استخراج فلزات -  روش های استفاده شده به فلز و آلاینده های آنها بستگی دارد

فلزات غالباً از طریق استخراج سنگ معدن که منابع غنی از عناصر لازم مانند بوکسیت هستند ، از زمین استخراج می شوند. سنگ معدن با تکنیک های اکتشاف مکانش مشخص می شود، و به دنبال آن اکتشاف بررسی ذخایر آن قرار دارند. منابع معدنی به طور کلی به معادن سطحی تقسیم می شوند که با حفاری با استفاده از تجهیزات سنگین و معادن زیر سطحی استخراج می شوند. در بعضی موارد، قیمت فروش فلز / فلزات مربوط به آن استخراج منابع با غلظت کم را از نظر اقتصادی امکان پذیر می شود. استخراج فلزات یکی از فرآیندهای پیچیده و انرژی‌بر است که در آن فلزات از منابع معدنی استخراج می‌شوند. این فرآیند شامل مراحل مختلفی است که به‌منظور جداسازی فلز از سنگ‌های معدنی یا مواد خام انجام می‌گیرد. به‌طور کلی، استخراج فلزات به دو روش اصلی انجام می‌شود: استخراج از طریق کوره‌ها (ذوب) و استخراج از طریق فرآیندهای شیمیایی مانند الکترولیز. بسته به نوع فلز و ویژگی‌های معدنی آن، این روش‌ها می‌توانند متفاوت باشند.

در ابتدا، برای استخراج فلزات، سنگ‌های معدنی باید از زمین استخراج شوند. این سنگ‌ها اغلب حاوی ترکیبات فلزی مانند اکسیدها، سولفیدها یا کربنات‌ها هستند. برای استخراج فلزات از این ترکیبات، ابتدا باید سنگ‌های معدنی تحت عملیات فیزیکی مانند خرد کردن، آسیاب کردن و غربالگری قرار گیرند تا اندازه ذرات آن‌ها کاهش یابد و به ترکیباتی تبدیل شوند که برای فرآیندهای بعدی مناسب‌تر باشند. یکی از روش‌های رایج استخراج فلزات، روش ذوب است که در آن سنگ معدنی در کوره‌های صنعتی ذوب شده و فلز از دیگر مواد غیر فلزی جدا می‌شود. به‌طور مثال، در استخراج آهن از سنگ معدن هماتیت، سنگ معدن در کوره بلند ذوب می‌شود تا آهن از سایر عناصر جدا شود. در این فرآیند، مواد دیگری مانند کک و سنگ آهک به کوره اضافه می‌شوند تا به‌عنوان کاهش‌دهنده و تنظیم‌کننده پی‌اچ عمل کنند. پس از ذوب، آهن مذاب از مواد زائد جدا می‌شود و به‌عنوان آهن خالص یا آلیاژهای مختلف استفاده می‌شود.

در برخی موارد، به‌ویژه برای فلزات گرانبها مانند طلا و نقره، از فرآیندهای شیمیایی استفاده می‌شود. در این روش، از مواد شیمیایی مانند سیانید یا کلرید استفاده می‌شود تا فلز مورد نظر از سنگ معدن استخراج شود. در استخراج طلا، به‌عنوان مثال، ابتدا سنگ معدن با سیانید حل می‌شود تا طلا در محلول سیانیدی حل شود. سپس با استفاده از فرآیندهای شیمیایی یا الکتروشیمیایی، طلا از محلول جدا می‌شود و به‌صورت فلز خالص درمی‌آید. پس از استخراج سنگ معدن ، فلزات باید معمولاً با تقلیل مواد شیمیایی یا الکترولیتی استخراج شوند. پیرومتالورژی از درجه حرارت بالا برای تبدیل سنگ معدن به فلزات خام استفاده می کند ، در حالی که هیدرومتالورژی برای همین منظور از شیمی آب استفاده می کند. روش های استفاده شده به فلز و آلاینده های آنها بستگی دارد.

وقتی سنگ معدن فلزی ترکیبی یونی از آن فلز و غیر فلز باشد، معمولاً باید سنگ معدن ذوب شود - با ماده احیا کننده گرم شود - تا فلز خالص استخراج شود. بسیاری از فلزات رایج، مانند آهن، با استفاده از کربن به عنوان یک عامل کاهنده ذوب می شوند. بعضی از فلزات ، مانند آلومینیوم و سدیم ، هیچ عامل کاهنده تجاری ندارند و بجای آن با استفاده از الکترولیز استخراج می شوند. روش دیگر استخراج فلزات از طریق الکترولیز است. این روش معمولاً برای فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم و مس استفاده می‌شود. در این فرآیند، سنگ معدن فلزی به یک الکترولیت محلول در آب وارد می‌شود و جریان الکتریکی از آن عبور داده می‌شود. این جریان موجب تجزیه ترکیب معدنی و جداسازی فلز از آن می‌شود. برای مثال، در استخراج آلومینیوم از سنگ معدن بوکسیت، فرآیند الکترولیز به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. بوکسیت در کوره‌های مخصوص به طور شیمیایی پردازش می‌شود تا به آلومینا (اکسید آلومینیوم) تبدیل شود، سپس در یک سلول الکترولیز قرار می‌گیرد تا آلومینیوم از آن جدا شود.

در بسیاری از موارد، استخراج فلزات نیاز به صرف هزینه‌های زیادی دارد. علاوه بر اینکه فرآیندهای استخراج انرژی زیادی مصرف می‌کنند، معمولاً باید مواد شیمیایی خاصی نیز استفاده شود تا فلزات از سنگ‌های معدنی جدا شوند. علاوه بر این، استخراج فلزات می‌تواند اثرات محیطی زیادی داشته باشد. برای نمونه، استخراج فلزات ممکن است باعث آلودگی آب‌های زیرزمینی، تولید گازهای گلخانه‌ای و تخریب زیستگاه‌های طبیعی شود. در نهایت، پس از استخراج فلزات از منابع معدنی، فلزات معمولاً برای تولید محصولات مختلف باید به شکل‌های مختلفی پردازش شوند. این پردازش‌ها شامل ذوب مجدد، تصفیه و ساخت آلیاژها است که به فلزات خواص بهتری می‌دهد و آن‌ها را برای کاربردهای صنعتی مختلف مناسب‌تر می‌سازد. این مرحله ممکن است شامل مراحل اضافه‌کردن مواد دیگر به فلز برای ایجاد آلیاژها باشد، مثلاً تولید فولاد از آهن با اضافه کردن کربن و دیگر عناصر. استخراج فلزات به‌عنوان یک فرآیند صنعتی پیچیده و حیاتی، همواره در حال پیشرفت است و با توجه به نیازهای روزافزون به فلزات در صنایع مختلف، اهمیت آن همچنان به قوت خود باقی خواهد ماند.