علم التعدين Metallurgy

باشمهندس الترابى دخلت هذا المنتدى للبحث عن شيئ معين وجدته عندك اتمنى ان تدلنى على وسيلة اتصال
مباشر بك
وشكرا

ماشاء الله والله استفدنا شكرا ليكم وربنا يدوم الموده والمعرفة
-لكم ودى

اولا مشكور علي اضافة هذه الملومات
وثانيا مشكور علي المرور

اضافة لي كلام اخونا زرياب الترابي
حضيف ليكم الكلام ده البيتكلم عن هندسة التعدين

هندسة الفلزات
(Metallurgical Engineering)
تعريف
هى فن و علم الحصول على الفلزات من خاماتها و تصنيعها فى منتجات مفيدة ، وتسمى أيضا علم الفلزات أو المتالورجيا و هى كلمة معربة عن الانجليزية. و يمكن تقسيمها إلى مجالين رئيسيين: معالجة المعادن و معالجة الفلزات.

معالجة المعادن


معالجة المعادن تشتمل على معالجة الخامات للحصول منها على الفلزات
، ويتضمن عمليتين مختلفتين،
اﻷولى منهما عملية فيزيائية (طبيعية) تسمى تركيز أو تهيئة الخامات والثانية عملية كيميائية تسمى استخلاص الفلزات أو المتالورجيا الاستخلاصية، وكلتا العمليتين متداخلتان حيث أنه فى بعض الحالات تُقحم عملية الفصل الفزيائية لمكونات المادة الجارى معالجتها فى برنامج استخلاص الفلز، وفى قليل من الحالات تخضع المادة المعدنية الخام مباشرة للمعالجة الكيميائية دون تركيز.





تركيز الخامات

تهتم عملية تركيز الخامات بتخصيبها وفصل الشوائب المعدنية عنها بحيث ترفع من كفائة المعالجات اللاحقة التى يجريها خبراء الاستخلاص للحصول على الفلزات ، و يستخدم مهندس التركيز طرق ميكانيكية و فزيائية و فزيائية-كيميائية فقط لأداء عمله و تجرى جميعها فى درجة الحرارة و الضغط العاديين. وتنقسم هذه العمليات إلى مرحلتين متميزتين:

تحرير المعادن وفيها يتم تكسير الصخور فى هذه العملية بوسائل ميكانيكية بحيث تتفكك مكونات المعدن عن بعضها البعض أى أن كل منها يُفصل ويُحرر.

فصل المعادن ويتم فى هذه العملية فصل المعادن القيّمة من البقية بوسائل فزيائية و فزيائية-كيميائية اعتمادا على فروق الثقل النوعى و الخواص المغناطيسية وغيرها.

وتوجد مجموعة تقترب من 300 معدن تستخدم كما هي في الصناعات الكيميائية وغيرها من الصناعات ، و لا تستخدم لإنتاج الفلزات، وتعرف باسم المعادن الصناعية، وقد تركز أو لا تركز، فمثلاً الطَفل والرمل والحجر الجيرى تستخدم فى التشييد و البناء، والكبريت وصخر الفوسفات و الفلوريت في الصناعات الكيميائية، والماس و الأحجار الكريمة وشبه الكريمة فى صناعة الحُلي.


استخلاص الفلزات

فبينما يستخدم مهندس التركيز طرق ميكانيكية و فيزيائية و فيزيائية-كيميائية لأداء عمله، يعتمد المختصون بالاستخلاص على الطرق الكيميائية فقط ، و هناك فرق هام آخر بينهما وهو أن عمليات استخلاص الفلزات نادراً ما تجرى فى الظروف العادية ، و لكن تتم عادة فى درجة حرارة عالية و أحياناً فى ضغط عالٍ ، بينما تجرى عمليات التركيز فى درجة الحرارة و الضغط العاديين. ويجب أن يكون المختص بالاستخلاص على دراية جيدة بالموضوعات الآتية2):




الكيمياء الفيزيقية، والكهربية، والعضوية، والتحليلية

علم المعادن، والبلورات، وخواص المعادن

الهندسة، والرياضيات، والفيزياء، والاقتصاديات، وتطبيقات الحاسب

أما المجال الواصل بين الكيمياء وعلم المعادن فهو “كيمياء المعادن” أي الكيمياء غير العضوية، والمجال بين الكيمياء والهندسة هو “الهندسة الكيميائية”، وبناءً على ذلك فاستخلاص الفلزات مرتبط بكل هذه المعارف، وهو مرتبط أيضا ارتباطاً وثيقاً ببعض الصناعات الكيميائية مثل الأسمدة والغازات الصناعية وغيرها. ومن ثم فاستخلاص الفلزات معنِىٌ بالطرق الكيميائية فى معالجة الخامات لاسترجاع عناصرها الفلزية فى صورة نقية، وهو أحد أقدم فروع الكيمياء و فى صورته الحديثة ينقسم إلى ثلاث مجالات كبيرة: المتالورجيا الحرارية، والمائية، والكهربية).

المتالورجيا الحرارية

و هى أقدم مجالات استخلاص الفلزات ، و تشمل طرق استخلاص جافة تُجرى فى درجة حرارة عالية مثل الأكسدة و الاختزال و الكلورة و الصهر و تكوين الخبث و غيرها ، و غالبا ما تشمل عمليات صهر للمعادن و فصل للمكونات القيّمة فى الحالة السائلة ، و من الخامات النموذجية لهذه المعالجة خامات الحديد و النحاس و الرصاص.

المتالورجيا المائية

و هى مجال حديث نسبيا فى استخلاص الفلزات و يشمل الطرق المائية (تسمى أيضا طرق هيدروفلزية) التى تُجرى عادة فى درجة حرارة الغرفة أو بالقرب من نقطة غليان الماء ، و تشمل عمليات نَضّ المعادن أو ترسيب الفلزات أو مركباتها من المحاليل المائية بالإضافة إلى طرق العزل و التنقية مثل تبادل اﻷيونات واستخلاص المذيبات. ومن المعادن النموذجية لهذه التكنولوجيا معادن ذهب واليورانيوم والألومنيوم.

المتالورجيا الكهربية

وهذا أحدث مجالات استخلاص الفلزات و يشمل كل الطرق الكهروفلزية المعتمدة على استخدام التيار الكهربائى لاسترجاع الفلزات أو حتى تنقيتها فى محاليل مائية أو في أملاح مصهورة، ومن الفلزات النموذجية المنتَجة بهذه الطريقة الألومنيوم والنحاس والخارصين.

ولا يمكن اعتبار هذه المجالات منفصلة عن بعضها البعض إذ تستخدم بوجه عام مجموعة منها لإنتاج فلز واحد، فمثلا يعالج البوكسيت (وهو أهم خامات الألومنيوم) بطريقة مائية أثناء التجهيز، وتتم بعد ذلك عملية إنتاج الفلز النهائية بتقنية استخلاص كهربي. ومن ناحية أخرى تعالج خامات اليورانيوم أيضا بطريقة مائية لتخصيبها، بينما يتم إنتاج فلز اليورانيوم بطرق استخلاص حرارية. وقد توجد عدة مسارات مختلفة لاستخلاص الفلز الواحد ومن ذلك إنتاج ما يقرب من 80% من الخارصين بأساليب استخلاص مائية-كهربية أما نسبة 20% الباقية فتنتج بأساليب استخلاص حرارية، وبالنسبة للمغنسيوم فالكميات تقريبا متساوية .

و بالرغم من تداخل أساليب الاستخلاص عل النحو السابق ذكره فتصنيفها كطرق حرارية ومائية وكهربية هو تصنيف مقبول، ﻷن كل من هذه المجالات له معداته وأساليبه وأسسه النظرية، وعليه فالمتخصص فى المتالورجيا المائية مَعنىٌ مثلا بتصميم أحواض النَضّ و مفاعلات الضغط وأنظمة الصَفْق و الترشيح ومضخات نقل المحاليل المائية وغيرها، ويهتم أيضاً بسرعة (كينتيكا) التفاعلات و كيمياء اﻷيونات فى المحاليل المائية. أما المختص بالمتالورجيا الحرارية فيهتم بشكل رئيسى بالوقود واﻷفران والحراريات والمواد المنصهرة كالمخلوط الكبريتيدى (خليط كربيتيدات النحاس والرصاص والنيكل) والخبث والفلزات، ويهتم أيضاً بالديناميكا الحرارية والتفاعلات بين المواد الصلبة والغازات فى درجات الحرارة العالية ومعاملة الغازات الساخنة المحمَّلة بالغبار وغير ذلك. أما المتخصص فى المتالورجيا الكهربية فلا بد أن يكون على دراية كبيرة بالكيمياء الكهربية وتفاعلات اﻷقطاب ، ويُعْنَى بتصميم الخلايا الإلكتروليتية والأقطاب الكهربائية وعمليات تنقية المحاليل وإعادة التدوير واﻷملاح المنصهرة وغيرها.

و يهتم المختصون باستخلاص الفلزات سواء أكان فى مجالات الاستخلاص المائية أو الحرارية أو الكهربية بتصميم عمليات جديدة بالإضافة إلى تحليل و تحسين العمليات الموجودة فعلياً لزيادة العائد منها ولخفض تكلفة الإنتاج. وأحياناً يستخدم مصطلح “متالورجيا العمليات” ليشمل عمليات النمذجة الرياضية في مجالات الاستخلاص المختلفة، فيشمل مثلا عمليات سريان الموائع (الغازات و المحاليل المائية و المعلقات والمواد المصهورة وغيرها) وانتقال الحرارة، فهو بشكل أساسى تطبيق لمبادىء الهندسة الكيميائية في العمليات المتالورجية.
ويؤسَس استخلاص الفلزات على ثلاثة عناصر:

التفاعلات الكيميائية للعمليات التى تتم.

المعدات التى تتم فيها التفاعلات.

علم التعدين Metallurgy يعنى هذا العلم بتركيز الخامات واستخلاص الفلزات منها وتنقيتها، ومن الجدول التالي نجد أن الفلزات توجد في خاماتها على صورة مركبات كيميائية، فالفلزات الواقعة في المجموعة الأولى والثانية في الجدول الدوري لا توجد إلا في صورة مركبات وأكثرها نشاطاً يوجد في صورة أملاح كالكلوريدات والكبريتات والكربونات وغيرها. أما الألومنيوم والفلزات الثقيلة فتوجد غالباً في صورة أكاسيد أو كبريتيدات، أما بعض الفلزات الواقعة في مجموعة العناصر الانتقالية فهي غير نشطة كيميائياً، لذلك فغالباً ما توجد في الطبيعة منفردة، أي بشكلها العنصري أكثر من وجودها في صورة مركبات، ومن أمثلتها الذهب والفضة ومجموعة البلاتين. وتحتوي الخامات غالباً على كميات كبيرة من مواد أرضية غير مرغوب فيها كالسليكات والطفل والصخور النارية، ولكي يكون استخلاص فلز ما من خاماته ممكناً من الناحية الكيميائية وغير مكلف من الناحية الاقتصادية فلابد من تركيز الخام بالقدر المناسب، وهذا يختلف من فلز لآخر





الي القلب العزيز