Az ásványi kohászatban a pörkölés az ércek vagy köztes kohászati termékek szilárd állapotú magas hőmérsékletű melegítése . Pontosabban, ez a kifejezés minden olyan pirometallurgiai folyamatot jelöl, amely egy érc oxidáló atmoszférában történő melegítéséből áll, annak fizikai tulajdonságainak és kémiai összetételének megváltoztatására szilárd gáz reakcióval.
A fémek kitermelési kohászatában nélkülözhetetlen, az ércpörkölési folyamatok sokat fejlődtek. A XXI . Század elején az utcai lámpák kemencéjét és több kandallóját alig használják. Míg a forgódobos kemencék még mindig léteznek, a fluid ágyas kemencék (a színesfém ércek és mattok kohászatában ) és a láncpörkölés (szisztematikusan az acéliparban ) előtt visszahúzódnak . De ez utóbbi a pörköléssel egyidejűleg szinterelést eredményez, inkább agglomerációs folyamatnak minősül .
A XVIII . Században a háló magas hőmérsékletű ásványi anyagok melegítésével jár. De a megvalósított kémiai reakciók még mindig nagyon zavaros megértése, kombinálva a termelési módszerek empirizmusával, megakadályozza a pontos meghatározás felállítását. Így amikor 1865-ben John Percy bemutatta a témát, azzal kezdte, hogy „ez a szó […] olyan folyamatokra vonatkozik, amelyek természetüknél és céljuknál fogva nagyon különböznek egymástól. " .
Mivel a szó nem társítható folyamathoz vagy eredményhez, a szerzők szinonimák sorozatát idézik fel, miközben lemondanak minden árnyalat megállapításáról: Pierre Joseph Macquer nem vesz észre különbséget a "grillezés", "pörkölés", "kalcinálás" között. és „pörkölés”. A Diderot Enciklopédia szinonimaként javasolja a "gyújtás", a "főzés" és a "pörkölés" kifejezéseket.
A XIX . Században az ipari kohászat már nem lehet tartalommegjelölés, mivel a hozzávetőleges és a kémia megérti az ásványi nyers kohászattal kapcsolatos kérdéseket. Az érc előkezelési folyamatait szigorúan azonosítják. 1878 - ban Emmanuel-Louis Gruner a pörkölést egy zúzott ásványi anyag magas hőmérsékleten történő levegő általi oxidációjaként határozta meg.
Ha "az oxidálószer par excellence levegő" , az oxidáció nem kizárólag annak hatásától függ. „Szigorúan véve megkülönböztethetnénk a dróthálót, amelynek hatása a levegő kizárólagos hatásának köszönhető, és a dróthálónak a levegő és egy másik elem együttes hatása miatt. De a levegő alapvetően ritkán működik egyedül […] még olyan helyzetekben is, amikor a levegő úgy tűnik, hogy egyedül működik, az oxidáció közvetett módon is zajlik , oxidok vagy bizonyos savak vagy sók által. " Végül a kerítés reduktív lehet, ha ennek a kifejezésnek a használata ebben az összefüggésben igazságtalannak tűnik, mindazonáltal elismerik.
Mindazonáltal minden kohászati szakember megjegyzi a drótháló közelségét a kalcináláshoz . Ez egy olyan művelet is, amely ásványi úton történő hevítésből áll, hogy "egy illékony elemet kiküszöböljön, vagy akár egyszerűen feldarabolja az ásványi anyagot" . Ha az acéliparban gyakori a zűrzavar , az azért van, mert sok érc nagyon könnyen oxidálható. Gruner tehát megállapítja, hogy a kalcinálást pörkölésnek kell minősíteni, amint az oxidáció megtörténik, mert "amint felesleges levegő van a kalcinában, az anyagok részben megpirulnak " .
Az ércpörkölési műveletek leltára a használt eszköztől függetlenül háromféle kémiai reakciót mutat, kombinálva vagy sem:
Természetesen, amint a melegítés megkezdődik, száradás következik be, amely pörkölés esetén a teljes kiszáradásig következik be . Az e gyakorlattal járó nyereség nyilvánvaló, csábító arra gondolni, hogy a pörkölés történelmileg a szárítás kiszáradáson túli próbálkozásaként jelent meg az előny növelése érdekében.
Így a szuperoxidáló pörkölés esetétől eltekintve a pörkölés bizonyos mennyiségű steril vagy akár káros anyag kivonását vonja maga után. Következésképpen nagyon gyakran ugyanazon az extrakciós helyen használják: mivel tömegveszteséget okoz, amely elérheti a 30–40% -ot, annyival kevesebb a szállítás ...
A termolízis melegítés közben megy végbe, anélkül, hogy az ércben lévő idegen test kémiai reakcióba lépne. Az érc kémiai bomlásából áll a hőmérséklet hatására. A legtöbb esetben az ércek termolízise kalcinálás , vagyis a kőzet szén-dioxid- mentesítése :
A melegítés szublimációs reakciót is okozhat . Abban az esetben, cink-extrakciós , fűtés a ércek okozza a cink elpárologni. Így a XIX . Század folyamán a fém visszanyerése az érc hevítéséből származó gőzök kondenzálásával történt.
Dehidroxilezés és dehidrációA dehidratáció és a dehidroxilezés kémiai reakciói általában elsőként fordulnak elő, ha egy ásványi anyagot melegítenek. Ezek a reakciók különböznek a kiszáradástól , amely a szabad víz elvonásának felel meg . A cél azonban gyakran ugyanaz: a későbbi kezelések során magas hőmérsékleten valószínűleg felszabaduló víz kiküszöbölése, amelynek felszabadulása nemkívánatos hatásokat eredményezne ( gőzrobbanás , korrózió , nemkívánatos vagy lehetetlen kémiai reakciók stb. ). Ezenkívül a vízmentes formában lévő érc könnyebb (például a garnieritben lévő egyesített víz a bányatömeg 30% -ának felel meg), ami csökkenti a kezelés és a feldolgozás költségeit.
A dehidrációs és dehidroxilezési reakciókat az eltávolított csoport jellege különbözteti meg: MXn m H 2 O (s) → MXn (s) + m H 2 O (g) dehidratációs reakció megfelelő visszavonása kombinált vizet egy hidrát 2 M (OH) n (s) → MO n (s) + n H 2 O (g) dehidroxilezési reakció, amely a hidroxid kivonásának felel meg
Tehát például a limonit (Fe 2 O 3, 3 H 2 O melegítése)) dehidratációs reakciót eredményez, így vízmentes vegyületet , hematitot (Fe 2 O 3): 2 Fe 2 O 3 .3H 2 O (s) → 2 Fe 2 O 3 (s) + 2 H 2 O (g) amint T> 330 ° C (endoterm)
Egy részleges dehidroxilezési reakciót melegítésével kapott vas (III) hidroxid ( bernalite ) amely a vas (III) oxi-hidroxid ( goethitet ) reakció szerint: Fe (OH) 3 (s) → FeO (OH) (s) + H 2 O (g) amint T> 195 ° C (endoterm)
Szén-dioxid-mentesítésA kalcinálás a szénsavmentesítés reakciójának felel meg . A leggyakoribb és legismertebb esetben magában foglalja a mészkő mésszé történő átalakítását (ezért a "kalcinálás" kifejezés etimológiailag ebből a műveletből származik). Az ásványi kohászatban a karbonátércek azonos módon történő melegítéséről van szó.
A reakció mindig endoterm (át 900 ° C-on , fogyaszt 209 kJ / mol CaCO 3). A leggyakoribb kalcinálási kezelések közül megemlíthetjük:
2 FeCO 3 (ok) → 2 FeO (s) + 2 CO 2 (g) amint T> 400 ° C (endoterm)
2 MnCO 3 (s) → 2 MnO (s) + 2 CO 2 (g) amint T> 377 ° C (endoterm)
2 MgCO 3 (s) → 2 MgO (s) + 2 CO 2 (g) amint T> 417 ° C (endoterm)
Egyetlen vegyi anyag melegítése természetesen több különböző termolízisreakciót eredményezhet. Sok komplex ásványi anyag, például malachit (Cu 2 CO 3 (OH) 2), egymást követően dehidrálják, majd dekarbonizálják: 2 Cu 2 CO 3 (OH) 2 (s) → 2 Cu 2 CO 3 (ok) + O 2 (g) + 2 H 2 O (g) amint T> 95 ° C 2 Cu 2 CO 3 (ok) + O 2 (g) → 4 CuO (s) + 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) amint T> 350 ° C E két reakció kombinációja 150 kJ / mol Cu 2 CO 3 (OH) 2 -ot eredményez
Egyéb kémiai bomlásokA kéntelenítési reakció olyan lehetőség, amely ugyanazokat az elveket követi, mint a kalcinálás. Például, abban az esetben, jarosit (KFE 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6), számos disszociációs reakció követi egymást a következőképpen: Dehidroxilezés: 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 esetén 350 és 500 ° C között (endoterm) Disszociáció : K 2 SO 4 ⋅Fe (SO 4 ) 3 (s) → K 2 SO 4 (s) + Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) körülbelül T ° esetén 500 ° C (exoterm) Kéntelenítés: Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) → Fe 2 O 3 (s) + 3 SO 3 (g) T-hez körülbelül 750 ° C (endoterm) Disszociáció: K 2 SO 4 (s) → K 2 O (s) + SO 3 (s) körülbelül 1100 ° C-os T (endoterm)
A tényleges pörkölés levegő jelenlétében történő melegítésből áll. Természetesen az oxigéntartalom és a hőmérséklet a kívánt kémiai reakciótól függően nagyon változó. Többféle rács létezik. A „halál halálig” meg kell különböztetni a „részleges pirítástól”. Valójában, ha a pörkölés általában beépül a komplex ásványok kinyerési folyamatába, a pörkölés megszakítható közbenső kezelés céljából. Végül a „szuperoxidáló szűrők” specifikusak, mivel a nemkívánatos elemek eltávolítása helyett oxigénnel való dúsításra törekednek.
Halálra grillezésA halálos pörkölés megegyezik minden olyan vegyület eltávolításával, amely képes reagálni a forró levegővel a maximális oxidációs állapot elérése érdekében. Tipikus eset a kén eltávolítása a cink vagy réz extrakciós kohászatában:
2 ZnS (ek) + 3 O 2 (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO 2 (g) amint T> 900 ° C és 440 kJ / mol ZnS-t termel
2 CuFeS 2 (s) + 4 O 2 (g) → 2 FeO (s) + Cu 2 S (s) + 3 SO 2 (g) amint T> 700 ° C és 1030 kJ / mol CuFeS 2 termelődik Cu 2 S (s) + 2 O 2 (g) → 2 CuO (s) + SO 2 (g) amint T> 700 ° C-on és a termelő 329 kJ / mol Cu 2 S
Részleges pirításA részleges pörkölés nem oxidálja tovább a vegyületet. A modern sütők számára az ilyen műveletek nem jelentik a hatékonyság hiányát, hanem a teljes extrakciós folyamat részét képezik. A részleges pörkölés általában az összes nem kívánt komponens, például arzén vagy antimon eltávolítását jelenti az összes kén eltávolítása nélkül, amely hasznos lehet a későbbi reakciókban.
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) a 375 ° C <T < 625 ° C-on és a termelő 44 kJ / mol Cu 3 ASS 4 Teljesen lehetséges lenne a pörkölés ezen a hőmérsékleten túllépni és a réz oxidációját kitolni egy második lépéssel: 6 Cu 2 S (s) + 9 O 2 (g) → 6 Cu 2 O (s) + 6 SO 2 g)és egy harmadik 6 Cu 2 O (s) + 3 O 2 (g) → 12 CuO (s). De ez az utóbbi két oxidáció exoterm, és előnyösebben gyorsolvasztó kemencében hajtja végre, amely az ezekből a reakciókból származó hőt hasznosítja a réz megolvadása céljából. Mindenekelőtt nem szabad szem elől tévesztenünk azt a tényt, hogy az ipari cél az arzén oxidálása annak érdekében, hogy gáznemű vegyület formájában kiürüljön, és nem a kén oxidálása, amely a későbbi fúziós reakciók fűtőanyaga. Az enargit disszociációjának a kén oxidációjával szembeni előnyben részesítésének egyik általános módja a levegő előmelegítése vagy oxigénnel történő dúsítása.
A szuperoxidáló háló sajátossága, hogy nem célja az elemek gáz formában történő kiürítése. A végső oxid nehezebb, mint a kiindulási oxid.
CuS (ek) + 2 O 2 (g) → CuSO 4 (ek) amint T> 650 ° C (exoterm)
4 Fe 3 O 4 (s) + O 2 (g) → 6 Fe 2 O 3 (s) amint T> 450 ° C és 188 kJ / mol Fe 2 O 3 képződik
2 NiS (ek) + 3 O 2 (g) → 2 NiO (ok) + 2 SO 2 (g) T> 1050 ° C-nál (exoterm)
Bizonyos esetekben a „redukáló pörkölés” kifejezés a köztes kohászati termékek redukáló atmoszférában történő melegítésére utal. A redukciós reakció leégésként való leírása túlzottnak tűnhet, de mivel a nemkívánatos elemeket gáz halmazállapotban ürítik ki, dedikált kifejezés híján a szó használata ebben a kontextusban megengedett.
2 H 2 C (l) + O 2 (g) → 2 CO (g) + 2 H 2 (g) ha T> 1000 ° C és 2 CO (g) + NiO (s) → 2 Ni (s) + 2 CO 2 (g) ha T> 1000 ° C
A pörkölés hasznos a kőzetércek jellegének módosítására. Valójában ezek kompaktak, és a gázok (vagy folyadékok) alig hatolnak be beléjük, ami lelassítja későbbi feldolgozásukat. Ők is nehéz , hogy aprítás és őrlés drága . Ebben az esetben a pörkölés célja az ércek porózussá és széteshetõvé tétele .
Természetesen ez az érdeklődés nem érinti a porított érceket. Ezeket az érceket pörkölik olyan eljárásokkal, amelyek kihasználják porszerű jellegüket (fluidágyas reaktorok esetén), vagy agglomeráló szitákkal kezelik, amelyek magas hőmérséklete szinterelést eredményez (pörkölés láncon egy agglomerációs üzemben ).
A hő hatása az ásványi anyagokra már a neolitikum óta ismert , amikor kandallókat használtak a kemény kövek leküzdésére. A gyakorlat a kora bronzkorban széles körben elterjedt a tűz lepattintásával , amely hőtágulást alkalmaz a tűznek kitett kőzetek törésére. Ez a primitív technika a történelem folyamán megmarad, a Bibliában idézik és a reneszánsz idején részletezik . Ez a hatékony, kemény kőzetek, például kvarc és bazalt . A hő és az oxigén miatti kémiai átalakulásokkal együtt általános használatra szolgál, amint az üzemanyag bőséges.
Nagyon hasonlít a malomkőszén készítéséhez , a módszer magában foglalja az érc és az üzemanyag keverését és az egész meggyújtását. Tekintettel a hőveszteségekre, az eljárás csak természetes üzemanyagot tartalmazó ércekre alkalmas. Az ércszenes vas az, amely jobban megfelel erre a műveletre. Ez a primitív módszer eltűnik, amikor az utolsó ilyen típusú lerakódások a XIX . Század végén kimerülnek . Ezért ritkán ajánlott:
„ Szabad halmokban kalcinálunk , anélkül, hogy aggódnánk a hőveszteség miatt, az ércek többségében, amelyek magukban tartalmazzák az üzemanyag-elemet. […] Az üzemanyag-fogyasztás a tengelykemencék fogyasztásának kétszerese. Ezért a nem bitumenes érceket soha nem szabad halmokban kalcinálni. "
- E.-L. Gruner , A kohászat traktátusa
Halomban történő grillezéshez először egy réteg üzemanyagot terítenek ki egy sík területre (vagy ritkábban bódékra, dobozokra vagy gödrökre osztva), amelyeken a grillezendő érchalom képződik. Ha az érc tartalmaz elegendő üzemanyag, egy kis réteg a kemény szén vagy más olcsó üzemanyag, általában fából, adunk hozzá. A földön az ember vertikálisan elrendezi a legdurvább érctömböket , hogy karneválokat hozzon létre a levegő megérkezéséhez. A halmot finom ércréteg borítja, amely vízálló burkolatként viselkedve mérsékli a huzatot. De bármi is legyen a halom levegőztetésének tudománya, az égés szabálytalan: "Valójában soha nem lehet egységes módon szabályozni a tüzet, mert a működés teljes mértékben a tűz állapotától függ." " Ennek az az eredménye, hogy a kerítés általában a szükségesnél messzebb van, de továbbra sem lehet egyetlen művelet alatt teljes ércpörkölést végrehajtani cölöpök módszerével, a központ mindig kevésbé pirítja meg az éleit az" elégtelen levegőellátás miatt. Így ezzel a módszerrel az ércek és réz mattok kéntelenítő pörkölését akár tízszer is meg kell ismételni, hogy teljes legyen.
Maguk a cölöpök általában csonka piramisok alakúak, négyzetes talppal vagy háromszög alakú prizmával . A hossza változó, a bázis 5 , hogy 10 méter , és a magassága változik 1 , hogy 4 méter jellegétől függően az érc. A legnagyobb cölöpök 40 a 60 méter hosszú, 6- a 11- méter széles és körülbelül 5 méter magas, a pörkölés tartó egy hónapról két-három hónapig, néha tovább.
A kénben gazdag vasércek ( piritok ) vagy a kénes rézércek ( kalkopiritek ) szintén halmokban pörkölhetők, mert a kén oxidációja elég exoterm ahhoz, hogy fenntartsa önmagát. De az időtől függetlenül elviselhetetlen szennyezést okoz, ezt a módszert kismértékben és elhagyatott helyeken (például az Egyesült Államok nyugati részén, a XIX . Század első felében ) gyakorolták. Így a kupacos pörkölést mindig is kritizálták az általa okozott szennyezés miatt:
„Az ingyenes kupacos pörkölés a művészet csecsemőkora. Nemcsak sok hőt veszítünk, hanem szinte teljesen, az illékony elemeket, a ként, az arzént stb. Emellett ez a pörkölési módszer komoly károkat okoz a szomszédos ingatlanokban. Mindenesetre gondot okoz a környék lakói számára. Nem kerülhetjük el a komoly kártérítés kifizetését. "
- E.-L. Gruner , A kohászat traktátusa
Végül a halomban történő pörkölés lehetetlen olyan anyagok esetében, amelyek hevülés hatására megpuhulnak, "különben gyors impasto következne, amely megállítaná a huzatot" .
Pirító halom fekete sáv Észak- Staffordshire- ben a XX . Század elején.
Cinkérc ( pörkölt ) pörköléséhez használt halom Dorillában ( Asztúria )
A visszhangzó kemence különösen alkalmas por alakú anyagok pörköléséhez, amelyeket a gázáram továbbvinne, ha ezeket aknakemencében kezelnék, és azért is, mert áteresztőképességük nem megfelelő. De ha a módszer a XIX . Század végéhez vezetett , akkor már a XX . Század elején elavult volt . Valóban, a forró és az oxidáló atmoszféra közötti kapcsolat viszonylag gyenge, a pirítás lassú és hiányos, még akkor is, ha a terhelést rendszeresen visszatérítik.
Pörkölése a reverberatory kemence bővíteni a kandalló egy kemence egy réteg 8 a 10 cm vastag, és a sört (kézzel XIX th században, majd automatikusan elején a XX th században, mint az Edwards sütő). Mivel csak a felső réteget tesszük oxidatív pörkölésnek, kézi lapátolás vagy mechanikus gereblyézés szükséges, de ez gyakran nem elegendő a gyors és teljes pörkölés eléréséhez. Ezenkívül a pörkölés során keletkező gázokat (kénes gáz, cink-oxidok stb. ) Nem eresztik ki erőteljesen az anyagágyból, és hajlamosak a szemcsék közötti terekben maradni ( adszorpcióval ), ami hátráltatja az előrehaladást. . Ez a jelenség azonban sokkal kevésbé káros a visszhangzó kemencékben, mint más folyamatokban (aknakemence, pörkölés bódékban vagy cölöpökben stb. ), Mivel a gázok gyorsabban távoznak a töltésből. Rugalmassága miatt a reverberációs kemence, amely lehetővé teszi az oxidáció mértékétől független hőmérséklet-szabályozást, népszerű eszköz az ércek kéntelenítéséhez.
Az utólagos visszakeverési kemencék hátránya a gyenge hőhatékonyság. Javítása és a rakományhoz való hozzáférés megkönnyítése érdekében a grillező kemencék alja hosszú és keskeny. A XIX . Században legalább 10 méter hosszú és több mint 2 méter széles. Két terület van: a fűtési terület, a tűzhíd (vagy oltár) közelében, és a laboratóriumi terület, ahol az anyag lassan felmelegszik, ami 15-20-szor nagyobb. Az anyagokat a kandalló mentén tolják, a kéménytől a kandalló felé. Mozgásuk megkönnyítése érdekében a padló ezért néha ferde, vagy kaszkádáramláshoz (polckemencéhez) tervezték. Az oxidáló rács érdekében a levegő beömlőnyílása megnövekszik. A sűrűbb hideg levegő a füst alatt kering, érintkezve az általa oxidált töltettel. De ha a füstöt kezelni kívánjuk (például a kén visszanyerésére), akkor a levegő feleslegét korlátozni kell. Ebben az esetben a terméknek a kandallóra történő gyakori fordítását mechanikusan kell elvégezni, különben a teherhez való hozzáférés visszatérő levegőbemeneteket okoz. Számos rendszert javasoltak, a ferde polcú sütőktől , amelyekben a teher lépcsőzetes ( Hasenclever kemencék (de) ), a mechanikus rácsos rendszerű kemencékig.
A legtöbb pörkölési folyamathoz hasonlóan az anyag könnyű kezelhetősége érdekében kerülni kell a szinterelést . De az ólomércek pörköléséhez gyakran előfordul, hogy a szinterelést vagy akár az olvasztást ugyanabban a kemencében hajtják végre.
Utánfutó kemence, amelyet 1883-ban ólomérc pörköléséhez használtak. Ezután modern dizájnnak hívják.
Az Anaconda Bányavállalat 1897-ben forgalomba hozott ezüstérc pörköléséhez használt visszakeverő kemence .
Visszatérő kemence kandalló 18 ° -os ferdén (Ferrari kemence), amelyet a XX . Század elején használt kis kalaminok kalcinálására használnak .
Visszatérő kemence több kandalló (tabletta kemence), amelyet a XIX . Század végén használtak kénes ólomérc pörköléshez. A terhelés egymás után halad a felső tűzhelytől az alsó kandallóig, a füstökkel ellentétes irányban kering.
Az Edwards kemence forgórostarendszerének metszete 1921-ben.
A tengelykemencék kiváló hatásfokkal rendelkeznek ellenáramú működésük miatt (forró gázok emelkednek és hideg anyagok esnek). Ez a hatékonyság növekszik a mérete, különösen a magassága a sütő: korai XIX th században, tengely kemencék között 5 , hogy 10 méter magas. De csak olyan anyagokkal kompatibilisek, amelyek magas hőmérsékleten áteresztőek: ha porszerűvé válik, akkor magasságukat és ezért hozamukat is korlátozni kell. Ha az érc rendben van vagy eltömődött, a művelet nem lehetséges.
A hajók pörkölő kemencéi megkülönböztethetők az ott végzett égés típusa szerint: szilárd tüzelésű kemencék, gáznemű tüzelő kemencék és oxidáló füst- vagy forró levegős kemencék:
A sütőket kialakításuk is megkülönbözteti. A "rostélyos kemencékben" a terhelést egy vízszintes rács támogatja, amely lehetővé teszi a levegő átjutását. A fűtés homogénebb, mint a „sütő nyitók ”, ahol az oldalsó nyílások szolgálnak mind a kiürítést a terhelések és a levegő. A sütőkemencék egyszerűbb kivitelűek, de néha szükség van a nyílások megsokszorozására a tartály közepéig a jó gázáramlás biztosítása érdekében, anélkül, hogy garantálnánk a tartály közepén zajló reakciók hatékonyságát.
A tartály közepe (ahol a hő koncentrálódik, de ahol a gázok nehezen hozzáférhetőek) és a periféria (ahol a terhelések jól szellőztetve vannak, de a falak hűtenek) közötti egyensúly kiegyenlítése a kemence alakjának módosításával lehetséges. Néhány sütő ellipszis alakú, hogy elkerülje a túl forró központi zóna megjelenését. Egyszerűbben, lehet egy olyan fellángoló alakot, amely elősegíti a kemence tengelyében folyó áramlást. A felső részen a kiszélesedő forma szintén lassítja a sebességet, elősegítve a hő felszabadulását a gázoktól a frissen elhelyezett terhelésig. A kemence alsó részét gyakran közepén egy közömbös anyag tömege terheli, az edény keskenyebb vagy akár egy központi kúppal van szűkítve az anyag jobb eltávolítása érdekében.
Vasérc grillező kemence Saint-Pierre-d'Allevard-ban .
Oldaltüzelésű kemence, amelyet 1860-ban cinkérc pörköléséhez használtak. Az oxidáló füstök képződése a tartály mellett zajlik.
Sütő a svéd Westmann-tól. A kohógázt és a levegőt külön helyeken vezetik be, az égés alul történik.
Rácsos kemence cinkérc pörköléséhez Monteponi (it)
Sütő svéd Gjers-től, amelynek kúpja és a tövénél szűkülő elősegíti az anyagok kinyerését.
Az első rotációs kemencék csak egy kandallóval voltak felszerelve. Szerint a Gruner , mindannyian úgy tűnik, hogy ihlette, hogy a skót feltaláló William Brunton , aki szabadalmaztatta az elvet.1828. február 21-én. Cornwallban fejlesztették ki és használták ónérc ( kasziterit ) pörköléséhez arzenopirit mátrixszal . Amíg 1950-ben el nem hagyták a habosított flotációs folyamatokat , hatékonynak bizonyultak. 1860-ban Parkes feltalálta a többszintes sütőt, amelyet aztán versenytársai rendszeresen fejlesztettek.
Modern multi-deck sütők 2 , hogy 8 m átmérőjű, és 3 és 16 kandallók. A nyeregbetétek közül a terméket vissza kell hozni, és a talpon sugárirányban mozogni az alsó talp kiürítése érdekében. Ezek a kemencék, amelyek jól alkalmazkodtak az exoterm rácsokhoz, az 1960-as évekig a domináns technológiát jelentették a piritek pörkölésében. Ekkor hirtelen felülkerekítettek a fluid ágyas kemencékben, amelyek nagyobb termelést és jobb teljesítményt tesznek lehetővé. De mivel a több kandallókemence lassú kerítéseket tesz lehetővé kis mennyiségű gázzal, a XXI . Század elején is használják őket molibdenit pörköléséhez (a MoS 2 exoterm pörköléséhez).a MoO 3-banát 630 ° C-on ), valamint a salakok tartalmazó vanádiumot vagy volfrámot (általában endoterm rácsok).
Brunton sütő.
Lövés a kalkopirit pörköléséhez használt Herreshoff kemencéből .
MacDougal kemencék kalkopirit pörköléshez az Anaconda rézmosó üzemben 1920-ban.
A használaton kívüli MacDougal kemencék sora a Tooele Smelterben , egy cinkbányászatban, Tooele- ben ( Utah , 1968).
Lövés Tooele Smelter MacDougal kemencéjéből .
A forgókemence elve régi. Pörkölő kemenceként 1867 márciusában Nevadában jelent meg ezüst-szulfidok pörköléséhez. Ez az első modell, amelyet William Bruckner tervezett, egy rövid vízszintes tengelyű kemencéből áll, amely gazdasági teljesítményével és a legösszetettebb ércek feldolgozásának képességével jelöli kortársait. A később forgalomba hozott modellek 2 tonna érc tételeit képesek 5 óra alatt feldolgozni. Bármennyire is hatékony volt a személyzet szempontjából, ekkor még mindig az alternatív technológiáknál igényesebb kialakításúnak tartották.
Bruckner sikere inspirálta az amerikai feltalálókat, akik átvették a dob kemence elvét és továbbfejlesztették azt. John White folyamatos kemencét próbál megdönteni: a szulfidércek az egyik oldalról belépnek, a másik oldalról kilépnek, a gázok az áram ellenében keringenek. De a füst magával ragadja a érc bírságokat , amelyeket meg kell pörkölt egy segéd tűz található carnau . John Howell volt az, aki 1870 körül befejezte White sütőjének fejlesztését, kibővítve és kombinálva ezt a két kandallót. Végül kifejlesztették a White-Howell folyamatos pörkölő kemencét, amely felülmúlja a Bruckner sütőt, míg a Philip Argall eredeti négyhengeres sütőt kínál, de az egyetlen érdeke a forgatásához szükséges alacsony teljesítmény.
Ugyanakkor a Smidth kemencét vasérc pörköléséhez fejlesztették ki. Karcsúbb is, mint a Bruckner kemence: 4 m-hez képest 8 m hosszú , az 1,7 m-hez pedig 1,2 m átmérőjű ). A Smidth sütő, hasonlóan annak megfelelőjéhez, fejlődik és alkalmas folyamatos működésre. Az 1960-as, a Smidth használt kemencék az acéliparban elérte a 100 m hosszú és 4 , hogy 6 m átmérőjű, és a pirított több mint 700 tonna / nap a nagyolvasztó por . Nagyolvasztógázt használnak , eltávolíthatják a cinket a porból és a pellet finomércből.
A XXI . Század elején ezek a kemencék gyakoriak a nem kohászati folyamatokban vagy szisztematikusak a cement gyártása során . De az ásványi kohászatban a finomércek feldolgozására alkalmas egyéb eljárásokkal szemben visszavonultak. A vasércek pörköléséhez az 1970-es években felhagytak az on-line folyamatok érdekében, nagyobb termelésre képesek és kiterjedtebb oxidációt képesek végrehajtani. A finom ásványi anyagokkal kapcsolatos nem acél eljárásokban, például a kénes ércek exoterm pörkölésében vagy az ilmenit és foszfát kőzetek (endoterm) dehidratálásában ezeket fluidágyas kemencék váltották fel. Mivel a kedvezőtlen termikus hatékonysága (a mész előállítására, az általuk fogyasztott 5,020, hogy 5440 MJ / tonna elleni 3350 MJ / tonna egy aknakemence), használatuk csak akkor indokolt, nagyon különleges esetekben, mint például anyagok diszpergált szemcseméret vagy amelyek lebontják operáció közben.
Bruckner dobkemencéje, amelyet a Chicago Iron Works gyártott 1905-ben, és Montanában használt rézérc pörköléséhez.
Bruckner dobkemence
Az Anaconda Copper által 1897-ben gyártott Howell-White dobkemence, amelyet ezüstércek kéntelenítéséhez használnak.
Argall dob kemence alkotja 4 műholdas csövek, a Cripple Creek 1902 A kapacitás 45 , hogy 50 t / 24h , ezek kéntartalmának csökkentése arany érc 2 , hogy 0,10 % . Egy 1 CV motor hajtja a szerelvényt.
1867-ben Carl August Stetefeldt (en) szabadalmaztatott egy kemencét, amely forró, oxidáló füstök felújításakor a finom érc szabad esésével működött. Ezt a fluidágyas kemencéket előkészítő kemencét azért kritizálják, mert csak akkor hatékony, ha a részecskeméretet szabályozzák. De siker az Egyesült Államokban, ahol ezüstérc pörköléséhez használják. Néhány évvel később Florian Joseph Gerstenhöfer cikánba rendezett rúdsorozatot adott hozzá, ami lelassította az esést, hogy növelje a pirítás időtartamát.
Stetefeldt pörkölő kemence, amely a finom ásványok szabad esésével működik.
Gerstenhöfer pörkölő kemence, vagy kaszkád sütő, blende pörköléséhez.
1950-ben a német Lurgi vállalat (de) üzembe helyezte az első fluidágyas pörkölő kemencét. A technológia gyorsan terjed. Az eljárás hatékonyan pörkölésére pirit, keverékek, arany ércek, réz fémkeverék , pörkölés a pyrohydrolysis nikkel kloridok, stb . A folyamat előnye, hogy folyamatos és zárt. Az ökológiai előnyök mellett könnyű garantálni az állandó füstképződést minőségben és mennyiségben az érzékeny hő és kén visszanyerése érdekében . Így a XXI . Században a technológia még mindig tökéletesen modern, sőt az Európai Bizottság a legjobb elérhető technológiának ajánlja .
A fluid ágy elve előnyös a szilárd gáz-hőcserék javítására, és különösen szulfidok esetében az SO 2 eltávolítására.fenntartásával alacsony parciális nyomása a SO 2a részecskék körül. Ha a reakciók magas exotermicitást mutatnak, akkor autogén módon működhetnek. Ellenkező esetben az üzemanyagot (porított szén, fűtőolaj) a zúzott érccel vagy a levegővel a reaktorba fecskendezik. A kemence működtetése megköveteli a termikus és a szemcseméret-eloszlás megfelelő szabályozását az érc megakadásának elkerülése érdekében, amely problémával ezek a kemencék néha szembesülnek.
1897-ben Thomas Huntington és Ferdinand Heberlein (of) szabadalmaztatták az első rostokon történő sütés módját, amelyeken keresztül gázokat szívtak be, hogy üzemanyagot tartalmazó ásványi anyagot elégessenek . Ez a keverékpörkölés rögzített tartályokban történik, és a hőmérsékletet gondosan szabályozzák, hogy elkerüljék a töltet szinterelését . Ebből Wolfgang Job fejleszti az ásványi finomszemcsék vagy inkább a kohógázpor agglomerációját. De a XX . Század elején, 1907 és 1911 között Arthur Smith és Dwight Lewis Richard Lloyd feltalálta a "folyamatos egyeneset" a szulfidércek vagy az agglomerátum finom porának vagy vasércének vagy a vas- és acélgyárak maradványainak pörköléséhez.
A depresszióban való működés jelentős újítás. Ez az előny és az a tény, hogy a folyamat folyamatos, biztosítja a Dwight-Lloyd folyamat népszerűségét:
"Ez a folyamat nemcsak csökkentette a költségeket és javította a működést a szó minden kohászati értelmében, de az üzemi körülmények higiéniai szempontból sokkal jobbak lehetnek, mint bármely más. Egyenértékű folyamat. "
- A. Hamilton és R. Meeker, Ólommérgezés az ólom olvasztásában és finomításában
Huntington-Heberlein edényt 1914-ben használták pörköléshez. Az itt látható edény felfelé irányuló légáramlással működik.
A Dwight-Lloyd-folyamat működési elve.
Noha sok kísérletet tettek olyan technológiák kifejlesztésére, amelyekről úgy gondolják, hogy a korlátozott gyártási kapacitások (pl. Greenawalt, AIB, GHH folyamatok stb.) Olcsóbbak, a folyamatos egyenes lánc gyorsan az egyetlen gyártási típusú géppé vált. Agglomeráció vasrácson ércek.
Kénes anyagok pörkölésénél a lánc alatt beszívott füstöket porolás után felül visszajuttatják, hogy zárt körben működjenek. A füst ezen újrafeldolgozása károsítja az oxidációt, de lehetővé teszi a füst SO 2 -ban való dúsításátfeldolgozásuk megkönnyítése érdekében. Ezt a technikát kezdik alkalmazni az acéliparban, ahol ez lehetővé teszi egy vasérc agglomerációs üzem szennyező kibocsátásának 25% -os korlátozását.
Ha el akarjuk kerülni a lánggal való érintkezést, vagy jobban kezeljük a füstöket, elkülönítjük azt a kamrát, ahol az égés történik, az érc feldolgozásának helyétől. A muffenkemencéket (in) és a tégelyeket használták. Ezek a kemencék gyakoriak, ha a gázoknak értéke van, mint bizonyos cinkérc rácsokban, ahol a fém gáz-oxid állapotában pontosan kinyerhető. Másrészt, bár gyakran minősítik őket pörkölő kemencének, a levegővel történő oxidáció szinte hiányzik, a kívánt anyag átalakulása csak szublimálásra korlátozódik.
Ferde tégelykemence vagy "belga kemence", amelyet a cink párologtatására-kondenzálására használnak, ahogy Vieille-Montagne-ban 1840 körül használták .
Részlet egy belga kemencetégelyről, duzzadt kiterjesztésével, ahol cink kondenzáció lép fel.
Négy függőleges tégely, vagy "angol kemence", amelyet a cink párologtatására-kondenzálására használnak a XIX . Század végén.
Sütőkesztyű, vagy "kemence sziléziai", amelyet a cink párologtatására-kondenzálására használnak a XIX . Század végén.
Megérkezhet teljesen zárt kemencékbe, például retortákba , hogy visszanyerje a fűtés során kibocsátott összes gázt. Amikor az ólom-cinket elválasztják, gyakran a XX . Század elején fordulnak elő, az Adolf von Faber du Faur által kitalált retort: a hevítés lehetővé teszi a cink teljes elpárologtatását, amelyet kondenzációval nyernek vissza, az ólmot aztán öntik megdöntve a visszavágást.
Faber du Faur Cornue, amelyet a XX . Század elején használtak .
Faber du Faur kemence fűtés közben, 1914-ben. A retort kiöntője előtt egy edényt rögzítettek, amelyben a párologtatott cink kondenzálódik.
1858-ban Friedrich Hoffmann szabadalmaztatott egy gyűrű alakú sütőt, amelyet téglák és csempék égetésére szántak. Ez a sütő nagyon népszerű és jelentős méreteket öltött, és hatékonynak bizonyult a pörkölés során. A Hoffmann kemence rögzített rekeszekre osztott gyűrű, és a tűz egyik rekeszből a másikba halad. A levegő a gyűrű egy pontján belép, a kerület 2/3-át járja körül, felmelegszik a már megpörkölt anyagokkal érintkezve, és reagál az üzemanyaggal megrakott rekesszel. Az égés során keletkező forró füst folytatja útját, hőjét visszaviszi a következő, nem pörkölt anyaggal megrakott rekeszekbe, mielőtt a központi kéményen keresztül távozna.
A vas- és cink- karbonát-ércek kalcinálásához a Hoffmann kemence akár 50% -os üzemanyag-megtakarítást tesz lehetővé a szilárd tüzelőanyag-cellás kemencékhez képest. De a fűtésre, mint az oxidációra optimalizáltabb, ez a kemence pörkölő kemenceként meglehetősen marginális maradt. Ehhez a felhasználáshoz néhány kisebb módosításra van szükség, mivel a mészkő vagy ércek dekarbonizációja a töltet rendeződését eredményezi. Ezután vákuum képződik a boltozat és a teher között, és a gázok kölcsönadják ezt a vákuumot, ahelyett, hogy a terhelésen belül keringenének. Ezért olyan membránokat hozunk létre, amelyek akadályozzák a boltozat felső harmadát, annak érdekében, hogy a gázokat átengedjük a terhelésen.
Nagy ovális sütő Hoffman-tól, Zehdenick közelében .
Hoffman mészkemence , a hannoveri Willy Spahn Parkban (de) őrzik .
Egy kis kör alakú Hoffman sütő egyszerűsített terve.
A pörkölés során nagy mennyiségű füst, tagjai savas gőzök hordozó oxid por és az ólom-szulfid, antimon, arzén, ezüst ... Az Egyesült Államok elején XX th század amerikai iparosok majd minősül füst mezőgazdasági tevékenység a mezőgazdasági termelők amely pereket indít nekik, számításba véve a kénben gazdag ércek és réz matt kezelése miatti savas eső felelősségét . A füstök kezelése ezután alig gyakorolható: "Az alapítók egy ilyen ütő helyett inkább gazdaságosnak találták, ha vagy megvásárolták a szomszédos gazdaságokat, vagy maguk művelik őket, vagy bérbe adják őket azzal, hogy magukba foglalják a füstökkel kapcsolatos záradékot. " .
A környezeti normák szigorítása elítélte a legalapvetőbb létesítményeket, amelyeket még soha nem fogadtak el, még akkor sem, ha a kézműves léptékre korlátozódtak. Történelmileg, modern füstelszívó rendszer hiányában a legjobb gyakorlatok a következőkből álltak:
A porgyűjtő ventilátorok széleskörű használata sokkal hatékonyabb rendszerek telepítését teszi lehetővé: