Ein Schmelzbetrieb ist ein Industriestandort, an dem Metall für Roherz gewonnen wird. Übliche Beispiele für das Schmelzen von Metall sind Zinn, Blei, Kupfer, Bronze und Eisen. Die Gewinnung von reinem Aluminium wird auch als Schmelzen bezeichnet, obwohl sich der Prozess deutlich von dem der anderen Erze unterscheidet.
Metalle beginnen ihr Verarbeitungsleben als Erz. Ein Erz wird im Allgemeinen als ein Gestein oder eine Gruppe von Mineralien definiert, die einen potenziellen wirtschaftlichen Wert haben. Das Erz enthält nicht nur das interessierende Metall. Eisenerz ist beispielsweise ein Gestein, das Eisen enthält, das mit anderen chemischen Verbindungen und Mineralien verbunden ist. Das Schmelzen von Erz ist der Prozess, bei dem das interessierende Metall aus seinem ursprünglichen Gestein entfernt wird.
Das Schmelzen beinhaltet, wie sein Klang vielleicht vermuten lässt, das teilweise Schmelzen des Erzes. Das Erz muss in einer oxidierenden Umgebung erhitzt werden, bis die Chemikalien zu mobilisieren beginnen oder verfügbar werden. Bestimmte Verunreinigungen können mit Wärme ausgetrieben werden, und wenn das interessierende Metall in Form eines Sulfids vorliegt, können Wärme und die Anwesenheit von Sauerstoff ausreichen, um es in ein Oxid umzuwandeln. Es ist jedoch nicht möglich, das Metall einfach aus dem Erz herauszuschmelzen.
Beim Schmelzen wird neben Wärme auch ein Reduktionsmittel benötigt. Das interessierende Metall liegt wahrscheinlich als Oxid vor oder wird während des anfänglichen Erhitzens in ein Oxid umgewandelt. Ein ausreichend starkes Reduktionsmittel ist in der Lage, das Oxid in das reine Metall und einige Abfallprodukte umzuwandeln.
Eines der frühen Beispiele für eine Schmelzanlage war eine Bloomery, die von einem Schmied zum Schmelzen von Eisenerz verwendet wurde. In einer Bloomery wird Eisenerz in Gegenwart von Holzkohle oder reinem Kohlenstoffbrennstoff und bewegter Luft erhitzt. Beim Erhitzen des Erzes reduziert das Kohlenmonoxid aus der Holzkohle das Eisenoxid.
Die Schmelzreaktion innerhalb einer Bloomery produziert ein relativ reines Eisenmetall und Kohlendioxid als Abfallprodukt. Wenn der Blasebalg durch die Blüte bläst, wird das Kohlendioxid evakuiert, wodurch die Reaktion fortgesetzt werden kann. Das Metall und die Verunreinigungen, die als Schlacke bezeichnet werden, fallen auf den Boden des Ofens, wenn das Eisenerz reduziert wird. Typischerweise wird das Eisen ein zweites Mal erhitzt, um die Schlacke aus dem nun geschmiedeten Eisen herauszuschlagen.
Eine weitere frühe Form der Eisenverhüttung ist der Hochofen, der in China eine besonders alte Geschichte hat. Mitte des 1800. Jahrhunderts wurde Eisenerz jedoch zu Stahl geschmolzen, einer viel reineren Form des Eisenmetalls. Dieser industrielle Übergang zur Stahlherstellung wurde durch die Entwicklung des Bessemer-Verfahrens ermöglicht, bei dem Luft, die durch geschmolzenes Eisen geblasen wird, die meisten Verunreinigungen entfernen kann. Ab 1950 wurde die vorherrschende Extraktionsmethode in einem bestimmten Eisenschmelzwerk zur basischen Sauerstoffstahlerzeugung (BOS). BOS verbessert das grundlegende Bessemer-Verfahren, indem es reinen Sauerstoff durch das geschmolzene Eisen bläst, was die Effizienz der Schmelzanlage drastisch verbessert.
Viele andere Metalle werden als Extraktionsverfahren geschmolzen, und viele der Techniken der verschiedenen Schmelzanlagen und Schmelzausrüstungen folgen den gleichen Grundprinzipien. Außerdem wird die Gewinnung von Aluminium auch als Schmelzen bezeichnet. Aluminiumschmelzanlagen unterscheiden sich dadurch, dass sie einen elektrolytischen Prozess durchführen. Elektrischer Strom wird durch flüssigen geschmolzenen Kryolith geleitet, in dem Aluminiumoxid gelöst ist. Durch die entsprechende Oxidation und Reduktion an der elektrischen Anode und Kathode wird das Aluminiumoxid in reines Aluminium umgewandelt.