موضوع مقاله: کوره با پوشش آب‌گرد (متالورژی) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # کوره با پوشش آب‌گرد (متالورژی) | مقدمه: کوره با پوشش آب‌گرد نوعی کوره بلند است که برای ذوب سنگ‌های معدنی فلزات غیرآهنی، به‌ویژه سنگ معدن مس، سرب یا سرب-نقره، به کار می‌رود. | ## بخش 1: کوره با پوشش آب‌گرد (متالورژی) | دلیل نام‌گذاری این کوره پوشش آب‌گردی است که برای خنک‌سازی بخش پایینی بدنهٔ کوره و افزایش عمر مفید بوتهٔ کوره استفاده می‌شود. از این کوره با نام‌های کوره بلند با پوشش آب‌گرد، کوره بلند مس، یا کوره بلند سرب نیز یاد می‌شود. امروزه، این فناوری در فرآیند ذوب (گدازگری) مس تقریباً منسوخ شده و جای خود را به ذوب تشعشعی برای سنگ معدن مس تغلیظ‌شده داده است. با این حال، شکل اصلاح‌شده‌ای از این کوره همچنان در فرآیند فرآوری سرب مورد استفاده قرار می‌گیرد. در آن زمان، کوره‌های بلند برای ذوب سنگ معدن سولفیدی مس در رشته‌کوه هارتس آلمان مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در سال ۱۸۴۷، معادن بورا در استرالیای جنوبی سعی کردند این فناوری را به کار بگیرند، اما به دلیل ناسازگاری طراحی کوره آلمانی، این تلاش ناموفق بود؛ زیرا کوره‌های آلمانی، که در آنها دمنده‌های هوا با نیروی اسب کار می‌کردند، نمی‌توانستند هوادهی مناسبی برای فرآیند ذوب سنگ‌های معدن مس کربناتی آن منطقه فراهم کنند. طراحی کوره بلند با پوشش آب‌گرد برای ذوب فلزات غیرآهنی در دههٔ ۱۸۷۰ در آمریکای شمالی توسعه یافت و در استرالیا به نام کوره با پوشش آب‌گرد آمریکایی شناخته می‌شد. این طراحی از کوره‌های کوپلای آلمانی الهام گرفته شده بود، اما نوآوری اصلی آن، سیستم کنترل‌شدهٔ خنک‌کاری بدنهٔ کوره بود. از دههٔ ۱۸۸۰، کوره‌های با پوشش آب‌گرد به‌ویژه برای ذوب سنگ‌های معدنی سولفیدی رواج یافتند. برخلاف کوره‌های بازتابی، این کوره‌ها را می‌توانستند در کارخانه تولید کرده و سپس در محل موردنظر مونتاژ کنند، که مزیت مهمی در توسعهٔ صنعتی محسوب می‌شد. با این‌ حال، عملکرد این کوره‌ها برای همهٔ انواع سنگ معدن و شرایط عملیاتی مناسب نبود. در برخی موارد، استفاده از این فناوری منجر به شکست‌های پرهزینه‌ای شد، مانند معدن نورث لایل در کراتی در تاسمانی، معدن لوید در بورراگا و معدن اورفلو در بوبادا، نیو ساوت ولز. اما در برخی دیگر از معادن، این کوره‌ها با موفقیت مورد استفاده قرار گرفتند، مانند معدن عظیم مس آناکوندا در بوت، مونتانا، معدن ماونت لایل در تاسمانی و بسیاری دیگر از معادن مهم. کوره‌های با پوشش آب‌گرد هرگز نتوانستند به‌طور کامل جایگزین کوره‌های بازتابی در صنعت ذوب مس شوند. در نهایت، بین سال‌های ۱۹۴۹ تا ۱۹۸۰، هر دو نوع کوره به‌طور گسترده‌ای کنار گذاشته شدند و جای خود را به فناوری ذوب تشعشعی دادند. کوره با پوشش آب‌گرد می‌تواند برای احیای سنگ معدن‌های اکسیدی فلزات غیرآهنی که با کک مخلوط شده‌اند، جهت تولید فلز و سرباره به کار رود. در ذوب سنگ معدن سولفیدی سرب، ابتدا سنگ معدن تَف‌جوشی (زینتر) شده و به اکسید سرب زینتری‌شده تبدیل می‌شود. از آنجا که سرب و نقره اغلب در یک سنگ معدن یافت می‌شوند، جدا کردن نقره از سرب خام تولیدشده در کوره، نیازمند یک فرآیند پالایش ثانویه است، مانند فرآیند پارکس. یکی از چالش‌های مهم در ذوب سرب، محافظت از کارگران در برابر بخارات سمی سرب بود، که نیازمند تدابیر ایمنی ویژه‌ای بود. ذوب سنگ معدن مس فرآیند پیرومتالورژیکی کوره با پوشش آب‌گرد برای ذوب سنگ معدن سولفیدی مس، اساساً با کوره‌های بلند رایج برای تولید آهن، یا کوره با پوشش آب‌گرد برای تولید سرب تفاوت دارد. در کوره بلند رایج، فلز مذاب از طریق احیا تولید شده و سیلیس به‌عنوان سرباره جدا می‌شود. در کوره با پوشش آب‌گرد برای ذوب سولفید مس، فرآیند اصلی یک واکنش اکسیداسیون است که منجر به تولید مات مس مذاب می‌شود. اگر یک کارخانه ذوب فاقد مبدل بود، مات مس در قالب‌ها ریخته و جامد می‌شد تا در مراحل بعدی تصفیه شود. ذوب سنگ‌های معدنی سولفیدی مس در این کوره، در واقع تمرکز بخش فلزی غیرآهنی سنگ معدن در مات و جداسازی برخی ناخالصی‌ها از طریق سرباره است: زبخش عمده‌ای از گوگرد موجود در سنگ معدن به‌صورت دی‌اکسید گوگرد (SO₂) در گازهای خروجی دفع می‌شود. مات و سرباره مذاب از هم جدا می‌شوند، به‌طوری که مات مس چگال‌تر در پایین کوره جمع شده و سرباره مذاب روی آن شناور می‌ماند. | ## بخش 2: کوره با پوشش آب‌گرد (متالورژی) | در صورتی که هر دو نوع سنگ معدن پایه (اکسید یا کربنات) و سنگ معدن سولفیدی سیلیسی در دسترس بودند، مخلوط کردن این دو نوع سنگ معدن در فرآیند ذوب نیاز به استفاده از سایر گدازآورها را کاهش می‌داد. کوره‌های با پوشش آب‌گرد می‌توانستند بدون نیاز به تشویه (Roasting) سنگ معدن مس سولفیدی مستقیماً آن را ذوب کنند. امکان ذوب سنگ معدن با عیار پایین در این کوره‌ها وجود داشت؛ زیرا این کوره‌ها قادر بودند حجم زیادی از سرباره مذاب را تخلیه کنند که در ذوب سنگ‌های معدنی کم‌عیار ضروری است. با این حال، حجم بالای سرباره تولیدی یک چالش مهم بود، زیرا سرباره جامد برای پر کردن فضاهای خالی (استوپ‌ها) ایجاد شده در معادن زیرزمینی مناسب نبود. در برخی معادن، سرباره مذاب را با آب تصفیه می‌کردند تا به سرباره دانه‌ای تبدیل شود که می‌توانست برای پر کردن فضاهای خالی معدن مورد استفاده قرار گیرد. اما در بیشتر موارد، سرباره مذاب به‌صورت مستقیم تخلیه شده و به‌مرور زمان تپه‌های بزرگی از سرباره در نزدیکی کارخانه‌های ذوب شکل گرفتند که به‌عنوان آثاری ماندگار از عملیات ذوب باقی ماندند. کی دیگر از مزایای مهم کوره با پوشش آب‌گرد، امکان تخلیهٔ کف کوره برای تمیزکاری یا تعمیرات در برخی طراحی‌ها بود. در مقابل، در کوره‌های بازتابشی، مقدار زیادی از مس در کف کوره جمع می‌شد که برای بازیابی آن، عملاً باید کوره تخریب می‌شد. ذرات ریز سنگ معدن برای این کوره مناسب نبودند و عملکرد آن بیشتر برای توده‌های درشت سنگ معدن بهینه شده بود. ذرات مسیر کوره را مسدود می‌کردند یا توسط جریان هوای دمیده‌شده به سمت دودکش کشیده می‌شدند. در نهایت، تنها مشکل دوم با توسعهٔ روش‌هایی برای جمع‌آوری غبار دودکش و بازیافت آن برطرف شد. برخلاف کوره‌های بازتابشی، این کوره‌ها نمی‌توانستند از سوخت‌های ارزان‌تر مانند هیزم یا زغال‌سنگ خام استفاده کنند. در این روش، گوگرد و آهن موجود در سنگ معدن برای تولید گرما و تأمین انرژی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. همچنین، اکسید آهن تولیدشده در فرآیند اکسیداسیون با سیلیس مذاب ترکیب می‌شد و سربارهٔ سیلیکات آهن را تشکیل می‌داد. کوره‌های با پوشش آب‌گرد نیاز به دمنده‌های هوا و منبع آب خنک‌کننده داشتند و از لحاظ ساخت و بهره‌برداری پیچیده‌تر از کوره‌های بازتابشی بودند. اما این کوره‌ها مقیاس‌پذیر یودند و می‌توانستند در اندازه‌های کوچک یا بزرگ ساخته شده و به‌طور مؤثری کار کنند. همانند سایر کوره‌های بلند، این نوع کوره‌ها نیز بهترین عملکرد را در شرایط عملیاتی مداوم داشتند. در نتیجه، کارگاه‌های ذوب که از این کوره‌ها استفاده می‌کردند نیز مجبور بودند عملیات ذوب را به‌طور مداوم انجام دهند. از این نظر، این یک مزیت نسبت به کوره‌های بازتابشی محسوب می‌شد، زیرا کوره‌های بازتابشی به‌صورت ناپیوسته (Batch Process) و معمولاً در چرخه‌های ۲۴ ساعته کار می‌کردند. چرخه‌های مکرر گرم و سرد شدن در کوره‌های بازتابشی به‌مرور باعث آسیب به سازه‌های آجری نسوز و افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شد. در مقابل، یک کورهٔ با پوشش آب‌گرد که به‌درستی مدیریت می‌شد، می‌توانست چندین سال بدون نیاز به تعویض آجرهای نسوز کار کند. تفاوت های طراحی کوره بلند معمولی دمای عملیاتی داخلی کوره با پوشش آب‌گرد کمتر از کوره بلند مورد استفاده برای تولید آهن است و فرآیند آن به تشکیل پوسته‌بوش، که برای عملکرد کوره بلند آهن‌سازی حیاتی است، وابسته نیست. کوره‌های بلند سنتی که برای ذوب سنگ‌آهن به کار می‌روند، از هوای دمیده‌شده‌ی گرم استفاده می‌کنند (هات بلاست)، درحالی‌که کوره‌های با پوشش آب‌گرد معمولاً از جریان هوای سرد بهره می‌بردند که معمولاً توسط دمنده‌های جابجایی مثبت مانند دمنده روتز تأمین می‌شد. در برخی از این کوره‌ها، هوای دمیده‌شده پیش‌گرم می‌شد، اما در فرآیند ذوب پیریتی سنگ معدن مس، پیش‌گرم کردن جریان هوا هیچ مزیتی نداشت. مقطع افقی کوره‌های با پوشش آب‌گرد معمولاً مستطیلی بود، هرچند انواعی با مقطع دایره‌ای یا بیضوی نیز وجود داشت. | ## بخش 3: کوره با پوشش آب‌گرد (متالورژی) | در برخی از طراحی‌های کوره‌های بزرگ‌تر، فلز مذاب یا مات و همچنین سرباره مذاب از دو انتهای باریک‌تر بخش پایینی کوره تخلیه می‌شدند. این نوع کوره‌ها معمولاً تعداد بیشتری لوله‌ با اندازه‌های کوچک‌تر نسبت به یک کوره بلند آهن‌سازی داشتند. واد اولیه معمولاً از طریق دریچه‌ای کشویی در قسمت جانبی ساختار بالایی کوره وارد می‌شدند، برخلاف کوره‌های بلند آهن‌سازی که مواد از بالای کوره تغذیه می‌شود. گازهای خروجی حاصل از ذوب مس برای بازیافت و استفاده به‌عنوان سوخت، مشابه گاز کوره بلند آهن سازی ( گاز کوره بلند)، مناسب نبودند. با این حال، در کوره‌هایی که از فرآیند ذوب پیریتی استفاده می‌کردند، غلظت دی‌اکسید گوگرد در گازهای دودکش به‌اندازه‌ای بود که امکان استفاده از آن در تولید اسید سولفوریک فراهم می‌شد، که این امر به کاهش سطح آلودگی هوا ناشی از فعالیت‌های ذوب کمک می‌کرد. اگر تخلیه این گازها به جو ضروری بود، ساخت یک دودکش بلند لازم می‌شد تا گازهای سمی، عمدتاً دی‌اکسید گوگرد، از محیط کوره و مناطق مسکونی مجاور دور شوند. گرد و غباری که در دود گازها حمل می‌شد، معمولاً جمع‌آوری می‌گردید زیرا حاوی مقادیر قابل توجهی فلز بود. در کوره‌هایی که به ذوب سرب می‌پرداختند، واکنش احیایی رخ می‌داد و گاز خروجی حاوی مونوکسید کربن بود که مشابه گاز کوره بلند باید از طریق مشعل‌سوزی دفع می‌شد. برخلاف یک کوره بلند آهن‌سازی معمولی، فلز سرب یا مات مس و همچنین سرباره در کوره‌های با پوشش آب‌گرد تقریباً به‌صورت پیوسته تخلیه می‌شدند. ابتدا مات مس مذاب وارد ظرفی به نام "ته‌نشین‌کننده" می‌شد تا سرباره روی سطح آن جمع شود و از آنجا سرریز شود. سپس، از طریق سوراخ‌هایی در بخش پایینی ته‌نشین‌کننده، مات مذاب درون ملاقه‌هایی ریخته می‌شد که برای انتقال آن به مبدل جهت فرآوری بیشتر و تولید مس بلیستر استفاده می‌شد. کاربردهای دیگر یک نوع اصلاح‌شده از کوره با پوشش آب‌گرد در فرآیند ذوب امپریال برای ذوب سنگ معدن‌های سرب-روی استفاده می‌شد. در این روش، کوره به‌طور کامل مهر و موم می‌شد تا امکان بازیابی روی از گازهای خروجی در فاز بخار فراهم شود. کوره‌های با پوشش آب‌گرد برای فرآوری مجدد سرباره‌های حاصل از ذوب مس نیز به کار می‌رفتند، به‌ویژه سرباره‌هایی که از ذوب سنگ معدن‌های پرعیار مس در کوره‌های بازتابشی به جا مانده و هنوز حاوی مقدار قابل‌توجهی مس بودند. اگرچه این روش به‌ندرت مورد استفاده قرار می‌گرفت، کوره‌های کوچک با پوشش آب‌گرد برای بازیابی طلا از سنگ‌های کوارتزی به کار برده شده‌اند، به‌خصوص در مواردی که سنگ معدن حاوی مقدار زیادی طلا بود یا همراه با آن، سنگ معدن‌های سولفیدی سایر فلزات نیز وجود داشتند. این روش به‌عنوان جایگزینی برای خرد کردن سنگ و استخراج طلا از طریق سایر روش‌ها استفاده می‌شد، اما روشی بسیار ناکارآمد برای بازیابی طلا محسوب می‌شد. در مواردی که طلا و نقره در سنگ معدن‌های مس وجود داشتند، این فلزات گران‌بها در مات مس تولیدشده توسط کوره‌های با پوشش آب‌گرد باقی می‌ماندند. این فلزات ارزشمند بعدها طی فرآیند تصفیه الکترولیتی مس از مس بلیستر جدا شده و به‌صورت شمش دورِه تحویل داده می‌شدند. به‌عنوان نمونه، معدن بزرگ کوبار از همان سال 1912، علی‌رغم قیمت‌های بالای مس، برای حفظ عملیات اقتصادی خود با مشکل مواجه بود. ذوب سنگ معدن‌های کم‌عیار مس در محل معدن تا حد زیادی جای خود را به روشی جدید داد که شامل تغلیظ سنگ معدن مس—به‌ویژه با استفاده از شناورسازی کف—و سپس ذوب کنسانتره‌های سنگ معدن بود. کوره‌های با پوشش آب‌گرد، به‌ویژه نمونه‌های بزرگ آن‌ها که برای ذوب سنگ معدن‌های کم‌عیار به کار می‌رفتند، در این روش جدید کمتر کاربرد داشتند. با معرفی فناوری ذوب تشعشعی از حدود سال 1949، این کوره‌ها به‌تدریج محبوبیت خود را از دست دادند و تا سال 1980 تقریباً به‌طور کامل کنار گذاشته شدند. ذوب سرب در عصر مدرن کوره‌های با پوشش آب‌گرد امروزه تا حد زیادی به‌عنوان یک فناوری فراموش‌شده در ذوب مس شناخته می‌شوند، اما همچنان با شکل اصلاح‌شده‌ای در ذوب سرب مورد استفاده قرار می‌گیرند. | ## جمع‌بندی | کوره‌های مدرن ذوب سرب معمولاً کوره بلند سرب نامیده می‌شوند، اما همچنان بسیاری از ویژگی‌های کوره‌های با پوشش آب‌گرد را حفظ کرده‌اند.