Environmental Issues - Materials and Heat Balance in Metallurgical Processes - Lecture Notes, Study notes of Materials Physics

Download Environmental Issues - Materials and Heat Balance in Metallurgical Processes - Lecture Notes and more Study notes Materials Physics in PDF only on Docsity! Lecture 1: introduction   Contents   Preamble   Characterization of natural reserves of metal   Metal extraction requirements   Energy requirements for metal production   Sources of energy   Environmental issues   Course objectives   References   Key words: Life cycle assessment, metal extraction, energy resources.  Preamble   Materials and heat balance of metal extraction processes constitute a very important exercise to know  the flow of materials and energy and to identify the amount of wastes produced and energy consumed.  Productions of metals from natural reserves are associated with waste production and energy  consumption.   In the future the consumption of metals is bound to increase particularly in India in order to improve its  infrastructure and standard of living of its people. An assessment of metal production processes is called  for in order to optimize the material and energy consumption to conserve the natural resources of  metals and energy. The present course on materials and heat balance is developed to keep in mind the  energy and environment issues related to metal extraction processes.  For this purpose several problems are discussed and the results are analyzed. The fundamentals of  extraction processes are discussed to the extent of their utility in problem solving. Reader may go  through the references given for the detailed description.  Characterization of natural reserves of metals  The natural reserve of a metal is called “ore”. Ore is an aggregate of minerals. A mineral in an inorganic  compound in which elements are mixed in stoichiometric proportion, for example Al2O3  is a mineral in  which 2 moles of aluminum are combined with 1.5 moles of oxygen. An ore of any metal contains  valuable mineral and gangue minerals. Valuable mineral is the mineral which is used to produce metal.    In the ore, metal grade is important.   Metal grade of an ore =  A A .      It must be noted very clearly that ore does not contain metal but metal in the ore is in the form of a  mineral. Metal grade is used to characterize an ore reserve. For example metal grade of iron in pure  Fe2O3   is 70%. IF iron ore contains 80% Fe2O3 , then iron grade of ore in 56%. This means that 44% of the  ore is waste both in terms of solid and oxygen of the valuable mineral. In the following table metal grade  of certain ores, valuable minerals etc. are given:  Metal   Ore   Valuable  mineral   Metal grade (%)  AL  Ti  C4  Fe  Ni  Pb  Bauxite  Ilmenite  Sulphide   Hematite   Sulphide ore   Sulphide ore        Al2  O3   Ti O2  Cu Fe S2    Fe2  O3   Ni3  S2   PbS  17.4%.  36%  2 to 3%.  56% 64%  2.3%  5.5%     We note the following form the above table:  1) Metal in the valuable mineral is chemically combined with either oxygen or sulphur.  2) Metal grade in sulphide ore is very low as compared with oxide ores.  3) Low grade of any ore means large production of wastage. Thus waste production is a part of  metal production from natural reserves.   Metal extraction requirement:    The chemical combination of metal with sulphur or oxygen in a mineral is accompanied with high heat of  formation   Mineral   Heat of formation  ∆  (k cal /kg mole)  Fe2O3   Al2O3  Cu2s  Zns  Pbs  Fe3O4  Ti O2  MgO  198 x103  380 x103  19 x103  44 x103  22 x103  26 x103  218 x103  142 x103  Thus large amount of energy would be required for example to produce Fe or Al from their respective    minerals. Two basic methods of metal extraction are: