התכה

זוהי טכנולוגיית זיקוק, המתייחסת להפקת מתכות מעפרות על ידי קלייה, התכה, אלקטרוליזה ושימוש בחומרים כימיים; הפחתת זיהומים במתכות או הגדלת רכיבים מסוימים במתכות כדי לעדן את המתכות הנדרשות.

סיווג התכה

דִוּוּחַ

לַעֲרוֹך

התכה מחולקת לפירומטלורגיה, הידרומטלורגיה או שקיעה אלקטרוכימית

פירומטלורגיה

(פירומטלורגיה)

הידוע גם בשם מתכות יבשה, העפר והתוספים הדרושים מחוממים לטמפרטורה גבוהה בכבשן, מומסים לנוזל, והריאקציה הכימית הנדרשת נוצרת להפרדת המתכת הגולמית, ואז מתכת הגולמית מזוקקת.

הידרומטלורגיה

(הידרומטאלורגיה)

הידרומטלורגיה היא תהליך מתכות העושה שימוש בתמיסות מימיות של חומצות, אלקליות ומלחים כדי לחלץ כימית את רכיבי המתכת הנדרשים מהעפרה, ולאחר מכן משתמש בשיטות שונות כגון אלקטרוליזה בתמיסה מימית לייצור מתכות. שיטה זו משמשת בעיקר עבור עפרות בדרגה נמוכה, עקשן או מיקרו-אבקות. נכון להיום, 75% מהאבץ והקדמיום בעולם מיוצרים באמצעות אלקטרוליזה של תמיסת מימית קלייה-שטיפה. שיטה זו החליפה במידה רבה את ההתכה הפירומטלורגית הקודמת של אבץ. מתכות אחרות שקשה להפריד כמו ניקל-קובלט, זירקוניום-הפניום, טנטלום-ניוביום ומתכות אדמה נדירות מופרדות על ידי טכניקות הידרו-מטאלורגיות כגון מיצוי ממס או החלפת יונים, ומשיגות תוצאות יוצאות דופן.

תהליך מתכות העושה שימוש בממס כדי להפיק ולהפריד מתכות מחומרי גלם בעזרת תגובות כימיות (כולל תגובות חמצון, הפחתה, ניטרול, הידרוליזה וקומפלקס). הידרומטלורגיה כוללת ארבעה שלבים עיקריים: ① השתמש בממס להעברת רכיבים שימושיים בחומרי גלם לתמיסה, כלומר שטיפה. ② הפרד את תמיסת השטיפה מהשאריות, ושחזר את הממס המתכתי ויוני המתכת הכלואים בשאריות. ③ טהר והעשיר את תמיסת השטיפה, בדרך כלל באמצעות טכנולוגיית חילופי יונים וחילוף ממס או שיטות משקעים כימיות אחרות. ④ חלץ מתכות או תרכובות מהתמיסה המטוהרת.

הידרומטלורגיה תופסת עמדה חשובה בתעשיות האבץ, האלומיניום, הנחושת, האורניום ותעשיות אחרות. כל תחמוצת האלומיניום, תחמוצת האורניום, רוב האבץ וחלק מהנחושת בעולם מיוצרים על ידי הידרומטלורגיה. היתרונות של ההידרומטלורגיה הם ישימותה על עפרות בדרגה נמוכה מאוד (זהב, אורניום) ולמצבים שבהם קשה להפריד מתכות דומות (הפניום וזירקוניום); ובהשוואה לפירומטלורגיה, תחלופת החומרים פשוטה יחסית, השחזור המקיף של מתכות יקרות ערך בחומרי גלם גבוה, מה שמועיל להגנת הסביבה, ותהליך הייצור קל יותר להשיג המשכיות ואוטומציה.

ייצור פלדה משתמש בעיקר בברזל חזיר המיוצר בתנורי פיצוץ, ברזל ספוג המיוצר על ידי ייצור ברזל צמצום ישיר וגרוטאות פלדה כחומרי גלם, ומשתמש בשיטות שונות לייצור פלדה. שיטות ייצור הפלדה העיקריות הן ייצור פלדה מממיר, ייצור פלדה באח פתוח וייצור פלדה בתנורי קשת חשמליים (ראה פלדה, ממיר, תנור אח פתוח, תנור קשת חשמלי). שלושת תהליכי ייצור הפלדה לעיל יכולים לעמוד בדרישות המשתמשים הכלליות לאיכות פלדה. על מנת לעמוד בדרישות של איכות גבוהה יותר ויותר זנים של פלדה בדרגה גבוהה, הופיעו מגוון שיטות של טיפול מחוץ לתנור פלדה מותכת (הידועה גם בשם זיקוק מחוץ לתנור). לדוגמה, טיפול בניפוח ארגון, הסרת גז בוואקום, הסרת גופרית מחוץ לתנור וכו', לאחר טיפול נוסף בפלדה מותכת המיוצרים על ידי ממירים, תנורים עם אש פתוחה ותנורי קשת חשמליים, ניתן לייצר דרגות פלדה בדרגה גבוהה. עבור חלק מהשימושים המיוחדים, נדרשת פלדה באיכות גבוהה במיוחד, ולא ניתן לעמוד בדרישות בטיפול מחוץ לתנור, ולכן יש להשתמש בשיטות מיוחדות לייצור פלדה. לדוגמה, התכה חוזרת של אלקטרוסלג הוא תהליך זיקוק שבו פלדה המותכת בממירים, תנורים פתוחים, תנורי קשת חשמליים וכו' מיוצקת או מחושלת לאלקטרודות ומומסת שוב באמצעות חום ההתנגדות של סיגים מותכים; מטלורגיית ואקום היא תהליך מתכות המתבצע בתנאים מתחת לאטמוספירה אחת ועד ואקום גבוה במיוחד, כולל התכה, טיהור, זיקוק, יצירה ועיבוד של מתכות וסגסוגות.

לאחר התכת הפלדה המותכת בכבשן ייצור הפלדה, יש לשפוך אותה לתבנית דרך מצקת פלדה (מצקת) ולמצק אותה לצורה מסוימת של מטיל או בילט לפני שניתן יהיה לעבד אותה מחדש. ניתן לחלק את יציקת המטיל ליציקה עליונה וליציקה תחתונה. למטיל היצוק העליון יש בדרך כלל מבנה פנימי טוב יותר, פחות תכלילים ועלויות תפעול נמוכות; למטיל היצוק התחתון יש איכות פני השטח טובה, אך מכיוון שהוא עובר דרך צינור ההזרקה המרכזי ותעלת המרק, התכלילים בפלדה גדלים. מבחינת יציקת מטיל, הופיעו טכנולוגיות חדשות כמו יציקת פלדה רציפה, יציקת לחץ ויציקה בוואקום

רוב ייצור הברזל המודרני משתמש בייצור ברזל בתנור פיצוץ, וחלקם משתמשים בייצור ברזל בהפחתה ישירה וייצור ברזל בכבשן חשמלי. ייצור ברזל בכבשן פיצוץ הוא להפחית עפרות ברזל בכבשן פיצוץ, להמיס אותה וליצור ברזל חזיר. שיטה זו פשוטה לתפעול, צריכת אנרגיה נמוכה, עלות נמוכה וניתנת לייצור המוני. בנוסף למעט ברזל חזיר המשמש ליציקות, רובו משמש כחומר גלם לייצור פלדה. עקב המחסור ההולך וגובר בפחם קוק איכותי המתאים להתכה בכבשן פיצוץ, צצו בזו אחר זו שיטות לייצור ברזל ללא כבשן פיצוץ שאינן משתמשות בקוק אלא במקורות אנרגיה אחרים. ייצור ברזל הפחתה ישירה היא הפחתת עפרה במצב מוצק עם גז או חומר מפחית מוצק, ולהמיס אותה לברזל ספוג מוצק או מותך למחצה, כדורי מתכת או ברזל גרגירי המכילים כמות קטנה של יסודות טומאה בטמפרטורה נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של העפרה, המשמשת כחומר גלם לייצור פלדה (יכול לשמש גם כחומר גלם לייצור ברזל או יציקה בכבשן פיצוץ). ייצור ברזל בתנור חשמלי משתמש בעיקר בכבשן הפחתה ללא גוף תנור, ויכול להשתמש בקוקס (או פחם, פחם) בעל חוזק ירוד כחומר מפחית. חימום חשמלי בתנורים חשמליים מחליף חלק מהקולה, וניתן להשתמש בקוק בדרגה נמוכה, אך הוא צורך הרבה חשמל וניתן להשתמש בו רק כאשר יש מספיק חשמל ומחירי חשמל נמוכים.