عنوان درس: توليد فلزات غير آهني
1401/07/25 13:13فصل قبل
سرفصل: فرآيند‌هاي توليد مس
نمونه42- عنوان مطلب درسي: آماده‌سازي، کلسيناسيون يا تشويه، استخراج فلز، ذوب و تصفيه
براي استخراج فلز مس از سنگ معدن مراحل نسبتاً طولاني چون خرد کردن (آسياکاري)، همگن‌سازي مواد مختلف در يکديگر (مخلوط سازي)، پرعيارسازي، کلسيناسيون (تجزيه ترکيبات کربناتي و هيدروکسيدي و تبديل آن‌ها به اکسيد)، تشويه (سوزاندن گوگرد و تبديل ترکيبات سولفيدي به اکسيدي براي کانه‌هاي فلزي غير آهني)، کلوخه سازي يا گندله‌سازي (شکل‌دهي مواد معدني)، احياء و ذوب در کوره (تهيه مات)، تصفيه حرارتي و الکتريکي و در نهايت شمش‌ريزي وجود دارد. بدين ترتيب براي رسيدن به فلز ارزشمند مس از مواد خاکي ظاهراً کم‌ارزش و ارزان بايد مراحل نسبتاً طولاني طي شود[1].
در مرحله تهيه مات مس مقدار زيادي از ناخالصي‌ها مانند گوگرد و آهن حذف مي‌شوند:
2CuFeS2 +4O2 = Cu2S + 2FeO +3SO2
2CuFeS2 +O2 = Cu2S + 2FeS +SO2
مات مس xFeS +yCu2S = xFeS.yCu2S
Cu2O+ FeS = Cu2S + FeO
سولفيد مس پايدارتر از اکسيد مس و اکسيد آهن پايدارتر از سولفيد آهن است.
SiO2 + 2FeO = 2FeO.SiO2
سيليس به عنوان کمک‌ذوب يا گدازآور عمل نموده و اکسيد آهن را حذف مي‌نمايد. در مرحله مس بليستر با دمش اکسيژن و وارد کردن سيليس، گوگرد و آهن حذف مي‌شوند. در مرحله تصفيه مس ناخالص به عنوان آند در يک محلول اسيدي حل شده و با اعمال يک اختلاف پتانسيل بين آند و کاتد يون مس بر روي کاتد رسوب مي‌نمايد و ناخالصي‌هاي فعال‌تر از مس در محلول باقي مانده و فلزات نجيب‌تر از مس ته‌نشين مي‌شوند[2].
عنوان جهت الهي بحث: فرآيند تکامل الهي انسان
به همين ترتيب انسان نيز اگر به درجات بالاي معنويت و تقوا نرسد به خودي خود ارزشي ندارد و به گفته خداوند يک نطفه گنديده‌اي بيش نيست. «أَلَمْ يَكُ نُطْفَةً مِنْ مَنِيٍّ يُمْنَى. آيا او نطفه‌اي از منى كه در رحم ريخته مي‌شود نبود؟[3]» لازمه‌ي ارزشمندي و رسيدن به مراتب بالاي کمال مشابه استخراج فلز طي کردن مراحل طولاني آماده‌سازي، شکستن غرور و خرد کردن نفس سرکش خود، خودسازي، تصفيه دروني و بالا بردن درجه خلوص در اعمال و نيت‌هاي خود، تقوا و پرهيزگاري پيشه کردن و وارد شدن به مسير سير و سلوک الهي است همان‌طور که خداوند در سوره‌ي شمس مي‌فرمايد: «قَدْ أَفْلَحَ مَنْ زَكَّاهَا[4]؛ كه هر كس آن (نفس خود) را پاك گردانيد قطعاً رستگار شد» و در اين صورت است که انسان براي خود، خانواده، وطن و امت اسلامي مفيد خواهد بود.
سرفصل درس: متالورژي توليد آلومينيوم
نمونه43- عنوان مطلب درسي: هيدرو متالورژي و الکترو متالورژي آلومينيم
ماده معدني براي توليد آلومينيم، بوکسيت (هيدروکسيد آلومينيم + ناخالصي‌ها) بوده که بعد از خرد کردن و دانه‌بندي با انحلال در محلول نمک سديم، ناخالصي‌ها ته‌نشين مي‌شوند و يک محلول نمکي آلومينيم حاصل مي‌شود. با عمليات شيميايي هيدروکسيد آلومينيم خالص رسوب داده مي‌شود که با تجزيه حرارتي (کلسيناسيون) آن، اکسيد آلومينيم يا آلومينا حاصل مي‌شود:
2Al(OH)3 →Al2O3 + 3H2O
آلومينا به عنوان يک ماده اوليه در صنعت توليد آلومينم استفاده مي‌شود که از نظر ترموديناميکي بسيار پايدار است و تجزيه آن به راحتي صورت نمي‌گيرد؛ به‌طوري که با ترکيب سه انرژي شيميايي، حرارتي و الکتريکي به‌طور هم‌زمان آن را تجزيه مي‌کنند. در فرآيند الکترومتالورژي، آلومينا را در يک مذاب نمک خورنده و قوي به نام کريوليت (3NaF.AlF3) که در يک ميدان الکتريکي قرار گرفته حل مي‌نمايند؛ به همين دليل واکنش انحلال به شکل يوني خواهد بود:
Al2O3 (2Al3+ 3O2-)
بدين ترتيب يون‌هاي آلومينيم که داراي بار الکتريکي مثبت مي‌باشند به کف ديگ که داراي بار الکتريکي منفي است (کاتد) رفته و احياء مي‌شوند و مذاب آلومينيم شکل مي‌گيرد. يون اکسيژن با آند کربني وارد واکنش شده که هم توليد گرما نموده و همچنين يک محيط احيايي (گاز منواکسيد کربن) ايجاد مي‌نمايد[5].
عنوان جهت الهي بحث: نقش سرکوبي هواي نفس بر درجه معنويت انسان
همان‌طور که بوکسيت در چند مرحله به فلز ارزشمند آلومينيوم تبديل مي‌شود در مورد انسان نيز هر اندازه که نفس سرکش و هواهاي شيطاني قوي باشند مي‌توان ان را سرکوب نموده و به کنترل درآورد و به عزت و سربلندي رسيد. به عبارتي همان‌طور که در قرآن و احاديث و به تبع آن در اشعار و سخن بزرگان آمده است سرکوب کردن هواي نفس وجود انواع خرد شدن‌ها، شکست‌ها، خوار شدن‌ها، تحمل خفت‌ها و لگدکوب شدن نفس همان‌طور که مي‌تواند روح انسان را جلا داده و به درجات بالاي معنويت برساند. حضرت امام صادق g فرمود: رسول خدا a سپاهي را براي جنگ با دشمنان فرستاد. وقتي اين سپاه با پيروزي نزد آن حضرت برگشت از آنان تجليل کرد و فرمود: آفرين بر مردمي که از جهاد کوچک‌تر بازگشته‌اند، در حالي که جهاد بزرگ‌تر آنان باقي مانده است. شخصي عرض کرد: جهاد بزرگ‌تر کدام است؟ رسول خدا a فرمود: مجاهده با نفس.[6]
مولوي نيز با استفاده از اين حديث شريف چنين سروده است:
چونک وا گشتم ز پيگار برون
روي آوردم به پيگار درون
قد رجعنا من جهاد الاصغريم
با نبي اندر جهاد اکبريم
قوت از حق خواهم و توفيق و لاف
تا به سوزن بر کنم اين کوه قاف
سهل شيري دان‌که صفها بشکند
شير آن است آن‌که خود را بشکند[7]
سرفصل درس: تصفيه
نمونه44- عنوان مطلب درسي: تصفيه حرارتي مس
مذاب مس معمولاً با ناخالصي‌هايي همراه است که اين ناخالصي‌ها باعث تضعيف خواص فيزيکي و مکانيکي مانند رسانايي حرارتي و الکتريکي، استحکام کششي و چکش‌خواري آن مي‌شود. در حقيقت ناخالصي‌ها با اختلال و ايجاد موانع در مسير حرکت الکترون‌ها آن‌ها را سردرگم و پراکنده مي_کنند و بدين ترتيب رسانايي کاهش مي‌يابد. از طرفي ناخالصي‌ها در داخل دانه و در مرز دانه باعث تمرکز تنش شده و در نتيجه تغيير شکل و انعطاف‌پذيري را کاهش داده و به سمت تردي و کاهش چکش‌خواري سوق مي‌دهد. البته مي‌توان با اکسيداسيون، ناخالصي‌ها و ايجاد ترکيبات اکسيدي آن‌ها را جدا نمود. ترکيبات اکسيدي قابليت انحلال در مذاب مس را نداشته و در ضمن چگالي خيلي پايين‌تري نسبت به مس دارند بنابراين شناور شده و يک کف يا سرباره بر روي سطح مذاب شکل مي‌دهند که قابليت جدا شدن را دارند[8].
عنوان جهت الهي بحث: روند جدايش جريان حق و باطل
در قرآن با اشاره به فرآيند تصفيه فلزات، فلز را به «حق» و سرباره و کف را به «باطل» تشبيه نموده و فرموده است:
«... وَ مِمَّا يُوقِدُونَ عَلَيْهِ فِي النَّارِ ابْتِغاءَ حِلْيَةٍ أَوْ مَتاعٍ زَبَدٌ مِثْلُهُ كَذلِكَ يَضْرِبُ اللَّهُ الْحَقَّ وَ الْباطِلَ فَأَمَّا الزَّبَدُ فَيَذْهَبُ جُفاءً وَ أَمَّا ما يَنْفَعُ النَّاسَ فَيَمْكُثُ فِي الْأَرْضِ كَذلِكَ يَضْرِبُ اللَّهُ الْأَمْثالَ؛[9]... و از آنچه (در كورهها)، براى به دست آوردن زينت‌آلات يا وسايل زندگى، آتش روى آن روشن مىكنند نيز کف‌هايي مانند کف سيل به وجود مىآيد- خداوند، حق و باطل را چنين مثل مىزند! امّا کف‌ها به بيرون پرتاب مىشوند، ولى آنچه به مردم سود مىرساند [آب يا فلز خالص] در زمين مىماند؛ خداوند اين‌چنين مثال مىزند!»
[1]. کانه‌آرايي، صفحه 5.
[2]. متالورژي مس، صص 57 تا 85.
[3]. قيامت: 37.
[4]. شمس: 9.
[5]. آلومينيم، صص 31-67.
[6]. عَنْ أَبِي عَبْدِ اللَّهِ ع «أَنَّ النَّبِيَّ ص بَعَثَ بِسَرِيَّةٍ فَلَمَّا رَجَعُوا قَالَ مَرْحَباً بِقَوْمٍ قَضَوُا الْجِهَادَ الْأَصْغَرَ وَ بَقِيَ الْجِهَادُ الْأَكْبَرُ قِيلَ يَا رَسُولَ اللَّهِ ص وَ مَا الْجِهَادُ الْأَكْبَرُ قَالَ جِهَادُ النَّفْسِ»( الكافي، ج5، ص 12).
[7]. مثنوي معنوي، دفتر اول.
[8]. متالورژي مس، فصل ششم.
[9]. رعد: 17.