Sulatus
Sulattaminen on yleisnimitys metallin saamiseksi sen luonnollisesta malmista. Kulta on poikkeus, koska se esiintyy yleensä puhtaana metallina. Muut metallit, kuten rauta, kupari, sinkki ja hopea, on saatava malmistaan.
Sulatusprosessiin kuuluu aina malmin kuumentaminen, ja siinä voidaan käyttää myös pelkistävää ainetta, kuten koksia tai puuhiiltä. Useimmat malmit ovat oksideja, sulfideja tai karbonaatteja. Prosessissa poistetaan ei-metallinen osa, jolloin jäljelle jää metalli. Malmit eivät ole puhtaita, joten niihin lisätään vuota, joka poistaa epäpuhtaudet. Kalkkikivi on tavanomainen vuonotusaine tähän tarkoitukseen. Se poistaa epäpuhtaudet kuonana.
Tämän lisäksi jokaisella metallilla on omat erityiset menetelmänsä. Rautaa valmistetaan malmista masuunissa. Sinkin tai alumiinin tuottaminen malmista vaatii (lämmön lisäksi) elektrolyysin.
Rauta sulatetaan rautamalmista suurissa reaktoreissa, joita kutsutaan masuuneiksi. Masuuni on korkea pystysuora rakenne, johon syötetään koksia, rautamalmia ja kalkkikiveä. Kun masuuniin puhalletaan kuumaa ilmaa, koksi palaa ja vähentää hapen malmista, jolloin syntyy paljasta rautaa ja hiilidioksidia. Kalkkikivi sitoo jäljellä olevan kallioperän pois. Rauta sulaa kuumassa lämpötilassa, ja se valutetaan nestemäisessä vaiheessa pohjalle. Sen jälkeen se työstetään teräkseksi. Kalkkikivi ja kallioperä muodostavat kuonaksi kutsutun yhdisteen. Sitä voidaan käyttää tiilien, betonin tai tienpäällysteen valmistukseen. Aikaisempia menetelmiä ovat muun muassa Bloomery.
Alumiini sulatetaan valokaariuuneiksi kutsutuissa sähköuuneissa. Alumiinimalmi kaadetaan uunin pohjalle ja malmin läpi johdetaan sähkövirta. Lämpötila nousee niin korkeaksi, että happi irtoaa, jolloin jäljelle jää metallinen alumiini.
Kupari kaadetaan paljaaseen liekkiin, joka polttaa pois rikin ja muut epäpuhtaudet, jolloin jäljelle jää raakakupari. Elektrolyysissä kupari erotetaan sähkövirran avulla suurissa altaissa, jotka sisältävät elektrolyytiksi kutsuttua vesiliuosta. Altaaseen johdetaan sähkövirtaa, jolloin kaikki kupari kerääntyy katodiksi kutsutulle elektrodille.
Metallurgia ja erityisesti sulattaminen ovat avainasemassa varhaisissa sivilisaatioissa. Varhaisimmat todisteet kuparin sulattamisesta ovat peräisin ajalta 5500-5000 eaa. Kohteet sijaitsevat Pločnikissa ja Belovodessa Serbiassa.
Kuparin sulatuspiippu - geograph.org.uk - 827814
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on sulatus?
V: Sulatus on prosessi, jossa metalli erotetaan sen luonnollisesta malmista.
K: Mitkä metallit vaativat sulattamista?
V: Metallit, kuten rauta, kupari, sinkki ja hopea, on erotettava malmistaan sulattamalla.
K: Mitä sulatusprosessissa käytetään?
V: Sulatusprosessiin kuuluu yleensä malmin kuumentaminen, ja siinä voidaan käyttää myös pelkistävää ainetta, kuten koksia tai puuhiiltä. Epäpuhtauksien poistamiseksi lisätään fluksia, kuten kalkkikiveä.
K: Miten rautaa valmistetaan malmista?
V: Rautaa valmistetaan malmista masuunissa, johon syötetään koksia, rautamalmia ja kalkkikiveä. Tämän jälkeen uuniin puhalletaan kuumaa ilmaa, joka saa koksin palamaan ja vähentämään happea malmista, jolloin syntyy paljasta rautaa ja hiilidioksidia, kun taas kalkkikivi sitoo jäljellä olevan kallioperän pois. Rauta sulaa kuumassa lämpötilassa uunin pohjalla, minkä jälkeen se voidaan työstää teräkseksi.
Kysymys: Miten alumiini louhitaan malmista?
V: Alumiini erotetaan malmista käyttämällä valokaariuuneiksi kutsuttuja sähköuuneja, joissa alumiinimalmi kaadetaan uunin pohjalle ja sen läpi johdetaan sähkövirtaa, jolloin syntyy korkea lämpötila, joka erottaa hapen ja jättää jäljelle metallisen alumiinin.
K: Miten kupari erotetaan malmistaan?
V: Kupari erotetaan malmista kaatamalla se paljaaseen liekkiin, joka polttaa pois rikin ja muut epäpuhtaudet, jolloin jäljelle jää raakakupari, tai elektrolyysillä, jossa kupari erotetaan sähkövirran avulla suurissa altaissa, jotka sisältävät elektrolyytiksi kutsuttua vesiliuosta, jossa kaikki kupari kerääntyy katodiksi kutsutulle elektrodille.
K: Milloin metallurgia alkoi?
V: Metallurgia alkoi noin 5500 eaa. - 5000 eaa., kun todisteita kuparin sulattamisesta löydettiin Pločnikista ja Belovodesta Serbiasta.
