Otsime seletusi
Kuidas toodetakse kõige enam kasutatavat metalli rauda ja selle sulameid malmi ning terast?
Metallurgia
Metallide tootmine on keemia seisukohalt metallide redutseerimine nende maakidest. Elektronide üleminekust lähtuvalt on redutseerimine elektronide liitmine positiivselt laetud metallioonidele.
Mn+ + ne– → M
Redutseerijateks võivad olla süsi, süsinikoksiid, vesinik ning mitmed aktiivsed metallid. Viimasel juhul kasutatakse kõige sagedamini alumiiniumi. Ent redutseerijaks võib olla ka elektrivool. Sellisel juhul nimetatakse redutseerimisprotsessi elektrolüüsiks. Elektrolüüsil toodetakse eeskätt aktiivseid metalle, sealhulgas ka alumiiniumi.
Metallurgia on tootmisharu, mis toodab ja töötleb metalle ning nende sulameid.
Raua tootmine
Rauasulatuskunsti avastamisega pandi ühtlasi alus ka metallurgia arengule. Kui enamiku metallide tootmine on oma arengu ajaloos läbi teinud suuri muutusi, siis rauamaakidest raua sulatamise keemiline külg on jäänud põhimõtteliselt samaks. Ikka redutseeritakse raud maakidest söega C (koksiga) ning selle mittetäielikul põlemisel tekkinud vingugaasiga CO (süsinikoksiidiga).
Maailmas toodetakse kõigist metallidest kõige rohkem rauda, täpsemalt küll raua sulameid malmi ja terast. Tootmisprotsess pole raua sulatamise pika ajaloo jooksul, nagu eespool märgitud, sisuliselt kuigi palju muutunud. Küll on muutunud aga tehnoloogilised lahendused.
Tootmisprotsess
Nagu kõikide teiste metallide tootmine, algab see maagi kaevandamisest. Seejärel puhastatakse kaevandatud maak ebasoovitavatest lisanditest, eeskätt liivast, savist, mullast ning loomsetest ning taimsetest jääkidest. Maagi puhastamist nimetatakse metallurgias maagi rikastamiseks, eraldatud lisandeid aga aheraineks.
Seejärel suunatakse rikastatud maak koos koksi ja räbustitega kõrgahju. Koks on tegelikult töödeldud, kõrge süsinikusisaldusega kivisüsi. Räbustina kasutatakse aga lubjakivi. Viimase ülesandeks on siduda rauamaagis olevaid ebasoovitavaid lisandeid nagu fosfor ja väävel. Viimaseid maagi rikastamisel eraldada ei ole võimalik.
Ühine protsess, mis iseloomustab järgnevate metallide tootmist: Fe, Al, K, Zn.
Kõrgahi ise kujutab endast tulekindlate tellistega vooderdatud tõeliselt kõrget ahju, kus koks (C) põleb hapnikuga rikastatud õhus, andes raua sulamiseks ja maagist redutseerimiseks vajaliku temperatuuri. Kõrgahju kõige kuumemas osas ulatub temperatuur 1500 °C-ni. Nii kõrgel temperatuuril seguneb redutseerunud raud süsinikuga ning kõrgahju saaduseks ei olegi puhas raud, vaid raua segu süsinikuga, mida nimetatakse sulamalmiks (Fe; C 2–5%). Sulamalmi peale jääb räbustiga ühinenud ainete kiht, mida nimetatakse räbuks ning see juhitakse kõrgahjust eraldi välja.
Malmist toodetakse edasi erinevaid teraseid (vt ptk „Sulamid”). Protsessi olemus seisneb liigse süsiniku väljapõletamisel erilistes seadeldistes, mida metallurgias nimetatakse konverteriteks.
C + O2 → CO2
Raua tootmine Eestis
Huvitav on siinkohal lisada, et umbes 1. sajandil eKr tunti rauasulatuskunsti juba ka Eesti aladel ja seda sajandit loetaksegi rauasulatamise alguseks Eestis. Protsess, nagu nägime, oli keemiliselt üsna lihtne. Rauamaagiks oli Eestis valdavalt soorauamaak, mis koostiselt sarnaneb pruuni rauamaagiga Fe2O3 ∙ nH2O. Kütteaineks oli puusüsi, mida toodeti puidust selle kuumutamisel õhu juurdepääsuta. Kividest ja savist valmistati „kõrgahi“, kuhu puhuti õhku lõõtsade abil. See tagas raua väljasulamiseks vajaliku temperatuuri. Seoses kaubavahetuse arenguga Lääne-Euroopa riikidega lõpetati Eestis rauasulatamine arvatavasti 10.– 11. sajandil meie ajaarvamise järgi. See lihtsalt ei olnud enam majanduslikult kasulik.
Jätame meelde!
- Metallide tootmine maakidest on keemia seisukohalt nende redutseerimine maakidest: Mn+ + ne– → M.
- Raua sulatamiseks maakidest läheb tarvis rauamaaki, koksi (kõrge süsinikusisaldusega kivisüsi, sobib ka puusüsi), hapnikuga rikastatud õhku ning räbusteid (ebasoovitavate lisandite eraldamiseks).
- Raua ja selle sulamite saamise keemiline külg ei ole aja jooksul oluliselt muutunud.
