Un impianto di fusione è un luogo industriale in cui viene estratto il metallo per il minerale grezzo. Esempi comuni di fusione dei metalli includono stagno, piombo, rame, bronzo e ferro. L’estrazione dell’alluminio puro viene anche chiamata fusione, sebbene il processo sia significativamente diverso da quello degli altri minerali.
I metalli iniziano la loro vita di lavorazione come minerale. Un minerale è generalmente definito come una roccia, o un gruppo di minerali, che ha un potenziale valore economico. Il minerale non contiene solo il metallo di interesse. Ad esempio, il minerale di ferro è una roccia che contiene ferro legato ad altri composti chimici e minerali. La fusione del minerale è il processo di rimozione del metallo di interesse dalla sua roccia originale.
La fusione, come forse suggerisce il suono, implica la fusione parziale del minerale. Il minerale deve essere riscaldato in un ambiente ossidante fino a quando le sostanze chimiche iniziano a mobilitarsi o diventano disponibili. Alcune impurità possono essere eliminate con il calore e se il metallo di interesse è sotto forma di solfuro, il calore e la presenza di ossigeno possono essere sufficienti per convertirlo in un ossido. Tuttavia, non è possibile fondere semplicemente il metallo dal minerale.
Oltre al calore, la fusione richiede anche un agente riducente. Il metallo di interesse probabilmente esiste come ossido o sarà convertito in ossido durante il riscaldamento iniziale. Un agente riducente sufficientemente forte sarà in grado di convertire l’ossido in metallo puro e in qualche prodotto di scarto.
Uno dei primi esempi di un impianto di fusione era un bloomery, utilizzato da un fabbro per fondere il minerale di ferro. All’interno di un bloomery, il minerale di ferro viene riscaldato in presenza di carbone, o combustibile di carbonio puro, e aria in movimento. Quando il minerale viene riscaldato, il monossido di carbonio del carbone riduce l’ossido di ferro.
La reazione di fusione all’interno di un bloomery produce un metallo di ferro relativamente puro e anidride carbonica come prodotto di scarto. Mentre il soffietto soffia attraverso il bloomery, l’anidride carbonica viene evacuata, permettendo alla reazione di continuare. Il metallo e le impurità, chiamate scorie, cadono sul fondo della fornace man mano che il minerale di ferro si riduce. In genere, il ferro viene riscaldato una seconda volta per martellare le scorie dal ferro ora battuto.
Un’altra prima forma di fusione del ferro è l’altoforno, che ha una storia particolarmente antica in Cina. Verso la metà del 1800, tuttavia, il minerale di ferro fu fuso in acciaio, che è una forma molto più pura del metallo di ferro. Questa transizione industriale alla produzione di acciaio è stata resa possibile dallo sviluppo del processo Bessemer, in cui l’aria soffiata attraverso il ferro fuso è in grado di rimuovere la maggior parte delle impurità. A partire dal 1950, il metodo di estrazione dominante trovato in un dato impianto di fusione del ferro divenne la produzione di acciaio con ossigeno di base (BOS). BOS migliora il processo di base Bessemer insufflando ossigeno puro attraverso il ferro fuso, che migliora drasticamente l’efficienza dell’impianto di fusione.
Molti altri metalli subiscono la fusione come metodo di estrazione e molte delle tecniche dei vari impianti di fusione e delle attrezzature di fusione seguono gli stessi principi di base. Inoltre, l’estrazione dell’alluminio è anche chiamata fusione. Gli impianti di fusione dell’alluminio si differenziano per il fatto che eseguono un processo elettrolitico. La corrente elettrica viene fatta passare attraverso la criolite fusa liquida, nella quale è stato disciolto l’ossido di alluminio. La corrispondente ossidazione e riduzione che avviene all’anodo e al catodo elettrici converte l’ossido di alluminio in alluminio puro.