistaa Dwight-Lloyd-prosessin suosion:
"Tämä prosessi ei ole vain laskenut kustannuksia ja parantanut toimintaa sanan jokaisessa metallurgisessa merkityksessä, mutta käyttöolosuhteet voivat olla hygieeniseltä kannalta paljon paremmat kuin mikään muu vastaava prosessi. "
- A. Hamilton & R. Meeker, lyijymyrkytys lyijyn sulatuksessa ja puhdistuksessa
Huntington-Heberlein-kattila, jota käytettiin vuonna 1914 blenden paahtamiseen. Tässä kuvassa näkyvä potti toimii ylöspäin suuntautuvan ilmavirran kanssa.
Dwight-Lloyd-prosessin toimintaperiaate.
Vaikka yritettiin kehittää muita tekniikoita, joiden uskottiin olevan halvempia rajoitetulle tuotantokapasiteetille (Greenawalt, AIB, GHH-prosessit jne.), Jatkuva suora ketju tuli nopeasti ainoaksi tuotantotyypiksi käytetyksi konetyypiksi. malmit.
Rikkipitoisten materiaalien paahtamisen yhteydessä ketjun alle imetyt höyryt palautetaan pölyämisen jälkeen yläpuolelle toimimaan suljetussa piirissä. Tämä höyryjen kierrätys rankaisee hapettumista, mutta se mahdollistaa rikastuttaa höyryjä SO 2: ssaniiden käsittelyn helpottamiseksi. Tätä tekniikkaa on alettu käyttää terästeollisuudessa, jossa se mahdollistaa rautamalmin taajamien saastuttavien päästöjen rajoittamisen 25 prosentilla.
Kun haluamme välttää kosketusta liekin kanssa tai käsitellä paremmin höyryjä, erotamme kammion, jossa palaminen tapahtuu, malmin prosessointikammiosta. Muhveliuunit (in) ja upokkaat on käytetty. Nämä uunit ovat yleisiä, kun kaasuilla on arvo, kuten tietyissä sinkkimalmimalkoissa, joissa metalli otetaan talteen tarkasti kaasumaisen oksidin tilassa. Toisaalta, vaikka ne luokitellaan usein paahtouuniksi, hapettuminen ilmassa on melkein olematonta, halutun materiaalin transformaatio rajoittuu sublimaatioon.
Kalteva upokasuuni tai "belgialainen uuni", jota käytetään sinkin haihduttamiseen-lauhduttamiseen, kuten sitä käytettiin Vieille-Montagnessa noin vuonna 1840.
Yksityiskohta belgialaisesta upokkaasta sen turpoavalla jatkeella, jossa tapahtuu sinkin kondensaatiota.
Neljä pystysuoraa upokkaat, tai "Englanti uuni", jota käytetään haihduttamiseen-kondensaatio sinkin lopussa XIX th -luvulla.
Uunin käsineet tai "uunin silesialaiset", joita käytetään höyrystämään-kondensoimaan sinkkiä XIX - luvun lopulla.
On mahdollista saavuttaa täysin suljetut uunit, kuten retortit , kaikkien lämmön aikana vapautuvien kaasujen talteen ottamiseksi. Kun se tulee erottaa johtaa sinkkiä, usein esiintyä alussa XX th luvulla, retorttiin keksi Adolf von Faber du Faur: lämmitys mahdollistaa täydellisen haihtumisen sinkki, joka otetaan talteen kondensoimalla, johtaa sitten on on valettu kallistamalla palautetta.
Cornue Faber du Faur käytetään alussa XX : nnen vuosisadan.
Uuni Faber du Faur lämmityksessä, vuonna 1914. Retortin nokan eteen on kiinnitetty kattila, johon höyrystynyt sinkki tiivistyy.
Vuonna 1858 Friedrich Hoffmann patentoi rengasuunin, joka on tarkoitettu tiilien ja laattojen polttamiseen. Erittäin suosittu ja huomattavien mittojen saavuttanut uuni on osoittautunut tehokkaaksi paahtotoiminnassa. Hoffmann uuni on rengas jaettu kiinteä osastoihin, ja tulen etenee yhdestä osastosta toiseen. Ilma saapuu renkaan pisteeseen, kulkee noin 2/3 kehästä, kuumenee kosketuksessa jo paahdettujen materiaalien kanssa ja reagoi polttoainetta sisältävän osaston kanssa. Palamisen tuottamat kuumat höyryt jatkavat tiensä palauttamalla lämpönsä seuraaviin osastoihin, jotka on ladattu paahtamattomalla materiaalilla, ennen kuin ne poistuvat keskiputken läpi.
Raudan ja sinkin karbonaattimalmien kalsinoimiseksi Hoffmann-uuni säästää polttoainetta jopa 50% kiinteisiin polttokennouuneihin verrattuna. Mutta enemmän lämmitykseen kuin hapettamiseen optimoitu tämä uuni pysyi paahtouunina melko marginaalisena. Tätä käyttöä varten tarvitaan joitain pieniä modifikaatioita, koska kalkkikiven tai malmien hiilestä poistuminen saa aikaan varauksen laskeutumisen. Sitten holvin ja kuorman välille muodostuu tyhjiö, ja kaasut lainaa tämän tyhjiön sen sijaan, että kiertäisivät kuorman sisällä. Siksi luomme kalvot, jotka estävät holvin ylemmän kolmanneksen pakottaaksemme kaasut kulkemaan kuorman läpi.
Suuri soikea uuni Hoffmanilta, lähellä Zehdenickiä .
Hoffmanin kalkkiuuni, jota pidetään Willy Spahn -puistossa (de) , Hannover .
Yksinkertaistettu suunnitelma pienestä pyöreästä Hoffman-uunista.
Paahto tuottaa suuria määriä savua, joka koostuu happohöyryjen kuljettaa oksidi pöly ja lyijysulfidi, antimoni, arseeni, hopea ... Kun Yhdysvalloissa alussa XX th luvun, American teollisuuden sitten luokiteltu savu maatalouden aktiivisuus viljelijöiden, joka koostuu haastaa heidät syyttämällä heiltä rikkipitoisten malmien ja kuparimattojen käsittelystä johtuvaa happosateita . Höyryjen käsittelyä ei tällöin juurikaan harjoiteta: "Perustajien mielestä taloudellisempi on käydä läpi tällainen maila, mutta on taloudellisempaa joko ostaa naapurimaatilat tai viljellä niitä itse tai vuokrata niitä peittämällä höyryjä koskeva lauseke. " .
Ympäristöstandardien tiukentaminen on tuominnut kaikkein perustavanlaatuisimmat asennukset, joita ei ole koskaan hyväksytty, vaikka ne rajoitettaisiin käsityöläiseen mittakaavaan. Historiallisesti, nykyaikaisen savunpoistojärjestelmän puuttuessa, parhaat käytännöt ovat koostuneet:
Pölynkeräyspuhaltimien laajamittainen käyttö mahdollistaa paljon tehokkaampien järjestelmien asentamisen: