Endüstride metal elde etmenin birkaç yolu vardır. Kullanımları, elde edilen elementin kimyasal aktivitesine ve kullanılan hammaddelere bağlıdır. Bazı metaller doğada saf halde bulunurken, diğerleri izolasyonları için karmaşık teknolojik prosedürler gerektirmektedir. Bazı elementlerin çıkarılması birkaç saat alırken, diğerleri özel koşullar altında uzun yıllar işlemeyi gerektirmektedir. Metal elde etmek için genel yöntemler aşağıdaki kategorilere ayrılabilmektedir. Bunlar;
- İndirgeme;
- Kavurma;
- Elektroliz;
- Ayrıştırma.
En nadir elementleri elde etmek için işleme ortamında özel koşullar yaratmayı içeren özel yöntemler de vardır. Bunlar, yapısal kafesin iyonik kristalleşmesini veya tam tersini, belirli bir izotop, radyasyona maruz kalma ve diğer standart olmayan maruz kalma prosedürlerini elde etmenizi sağlayan kontrollü bir polikristalizasyon sürecini içerebilmektedir. Ayrıca yüksek maliyet ve seçilen elemanların pratik uygulama eksikliği nedeniyle oldukça nadiren kullanılmaktalardır. Bu nedenle, metal üretimi için ana endüstriyel yöntemler üzerinde daha ayrıntılı olarak duralım. Oldukça çeşitlidirler, ancak hepsi belirli maddelerin kimyasal veya fiziksel özelliklerinin kullanımına dayanmaktadır.
Ana yöntemler
Metal elde etmenin ana yollarından biri, oksitlerden indirgenmeleridir. Doğada bulunan en yaygın bileşiklerinden bir tanesidir. İndirgeme işlemi, yüksek sıcaklıkların etkisi altında ve metalik olmayan indirgeme maddelerinin katılımıyla yüksek fırınlarda gerçekleşmektedir. Bu işlem, yüksek kimyasal aktiviteye sahip elementler, örneğin kalsiyum, magnezyum, alüminyum kullanılarak elde edilmektedir.
Metalik olmayan maddeler arasında karbon monoksit, hidrojen ve kok kömürü kullanılmaktadır. İndirgeme prosedürünün özü, daha aktif bir kimyasal elementin veya bileşiğin metali oksitten uzaklaştırması ve oksijenle reaksiyona girmesidir. Böylece çıkışta yeni bir oksit ve saf bir metal oluşmaktadır. Bu yöntem, modern metalurjide metal elde etmenin en yaygın yöntemidir.
Kavurma, saf bir element elde etmek için yalnızca bir ara yöntemdir. Oksijen ortamında metal sülfürün yanmasını içermektedir. Daha sonra ise, bir indirgeme prosedürüne tabi tutulan bir oksit oluşumuyla sonuçlanmaktadır. Sülfür bileşikleri doğada yaygın olarak dağıldığı için, bu yöntem de oldukça sık kullanılmaktadır. Saf metalin kükürtlü bileşiklerinden doğrudan üretimi, teknolojik işlemin karmaşıklığı ve yüksek maliyeti nedeniyle kullanılmamaktadır. Yukarıda bahsedildiği gibi çift işlem yapmak çok daha kolay ve hızlıdır.
Elektroliz üretme yöntemi olarak, bir metal bileşiğinin eriyip, içinden akım geçirmeyi içermektedir. Prosedürün bir sonucu olarak da, saf metal katoda ve maddelerin geri kalanı olan anotta yerleşmektedir. Bu yöntem metal tuzlarına da uygulanabilmektedir. Ancak tüm elementler için evrensel değildir. Alkali metaller ve alüminyum elde etmek için uygun yöntem içermektedir. Bunun nedeni, bir elektrik akımının etkisi altında bileşiklerde kurulan bağları kırmayı kolaylaştıran yüksek kimyasal aktiviteleridir. Bazen elde etmek için elektrolitik yöntem, alkali toprak elementlere uygulanmaktadır. Ancak bunlar artık bu işleme pek uygun değildir. Bazıları metal olmayanlarla bağı ve tamamen koparmamaktadır.
Son yol ayrışmadır. Moleküler düzeyde elementler arasındaki bağların kopmasına izin veren yüksek sıcaklıkların etkisi altında gerçekleşmektedir. Her bileşik farklı bir sıcaklık seviyesi gerektirmektedir. Ancak genel olarak yöntem herhangi bir hile veya özellik içermemektedir. Tek nokta: İşleme sonucunda elde edilen metal sinterleme işlemi gerektirebilmektedir. Ancak bu yöntem, uygulanması için katalizörler ve diğer kimyasallar kullanılmadığından neredeyse %100 saf bir ürün elde etmeyi mümkün kılmaktadır. Metalurjide metal üretme yöntemlerine pirometalurjik, hidrometalurjik, elektrometalurjik ve termal ayrıştırma denmektedir. Bunlar, sadece kimyasala göre değil, endüstriyel terminolojiye göre adlandırılan yukarıdaki dört yöntemdir.
Metal nasıl üretilmektedir?
Üretim yöntemi büyük ölçüde dünyanın derin damalarında ki dağılımına bağlıdır. Madencilik esas olarak, belirli bir element yüzdesi ile cevher şeklinde gerçekleşmektedir. Zengin cevherler %90’a kadar metal içerebilmektedir. Maddenin sadece %20-30’unu içeren zayıf cevherler, işlenmeden önce bir işleme tesisine gönderilmektedir.
Saf haliyle, doğada sadece çeşitli boyutlarda külçeler şeklinde çıkarılan değerli metaller bulunmaktadır. Kimyasal olarak aktif elementler ya basit tuzlar biçiminde, ya da çok karmaşık bir kimyasal yapıya sahiptir. Ancak temelde belirli bir etki altında oldukça basit bir şekilde bileşenlere ayrışan polielement bileşikleri biçiminde bulunmaktadır. Doğal koşullarda orta ve düşük aktiviteye sahip metaller oksitler ve sülfürler tarafından oluşturulmaktadır. Daha az yaygın olarak, karmaşık asit-metal bileşiklerinin bileşiminde de bulunabilmektedir.
Saf bir metal elde etmeden önce, genellikle karmaşık maddelerin daha basit olanlara ayrıştırılması için bir veya daha fazla prosedür gerçekleştirilmektedir. Bir ürünü iki elementli bir bileşikten izole etmek, çok elementli bir kompleks oluşumundan çok daha kolaydır. Ek olarak teknolojik süreç, farklı özelliklere sahip çok sayıda safsızlık söz konusu olduğunda sağlanması çok zor olan dikkatli bir kontrol gerektirmektedir.
Konunun çevresel yönüne gelince, elde etmenin elektrokimyasal yöntemi, gerçekleştirilirken atmosfere hiçbir madde salınmadığı için en temiz olarak kabul edilebilmesidir. Diğer açılardan, metalurji en zararlı endüstrilerden bir tanesidir. Bu nedenle modern dünyada atık olmayan ekipman yaratma sorununa çok dikkat edilmektedir.
Halihazırda birçok tesis, daha modern elektrikli modeller lehine açık ocaklı fırınların kullanımına geçiş yapmıştır. Çok daha fazla enerji tüketirler, ancak atmosfere yakıt yanma ürünleri yaymazlar. Metallerin geri dönüşümü de çok önemlidir. Bu amaçla tüm ülkelerde, hizmet dışı demir ve demir dışı metallerden yapılmış parçaları alabileceğiniz ve daha sonra geri dönüşüme gönderilecek özel toplama noktaları donatılmıştır. Gelecekte onlardan, amaçlarına uygun olarak kullanılabilecek yeni ürünler yapılmaktadır.
