말라카이트 광석에서 구리 제련 — 추출 야금학

모래와 잘게 자른 짚을 섞은 점토로 작은 샤프트 화로를 만드세요(모래와 짚은 열충격 저항성을 높여 줍니다). 화로는 내경이 약 30-40 cm, 높이가 50-70 cm인 속이 빈 원통형입니다. 바닥에는 송풍관을 위한 개구부를 남기세요. 송풍관은 풀무가 강제 공기를 보내는 점토 파이프입니다. 송풍관은 바닥에서 약 5-10 cm 위에서 화로 안으로 약간 위쪽 각도로 들어가야 합니다. 송풍관 반대편 바닥에는 슬래그를 배출하기 위한 탭 홀이나 분리식 마개를 남기세요. 가열하면 젖은 점토는 갈라지므로, 굽기 전에 화로를 충분히 건조시키세요.

말라카이트 광석을 평평한 돌 모루 위에서 망치돌을 사용해 작은 조각(대략 1-2 cm)으로 부수십시오. 더 작은 조각은 환원성 가스와 접촉하는 표면적을 늘려 제련 효율을 높입니다. 말라카이트(Cu2CO3(OH)2)는 녹색의 구리 탄산염 광물로, 황화구리 광석에 비해 상대적으로 환원하기 쉬워 충분한 온도에서 일산화탄소 분위기만 있으면 됩니다. 장입물의 구리 함량을 높이기 위해 명백한 비구리 암석(맥석)은 골라내십시오. 품위가 높은 말라카이트 광석은 무게 기준으로 약 57퍼센트의 구리를 함유합니다.

용광로에 목탄과 분쇄한 광석을 번갈아 층층이 채우십시오. 두께 5-8 cm의 목탄층 다음에 두께 2-3 cm의 광석층을 쌓고, 용광로가 가득 찰 때까지 반복합니다. 목탄을 위에서 점화한 후 천천히 아래로 타들어 가도록 두십시오. 목탄이 충분히 타오르면 풀무를 작동시켜 송풍구를 통해 공기를 밀어 넣기 시작합니다. 강제로 주입된 공기는 연소 온도를 크게 높입니다. 강제 통풍 용광로에서 타는 목탄은 1100-1200°C에 도달하며, 이는 구리의 녹는점인 1085°C보다 훨씬 높습니다. 목탄이 생성한 일산화탄소는 광석 속 산화구리와 반응하여 이를 금속 구리로 환원시킵니다.

2-4시간 동안 풀무를 꾸준히 계속 작동시키십시오. 장입물이 용광로 안에서 내려가면, 기둥을 유지하기 위해 위쪽에서 숯과 광석을 더 넣으십시오. 화학 반응은 다음과 같이 진행됩니다: CuO + CO -> Cu + CO2. 방출된 구리는 작은 알갱이(방울)로 모여 슬래그를 통과해 용광로 바닥으로 가라앉습니다. 산화철, 실리카 및 기타 불순물로 이루어진 유리질 혼합물인 슬래그는 밀도가 더 높은 구리 위에 떠 있습니다. 용광로에 출탕구가 있다면, 용융 슬래그가 용광로를 막지 않도록 주기적으로 배출하십시오. 모든 광석이 소모되면 스멜트가 완료됩니다.

용광로를 식힌 다음 부수어 구리를 추출합니다. 구리는 일반적으로 바닥에 거칠고 스펀지 같은 덩어리(번 또는 평볼록 주괴라고 함)를 형성하며, 슬래그가 위쪽과 측면에 붙어 있습니다. 망치로 두드려 구리와 슬래그를 분리하십시오. 슬래그는 부서지기 쉬워 깨지고, 구리는 연성이 있어 변형됩니다. 더 순수한 구리를 원하면 조잡한 번을 새 숯과 함께 점토 도가니에서 다시 녹이고 표면의 슬래그를 걷어냅니다. 그 결과 얻은 구리는 일반적으로 95~98퍼센트의 순도를 가지며, 망치로 두드리거나 주조하거나 주석과 합금하여 청동을 만들 수 있습니다. 풍부한 말라카이트에서 성공적으로 제련하면 광석 1킬로그램당 약 200~400 g의 구리가 생성됩니다.