متالورجيا استخلاصية

وليد خليفة

ساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا الموضوع

استخلاص الفلزات Extraction of Metals هوفهم وتكنولوجيا تهتم باستخلاص الفلزات من خاماتها الطبيعية وتشكل جزء كبير مما يسمى بالصناعات الثقيلة ومنها صناعة الحديد والصلب.

تجهيز الخامات

عملية تجهيز الخامات (Mineral Processing) أوتسمى هجريز الخامات (Mineral Beneficiation) هي فهم من علوم استخلاص الفلزات وتهتم بإثراء الخامات (تخصيبها) وفصل الشوائب المعدنية عنها بحيث تحمل من كفائة المعالجات اللاحقة التى يجريها خبراء الاستخلاص للحصول على الفلزات ، ويستخدم مهندس الهجريز طرق ميكانيكية وفزيائية وفزيائية-كيميائية فقط لأداء عمله وتجرى جميعها في درجة الحرارة والضغط العاديين. تتكون الخامة من معادن قيّمة وشوائب معدنية. وتُركز الخامات بطرق طبيعية قبل الاستخلاص للأسباب الآتية: خفض تكلفة النقل والشحن وتصغير حجم مفاعلات الاستخلاص مما يؤدى إلى خفض التكلفة الرأسمالية ولأن الفصل بطرق طبيعية أرخص منه بطرق كيميائية ويتم الهجريز في مرحلتين: تحرير المعادن و فصلها عن بعضها البعض. وتوجد المعادن عادة في الخامات إما منفصلة أوملتصقة أومحبوسة أومنتثرة ولكل من هذه الصور طرق الفصل المناسبة لها. وتنقسم هذه العمليات إلى مرحلتين متميزتين:

تحرير المعادن وفيها يتم تكسير الصخور في هذه العملية بوسائل ميكانيكية بحيث تتفكك مكونات المعدن عن بعضها البعض أى حتى جميع منها يُفصل ويُحرر.

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

المتالورجيا الحرارية

وهى أقدم مجالات استخلاص الفلزات ، وتضم طرق استخلاص جافة تُجرى في درجة حرارة عالية مثل الأكسدة والاختزال والكلورة والصهر وتكوين الخبث وغيرها ، وغالبا ما تضم عمليات صهر للمعادن وفصل للمكونات القيّمة في الحالة السائلة ، ومن الخامات النموذجية لهذه المعالجة خامات الحديد والنحاس و الرصاص.

المتالورجيا المائية

وهى مجال حديث نسبيا في استخلاص الفلزات ويضم الطرق المائية (تسمى أيضا طرق هيدروفلزية) التى تُجرى عادة في درجة حرارة الغرفة أوبالقرب من نقطة غليان الماء ، وتضم عمليات نَضّ المعادن أوترسيب الفلزات أومركباتها من المحاليل المائية بالإضافة إلى طرق العزل والتنقية مثل تبادل اﻷيونات واستخلاص المذيبات. ومن المعادن النموذجية لهذه التكنولوجيا معادن المضى واليورانيوم والألومنيوم.

المتالورجيا الكهربية

وهذا أحدث مجالات استخلاص الفلزات ويضم جميع الطرق الكهروفلزية المعتمدة على استخدام التيار الكهربائى لاسترجاع الفلزات أوحتى تنقيتها في محاليل مائية أوفي أملاح مصهورة، ومن الفلزات النموذجية المنتَجة بهذه الطريقة الألومنيوم والنحاس والخارصين.

مصادر المعلومات في مجال استخلاص الفلزات

يمكن دراسة استخلاص الفلزات من خلال طريقين: استخلاص جميع فلز من خاماته أومن خلال دراسة المبادئ العامة لطرق الاستخلاص ، أي المتالورجيا الحرارية والمتالورجيا المائية والمتالورجيا الكهربية ويوجد لذلك عدة مصادر:

الخط التدريسية

الخط التي تعالج موضوع استخلاص الفلزات يمكن تقسيمها الى ما يلي :

الدراسات المتناولة عدة فلزات

تتناول هذه الخط استخلاص عدد كبير من الفلزات ومن أهمها:

- N. Sevryukov. General Metallurgy, Mir Publisher, Moscow, 1969. ن. سيفريوكوف، المتالورجيا العامة، دار مير للنشر، موسكو، 1969. (مترجم للعربية) وهومن الخط العربية الهامة في هذا الموضوع وهوكتاب قديم نسبيا ولكن مفيد ويركز بشكل خاص على استخلاص الفلزات غير الحديدية وهومترجم من اللغة الروسية وصادر عن دار مير للطباعة والنشر بموسكو.

- N. Sevryukov. , Nonferrous Metallurgy. Mir Publisher, Moscow, 1975 ن. سيفريوكوف، المتالورجيا غير الحديدية، دار مير للنشر، موسكو، 1975.

- K. Winnacker and L. Kuhler, Chemische Technologie: volume 4- Metalle. Hanser Verlag, Munesh 1986(4th edition).

ك. ويناكر ول. كوهلر، التقنية الكيميائية: الجزء أربعة – الفلزات، هانسر فيرلاج، ميونخ 1986 (الإصدار الرابع).

أعمال قديمة ذات قيمة تاريخية فقط:

- D. M. Liddel, editor, Handbook of of Nonferrous Metallurgy, 2 volumes, McGraw-Hill, New York, 1945 د. م. ليدل (المحرر)، كتيب المتالورجيا غير الحديدية، جزءان، ماك جرو-هيل، نيويورك، 1945.

- V. Tafel, editor, Lehrbuch del Metallhuttenkunde, 3volumes, Herzel Verlag, Leizig, 1955 ف. تافل (المحرر) Lehrbuch del Metallhuttenkunde، أجزاء ثلاثة، هرتزل فيرلاج، ليبزج 1955.

الدراسات المتناولة فلز واحد

هذه الخط ثمينة جدا على الرغم انه في بعض الاحيانقد يكون الجزء الخاص بالاستخلاص عدد محدد من الصفحات والامثلة على ذلك "ميتالوجيا الفلزات النادرة " (Metallurgy of Rare Metals )، وهومجموعة من الدراسات على البريليوم ، الكروم، والموليبدنم ... الخ تم نشرها بواسطة “بَتًرورث ، لندن”Butterworth London ، وداراسات جمعية الكيمياء الامريكية على النحاس والخارصين والقصدير .

الخط المتخصصة بالمبادئ الأساسية

تصف هذه الخط العمليات المتالورجية الحرارية والمائية والكهربية، أوالمبادئ ( ديناميكا حرارية وحركية (الكينَتيكا) . بعض هذه الخط يظهر في الجدول التالى حسب تاريخ نشرها.

J. Newton, Extractive Metallurgy (استخلاص الفلزات), Wiley, 1959, (كتاب ممتاز).

W. H. Dennis, Extractive Metallurgy: Principles and Applications (استخلاص الفلزات: المبادىء والتطبيقات), Pitman, 1965, (كتاب ممتاز).

J. D. Gilchrist, Extractive Metallurgy (2nd Edition), (استخلاص الفلزات), Pergamon, 1980, (كتاب ممتاز).

R. H. Parker, An Introduction to Chemical Metallurgy (2nd Edition) (مقدمة للمتالورجيا الكيميائية), Pergamon, 1978, (كتاب ممتاز).

F. Habashi, Principles of Extractive Metallurgy (مبادىء استخلاص الفلزات), Volume 1 , Gordon &Breach, 1969
- Volume 2, Gordon &Breach, 1970
- Volume 3, Gordon &Breach, 1985
- Volume 4, Metallurgie Extractive Quebec, 1998

R. D. Pehlke, Unit Process in Extractive Metallurgy (العمليات الموحدة في استخلاص الفلزات), Elsevier, 1973, (غالبه ديناميكا حرارية)

T. Rosenqvist, Principles of Extractive Metallurgy (مبادىء استخلاص الفلزات), McGrraw-Hill, 1983, 2nd Edition (غالبه ديناميكا حرارية)

L. Couturier D. W. Hopkins, I. Wilkomersky, Fundamental of Metallurgical Processes (أساسيات العمليات المتالورجية), Pergamon, 1978, (غالبه ديناميكا حرارية)

C. B. Gill, Nonferrous Extractive Metallurgy (استخلاص الفلزات غير الحديدية), Wiley-Interscience, 1980

J. J. Moore et al, Chemical Metallurgy (المتالورجيا الكيميائية), Butterworth, 1981.

H. S. Ray et al, Extraction of Nonferrous Metals (استخلاص الفلزات غير الحديدية), Affiliated East-West Press, 1985

P. C. Hays, Process Selection in Extractive Metallurgy (اختيار العمليات في استخلاص الفلزات ), Hayes Publishing, 1987

H. S. Ray and A. Ghosh, Principles of Extractive Metallurgy (مبادىء استخلاص الفلزات), Wiley Eastern, 1991

C. Bodsworth, The Extraction and Refining of Metals ( استخلاص وتنقية الفلزات), CRC Press, 1994

L. C. Wollacott and R. H. Eric, Mineral and Metall Extraction: an Overview (استخلاص المعادن والخامات: استعراض), South African Institute of Mining and Metallurgy, 1996

J. Philibert, A. Vignes, Y. Brechet, P Combrade, Metallugie-du minerai aux materiaux (متالورجيا الحصول على الفلزات من المعادن), Masson, 1998, Only one fourth of the book is devoted to extractive metallurgy

الدراسات الكاملة في الكيمياء

تحتوى على معلومات مفصلة في الكيمياء وميتالورجيا الفلزات ومركباتها مثل:

- P. Pascal, editor, Nouveau Traite de chemie minerale, Paris, Masson & Cie. مجموعة ممتازة تتكون من 20 مجلد مع بعض الملاحق الحديثة: ولكنها نسبياً تعتبر قديمة لانه تم نشرها في 1950 - Gmelen, Handbuch der anarganischen, Weinheim, Verlag Chemie. هذه مجلدات عديدة مع الاستشهاد بكثيرمن المراجع يتم تحديثها بشكل منتظم. المجلدات الحديثة من هذه المجموعة نشرت بالغة الإنجليزية

الموسوعات والأدلة

تلك الموسوعات في تكنولوجيا الكيمياء والمواد تحتوي كثير من الموضوعات التي يمكن حتى تهم مهندس الفلزات . أبرز هذه الاعمال:

- Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical technology, Fouth edition in 27 volumes, published by Interscience, New York 1998 - Techniques de l'ingenieur: مجموعة من المجلدات في مجالات هندسية مختلفة والتي تحدث من وقت لآخر بإضافة بعض الملحقات .

السلسلة M متخصصة في المتالورجيا وتتكون منعشرة مجلدات منها M7 , M6 متخصصة في الحديد والفولاذ M8 – المعادن غير الحديدية والأخرى متخصصة في المتالورجيا الفيزيائية والميكانيكية.

السلسلة J متخصصة في الهندسة الكيميائية وتحتوي منطقات ذات اهمية متالورجية مثل إنتاج الألومنيوم، طرق التحليل الكهربائي، اليورانيوم ... الخ .

الناشر هو Techniques de lingenieur, 123 rue d'Alesia, 75014 Paris, France

Ullmann, Encyclopedia of industrial Chemistry, 40 volumes, 6th edition, Wiley-VCH, Weinheim, Germany 2003

M B. Bever, Encyclopedia of Materials Science and Engineering,ثمانية volumes, MIT Press and Pergamon, 1986

R. A. Meyers, Encyclopedia of Physical Science and Technology, 18 volumes, 3rd edition, Academic, New York, 2001

R. G. Morvan, Encyclopedie internationale des sciences et des techniques,عشرة volumes, Aarka, Paris, 1978

J. J. McKetta, Encyclopedia of Chemical Processing and Design, in69 volumes byMarcel Dekker, New York 1976-2002

K. H. J. Buschow et al., Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 11 volumes, Elsevier, UK 2001

F. Habashi, editor, Handbook of Extractive Metallurgy, أربعة volumes, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 1997.

المنشورات المنبثقة من المؤتمرات والندوات

هذه المؤتمرات يمكن ان تكون عامة اومتخصصة في موضوع محدد . في هذه المؤتمرات والتي يمكن ان تستمر من يوم الى خمس ايام تعرض الأوراق الفهمية شفويا وتناقش من قبل المشاركين . وتنشر الأوراق والمناقشات يتم نشرها عادة في محضر المؤتمر. هذه المؤتمرات تعتبر فرصة فريدة لالتقاء الباحثين في نفس المجال لتبادل وجهات النظر وتجديد معلوماتهم بآخر التطورات . بالعادة يتبع المؤتمر ، زيارات جماعية إلى المصانع أوالمنظمات البعثية لمناقشة التكنولوجيا الجديدة .

أهم هذه اللقاءات لمتحدثي اللغة الانجليلزية ما تنظمه المؤسسات التالية:

The Minerals, Metallurgy and Materials Society (TSM) and the Society for Mining, Metallurgy, and Exploration (SME), both of the American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers formerly in New York, now in Littleton, Colorado, (AIME)

The Canadian institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, in Montereal (CIM)

Institute of Mining & Metallurgy in London (IMM)

لا يوجد هناك ممثل عالمي لمهندسي استخلاص الفلزات ولكن الاتحاد العالمي للكيمياء التطبيقية والنظرية International Union of Pure & applied Chemistry والمجلس العالمي لمعالجة المعادن "International Mineral Processing Congress" بعض الأحيان ينظم جلسات ضمن لقاءاته تخص استخلاص الفلزات .

الدوريات

الدوريات التي تحتوي على أبحاث في استخلاص الفلزات يتم نشرها من قبل جمعيات المتالورجيا الوطنية أومن قبل ناشرين تجاريين. الجدول 3- 2 يعطي قائمة مختارة من الدوريات التي تنشر بواسطة الجمعيات الوطنية . أما الدوريات التي تنشر من قبل ناشرين تجاريين فهي من نوعين .

تلك التي تنشر أبحاث أصيلة مثل المتالورجيا المائية "Hydrometallurgy" وهندسة المعادن "Minerals Engineering" .

وتلك التي تنشر أوراق استعراض "review Papers" مثل
- Minerals Processing and Extractive Metallurgy Reviews
- Engineering & Mining Journal,
- Mining Magazine

دوريات مختارة تنشر من قبل الجمعيات الوطنية الميتالورجية .

The Minerals, Metals, and Materials Society of the American Institute of Mining and Metallurgical and Petroleum Engineers, Warrendale, Pennsylvana
- Metallurgical Transactions, Section B
- Journal of Metals

Society for Mining, Metallurgy and Exploration of the American Institute of Mining and Metallurgical and Petroleum, Littleton, Colorado
- - Mining Engineering
- - Minerals and metallurgical Processing

Institution of Mining& Metallurgy, London
- - Transactions Section C

Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, Monteral
- - Bulleten

South African Institute of Mining and metallurgy, Johannesburg
- - Transactions

Australian Institute of Mining and metallurgy, Melbourne
- - Transactions

German Metallurgical Society, Clausthal
- - Erzmetall

Indian Institute of Metals, Calcutta
- - Transactions

مجلات الملخصات

ملخصات الكيمياء "Chemical Abstracts" تنشر من قبل الجمعية الأمريكية للكيمياء "American Chemical Society" فيها قسم متخصص تحت عنوان "استخلاص الفلزات" "Extractive Metallurgy" والذي يعطي خلاصة لجميع الأوراق الفهمية المنشورة في هذا المجال في العالم. وهى أداة مفيدة لتتبع التطورات الحديثة وباستعمال الفهارس يمكن استرجاع المعلومات لأغراض البحث .