Table of Contents
הקדמה: גבול חדש בעיבוד מתכת
הביקוש העולמי למתכות ממשיך לעלות, מונע על ידי תעשיות מאלקטרוניקה לאנרגיה מתחדשת.שיטות החילוץ המסורתיות, כגון pyrometallurgical smelting ו hydrometallurgical leaching, שירתו במשך מאות שנים אבל בפני לחצים גוברים: ירידה או הציונים, תקנות סביבתיות קפדניות יותר, ואת הצורך לעבד זרמי פסולת מורכבים.
מאמר זה בוחן את העקרונות שמאחורי טכנולוגיית קשת פלזמה, היישומים הספציפיים שלה במיצוי מתכת, את היתרונות שהיא מביאה לתעשייה, ואת האתגרים שיש להתגבר עליהם לאימוץ נרחב.ציור על מחקרים אחרונים ובמקרה תעשייתי, אנו חוקרים מדוע הטכנולוגיה הזו צוברת תנופה כאבן הפינה של מתכת בר קיימא.
מה זה Plasma Arc Technology?
יסודות של דור פלאסמה
טכנולוגיית קשת פלאסמה יוצרת מטוס פלזמה עתיר על ידי מעבר קשת חשמלית דרך גז. כאשר זרם ישיר (DC) או שינוי נוכחי (AC) מכה קשת בין שני אלקטרודות, זה מסמן את גז המוביל - בעיקר argon, חנקן, או תערובת של מימן ו argon - לתוך זרם של מוליכים ואלקטרונים.
שתי תצורה ראשונית קיימת: (FLT:0) העברת קשתות מחץ 1 ו- (FLT:2non-transferred arccioFLT 3: 3) במערכת קשת מועברת, קשת חשמלית עוברת בין אלקטרודה הלפיד הלפיד לחומר עצמו, מה שהופך את החלק החומרי של המעגל ולספק אנרגיה מקסימלית שבה הוא צורך.
התפתחות היסטורית ואבולוציה תעשייתית
הרעיון של שימוש פלזמה עבור חימום תעשייתי חוזר למאה ה-20.יישומים ראשוניים התמקדו בתוכנות רינג וחיתוך, אבל החוקרים הכירו במהירות את הפוטנציאל להמיס מתכות ריבוניות כמו tungsten ו molybdenum. על ידי 1970s, FLT:0plasma פרנפירית חומרים פלסמה ו- FLT:1 נבדקו עבור פיזור מיני-מלוט, ו- 1980, כולל חומרים מסוכנים של פסולת רפואית, כולל שפכים, כולל בזבזוציפלמה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 פיזור אנרגיה מטבולית, 000 פיזור אנרגיה, 000.
כיצד פלאסמה Arc טכנולוגיה עובדת בפלט מתכת
תהליך הפלסמה פורנסיס
מערכת הפקת מתכת פלזמה טיפוסית מורכבת מכלי כורים, לפיד פלזמה (או מספר לפידים) הרכוב בצד העליון או בצד, מערכת להאכיל חומרית, ואמצעי לנגיף מתכת ו-slag. חומרי האכלה - מרוששים אוe, פסולת אלקטרונית או אבק תעשייתי - מוצגים לתוך הכבשה, לעתים קרובות עם תוספת של פלוקס או מקטין כגון פחמן (פחמי) מתחת למים, מתחת לפחמי מתכת, או מלמטה יותר, או אבק מתכת).
עבור מתכות לא מפרות (למשל, נחושת, ניקל, אבץ) ומתכות השבירה, סביבת פלזמה מספקת מספר יתרונות.הטמפרטורה הגבוהה מאיצה קינטיקה מופחתת, ומאפשרת זמני מגורים קצרים יותר.אווירה אינרציה (אם נעשה שימוש בארגון) מונעת חמצון לא רצוי, בעוד השימוש של מימן בגז פלזמה יכול להפחית באופן פעיל את תחמוצת הפחמן.
פרמטרים מרכזיים ושליטה
(הפעולה מוצלחת תלויה בשליטה זהירה של מספר משתנים:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.000:2plasma גז הרכב ורמת קצב מימן 3LT, FLT:4 הזנת קצב הנקה וגודל חלקיקים:5, ו-FLTgasgas-communicaalrated Treatment 7FLTs, אשר לעתים קרובות להכיל אספקת חשמל אוטומטית, אשר עשויה להורדת חום ובקרת חום, אשר עשויה לנטרולציה.
יישום טכנולוגיית פלאסמה Arc ב- Metal Extraction
הפקה ראשונית של Metal Productions
ברזל ופלדינג
בתעשיית הפלדה, נוצות פלזמה שימשו להמיס גרוטאות ולהחליף את האפרות החשמליות הקונבנציונליות (EAFs) עבור יישומים מסוימים, בעוד EAFs כבר משתמשים במכשפים חשמליים, פלזמה יכול לפעול עם מגוון רחב יותר של תערובת גז ולהשיג טמפרטורות גבוהות יותר, אשר יכול להאיץ ולצמצם את צריכת אלקטרודה.
פרנוולי וסיליקון
הטכנולוגיה פלזמה יעילה במיוחד לייצור פרורובליות כגון ferrosilicon, ferromanganese, ו-ferrochromium.חומרים אלה דורשים טמפרטורות גבוהות מאוד כדי להפחית את תחמוצת המתכת, ואת תת-קרקעית מסורתית עלולה לסבול מהפסדי אנרגיה גבוהים ופליטות פחמן.
שחזור מפסולת אלקטרונית (E-Waste)
(א) waste הוא אחד הזרמים המהירים ביותר של פסולת ברחבי העולם, המכיל מתכות יקרות כגון זהב, כסף, נחושת, שיתוק מערכת ואלמנטים נדירים של כדור הארץ שיטות מחזור - hydroometallurgical leaching או pyrometallurgical incineration - יכול להיות רגיש באנרגיה לייצר חומרים רעילים על ידי טכנולוגיית מתכת (Ferto) מציעה סגסוגת מתכתית גבוהה (מפרקים) אשר ישמשומטרים מגנטיים).
עיבוד חומרים תעשייתיים ומינוי טאילינג
פעולות מינון לייצר כמויות עצומות של זנבות - עיגולים של סלע קרקעי עדין המכיל מתכות שאריות. עיבוד זנבות באמצעות מילימטרים קונבנציונליים ו flotation הוא לעתים קרובות לא כלכלי בשל ציונים נמוכים וגדלים חלקיקים בסדר.טכנולוגיית פלאסמה יכול ישירות לטבול את החומרים האלה, לשחזר מתכות כמו אבץ, להוביל, tin ואפילו ברזל.
שדה מבטיח נוסף הוא הטיפול של FLT:0 תחמושת מוצקה איצינורציה (MSWI) זבוב אשפו 1:1, אשר לעתים קרובות מכיל רמות גבוהות של מתכות כבדות כמו קדמיום ומוביל. Plasma vitrification ממיס את האפר, מערערערמת מתכות כבדות בגל זכוכית, בעוד מתכות תנודתיות נתפסות בתוך גז גזי גזה מחוץ למערכת התאוששות תעשייתית מלאה באירופה.
יתרונות של טכנולוגיית פלאסמה Arc
יתרונות סביבתיים
היתרון המשמעותי ביותר של הפקת מתכת מבוססת פלזמה הוא הפוטנציאל שלה להפחית באופן דרסטי את פליטות. כי החום מסופק מבחינה חשמלית, אין פליטות ישירות מבעירה של דלקים מאובנים. כאשר מימן או גז אינרציה משמשים כמדיום פלזמה, התהליך יכול להשיג ליד אפס פליטות CO2 - גורם קריטי בעידן של מטרות אקלים בנוסף, הטמפרטורה הגבוהה ולהפחית את התנאים של היווצרות של צינורות דלים, כי לעתים קרובות חומרים עמידים, כי הם חומרים מזיקים אורגניים.
אנרגיה יעילה
בעוד צריכת האנרגיה הספציפית של פראנסים פלזמה משתנה עם חומר, הם יכולים להיות עד 30% יותר יעיל מאשר פרוות קשת חשמלי קונבנציונלי עבור היתוך, כי מטוס פלזמה מעביר חום ישירות המטען עם אובדן קרינה מינימלית לקירות הפרווה.
המונחים: Versatility
טכנולוגיית פלאסמה יכולה לעבד את הזנות של כמעט כל יצירה - מרמה גבוהה מתרכזת זנבות נמוך וזרמים פסולת מעורבים.זה מטפל הן שברים מתכתיים ולא-מטאליים, כולל קרמיקה, זכוכית וחומרים אורגניים.זה ניגודיות עושה את זה אידיאלי עבור זרמי פסולת מורכבים כמו e-waste, סוללות מובזבז, וממירים קטליטיים, שבו התוכן המתכת הוא עם תרכובת לא סטנדרטית (חומצה) כדי לרפא את רמות אלקטרוליטיות מסוימות של חומרים כימיים.
עיצוב קומפקטי ומשתנה
בניגוד לערעור המסורתי או כ"כ כרח ריק, ניתן לתכנן פרוות פלזמה כיחידות קטנות יחסית, מודולריות.זה מקטין את ההשקעה טביעת הרגל והבירה הנדרשת עבור צמחים חדשים.מערכות מודולריות ניתן לפרוס ליד אתרי כרייה או נקודות דור פסולת, צמצום עלויות תחבורה ולוגיסטיקה. כמה חברות מציעים כעת מערכות פלזמה ממוכלות עם יכולות מ 10 עד 100 טון ליום, ומאפשרות בקנה מידה קטן למפעילים ללא תשתית בנייה גדולה.
אתגרים העומדים בפני טכנולוגיית פלאסמה Arc
עלויות ההון הראשוניות
למרות עלויות התפעול הנמוכות, הזייף עדיין דורש השקעה גדולה במעלה.מערכת פלזמה תעשייתית טיפוסית (10MW) יכולה לעלות כמה מיליון דולר, כולל לפיד, אספקת חשמל, ומחוץ לגז ציוד טיפול. עבור חברות כרייה רבות ומחזרים, מחסום זה הוא אסרטיבי, במיוחד כאשר טכנולוגיות מסורתיות עם דרישות הון נמוכות יותר קיימות, כמו גם מערכות נוספות פרוסות ומתחרות בין היצרנים, צפויות להפחית את התמחור של הממשלה הירוקה.
חיים אלקטרודה וטולצ'ר
אלקטרודות המשמשות בדלפק פלזמה חווים מתח תרמי וכימיקלי קיצוני. במערכות המועברות-arc, קטואדה (לעתים קרובות עשוי tungsten או נחושת עם הוספת tungsten) ארודות לאורך זמן, הדורש החלפת סדירה.לא-עברה לא-עברה של מחסנים קצרים יותר עקב חשיפה של חלקים פנימיים למחקר אווירי-זמן גבוה.
סקלאלה ואינטגרציה
רוב מערכות החילוץ של פלזמה המסחריות פועלות על יכולות בין 1 ל 50 טון ליום. Scaling עד מאות טון ליום, כפי שנדרש עבור פעולות כרייה גדולות, מציג אתגרים הנדסיים: שמירה על חלוקת טמפרטורה אחידה על פני אמבטיה גדולה, טיפול עצום של כמויות גזיות, ולהבטיח התפלגות מזון עקבית (תוספת של 1 ק"מ) עבור כמות גדולה של חומרים של דלקות שומן (R) דורשות שומן) של חומר נפץ (puppuppupal) של חומר נפץ) הוא למעשה, במיוחד עבור כמותד (Rupprapraprad) של חומר נפץ).
דרישות אספקה
לפידים פלאסמה דורשים אספקה יציבה, גבוהה של כוח אספקת חשמל. עבור שפע גדול, העומס החשמלי יכול להיות כמה עשרות מגהוואט, דורש חיבור רשת חזק או על הדור באתר. באזורים עם אספקת חשמל בלתי אמינה או עלויות כוח גבוהות, את הכדאיות הכלכלית של טכנולוגיית פלזמה הוא מעוער. Offg תרחישים באמצעות אנרגיה מתחדשת (סול, רוח) בתוספת אחסון סוללות הם נחקרים עבור אתרי הון מרוחקים, אבל עלות עדיין גבוהה.
ההתפתחויות האחרונות והחדשנות
הידרוג'ן פלאסמה Reduction
אחת ההתפתחויות המרגשות ביותר היא השימוש במימן כמו גז המודיע פלזמה המבוסס על מימן מימן המכיל מימן אטומי פעיל מאוד ו- H+ ions, אשר יכול להפחית את תחמוצת המתכת הרבה יותר יעילה מאשר מימן מולקולרי או פחמן COLIS ב-FLT:0Sriedish Institute for Metals ResearchFLT:1 ו-FF:2KTH Institute of TechnologyFalth, אשר הוכחו רק על ידי טמפרטורות אלקטרו-F2F2F2F2, 000.
תהליכים גלקטיים משולבים של פלאסמה-Pyrometallurgical Processes
כמה מפתחים משלבים לפידים פלזמה עם פרוות ממושכות כדי להגביר את היעילות.לדוגמה, לפיד פלזמה ניתן להכניס לתוך שכבת הזחל של פרוצה חשמלית קיימת כדי לחמם את השבר ולשפר את תגובתו, מאיץ את ההתאוששות של מתכות יקרות ערך מ-ALT:0PlasmaArcalphir שפותחה על ידי תצורה של 2, 0002Fallowerto-Feration.
פלאסמה-Assisted Leaching
גישה חדשנית כוללת שימוש בקשת פלזמה כדי לטפל או להתרכז לפני ההלטוש הידרומטריקלי.חום אינטנסיבי וזעזוע תרמי יכול לשבור דגנים מינרלים, ליצור מיקרו-קליקים, ואפילו להיפטר מינרלים חוזרים כמו chalcopyrite, מה שהופך אותם יותר אמין להתקפה כימית.
אפשרויות עתידיות ותעשייה Outlook
אימוץ הזרם המרכזי בבסיס ובמתכתות קדומות
(התקנות הסביבתיות מתדקנות והחברה דורשות שיטות ייצור נקיות יותר, טכנולוגיית סוללת פלזמה היא האפשרות המרכזית של הפקת נחושת, אבץ, מוביל ומתכות יקרות הן אוות והן ממקורות משניים, מספר חברות כרייה גדולות, כולל:0BHPuaFLT:1 ו-FLT:2GlencyFLT 323), החלו להעריך את נתיבי פלזמה המבוססים על ידי שוק הגדלים נמוך של 20:2GLT2GIRFLT (R) ל-FLT2, 2, 2, 000 שנתי (R) ל-FLT) ל-FLT2GR2Glencore, 000 מחקר צמיחה מ-FLT2, 000, 000, 000, 000, 000, 000) על ידי צמיחה שנתי של צמיחה, 000, 000, 000, 000, 000, 000) על ידי צמיחה שנתי של מחקר צמיחה גבוהה על ידי צמיחה גבוהה על ידי צמיחה גבוהה של צמיחה גבוהה על ידי צמיחה גבוהה על ידי 20.
תפקיד בכלכלה מעגלית
טכנולוגיית פלאסמה מתיישרת עם עקרונות הכלכלה המעגלית.זה יכול לטפל זרמי פסולת מורכבים שאחרת יהיו מלאים או מחוסנים, לשחזר מתכות ומייצרת slag inert אשר מחליף אגצר בתולה.הטכנולוגיה יש גם את הפוטנציאל לשחזר חומרים עתירי גלם קריטיים (CRMs) כגון סוללות cobalt, נדיר, ו- פלטינה ממוצרי סוף חיים כמו מגנטים, סוללות אירופאיות, במיוחד עבור סוללות הגנה אירופית, סוללת אוטומטי.
מערכות מבוזרות ונייד
האופי המודולארי של פרונסיות פלזמה פותח את הדלת עבור יחידות עיבוד מבוזרות הממוקם במכרות, חצרות גרוטאות, ומתקני טיפול פסולת. מיכלי פלזמה Mobile, רכובות על משאיות או מסקי, ניתן לעבור לאתרים שונים ככל צורך, צמצום הצורך בתחבורה למרחקים ארוכים של או פסולת. מושג זה כבר נבדק לטיפול אבקים יקרי ערך מזחלות ומצא, המאפשרים מסוכנים של פסולת, במיוחד, כמו גם ייצור פסולת או פסולת, כמו גם מפלט, כמו גם מופץ מרחוק, כמו גם הוא הופך להיות מפלט, כמו גם מפלט רחוק יותר.
מסקנה
טכנולוגיית קשת פלזמה מייצגת גישה טרנספורמטיבית למיצוי מתכת, המציעה שילוב ייחודי של טמפרטורות גבוהות, גמישות כימית, ונקיות סביבתית. בעוד לא פאנהאצ'ה - עלות, בקנה מידה, ומכשולים תפעוליים נשארים - קצב החדשנות הוא מאיץ. הידרוגן מבוסס, עיצובי פרונסיה היברידית, ו- פלזמה-דזה-דמים הם רק כמה מסלולים שמביאים את הטכנולוגיה הכפולהת אל תוך מציאות מסחרית יותר.
העשור הקרוב צפוי לראות התרחבות של מערכות מבוססות פלזמה ברחבי שרשרת הערך כולה: מכרייה ומחזרים למחזור ופסולת פסולת. חברות שמשקיעות עכשיו בהבנה ויישום טכנולוגיית פלזמה יהיו ממוקמים היטב להוביל בכלכלה דלת פחמן, מתכות מעגליות. כמו מחקר ממשיך להניע עלויות ולשפר את האמינות, פלזמות יכולות להפוך את המשט העבודה היומיומית של מיצוי, כמו גם לפני עיגול חשמלי שהפך לפני המאה.