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工業プロセスとは、化学的、物理的、電気的、または機械的な手順を伴う手順であり、通常は非常に大規模に実行されます。工業プロセスは重工業の重要な要素です。
主な基礎物質による化学プロセス
特定の化学プロセスは、社会にとって重要な基礎物質（セメント、鉄鋼、アルミニウム、肥料など）を生み出します。しかし、これらの化学反応は、化学反応によって温室効果ガスである二酸化炭素を排出するだけでなく、化学反応の活性化エネルギーに達するために必要な高温を生成するための化石燃料の燃焼によっても排出され、気候変動の一因となっています。
セメント（コンクリート内のペースト）
- 焼成–石灰岩は主に化石炭酸カルシウム(CaCO 3 )で構成されており、高温で分解されて使用可能な酸化カルシウム(CaO) と二酸化炭素ガス (CO 2 ) になり、副産物として放出されます。この化学反応は焼成と呼ばれ、セメント(コンクリート内のペーストの製造に最も重要な役割を果たします。この反応は、高炉内で化学フラックス(不純物の除去)として機能する酸化カルシウムを供給する上でも重要です。
- CaCO 3 (s) → CaO(s) + CO 2 (g)
鋼鉄
- 製錬–高炉内では、コークス（石炭の高炭素誘導体を燃焼させることで一酸化炭素（CO）が放出され、鉱石内の不要な酸素（O）が除去されます。CO 2は副産物として放出され、酸素を運び去り、必要な純粋な金属を残します。最も顕著なのは、鉄の製錬で、採掘された鉄鉱石と石炭から鋼（主に鉄と少量の炭素）が作られる方法です。
- Fe 2 O 3 (s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO 2 (g) [1]
アルミニウム
- Al 2 O 3 (s) + 3 C(s) → 2 Al(s) + 3 CO(g)
- 2 Al 2 O 3 (s) + 3 C(s) → 4 Al(s) + 3 CO 2 (g)
肥料
- ハーバー法– 大気中の窒素 (N 2 ) を分離してアンモニア (NH 3 ) を生成します。これは、あらゆる合成肥料の製造に使用されます。ハーバー法では、化石炭素源 (通常は天然ガス) を使用して、水ガス転化反応に必要な CO を供給し、水素(H 2 ) を生成して CO 2 を放出します。H 2 はN 2の強力な三重結合を切断するために使用され、工業用アンモニアが生成されます。
- CH 4 (g) + H 2 O(g) → CO(g) + 3 H 2 (g)
- CO(g) + H 2 O(g) → H 2 (g) + CO 2 (g)
- N 2 (g) + 3 H 2 (g) → 2 NH 3 (g)
その他の化学プロセス
電解
電気の利用可能性とそれが材料に与える影響により、金属をメッキしたり分離したりするいくつかのプロセスが生まれました。
- 電解プロセス– 電気分解を使用するあらゆるプロセス
- 電気泳動沈着- 液体媒体中のコロイド粒子の電気分解沈着
- 電解研磨– 電気めっきの逆
- 電気印刷- 電気めっきを使用して印刷版を作成する
- 金メッキ、電気メッキ、陽極酸化、電解採取– 電極上に材料を堆積させる
- 等電点電気集束法（別名：電気集束法） - 電気めっきに似ているが、分子を分離する
- メタライジング、メッキ、スピンコーティング– 非金属に金属コーティングを施すことの総称
切断
- 放電加工（EDM）
- レーザー切断
- 機械加工– 材料の損失を伴う金属の機械的な切断と成形
- 酸素燃料溶接と切断
- プラズマ切断
- 鋸引き
- 剪断
- ウォータージェット切断- 非常に高圧の水のジェットを使用して材料を切断する
金属加工
- 表面硬化、差別硬化、ショットピーニング– 耐摩耗性表面の形成
- 鋳造– 液体材料を型に流し込み、固化させて形を作ること
- ダイカット– 平らな材料に「型」または「ダイ」を押し付けて、材料を切断、切り込み、穴あけ、その他の方法で形作ります。
- 電気アーク炉- 超高温処理
- 鍛造– 熱とハンマーを使って金属を成形する
- ハイドロフォーミング– 金属管を圧力下で金型に押し込む
- 析出硬化- 可鍛性材料を強化するために用いられる熱処理
- プログレッシブスタンピング- ストリップまたはロールからの部品の製造
- サンドブラスト– 砂やその他の粒子を使用して表面を洗浄する
- 製錬と直接還元 - 鉱石から金属を抽出する
- はんだ付け、ろう付け、溶接– 金属を接合するプロセス
- スタンピング
- 製鉄– 製錬された「銑鉄」を鋼鉄に変える
- タンブル研磨– 研磨用
- 加工硬化- 金属、合金などに強度を加えること。
鉄鋼
- 酸素製鋼
- ベッセマー法
- 高炉– 鋳鉄の製造
- カタルーニャの鍛冶場、平炉、塊鉄炉– 錬鉄を生産
- セメント化プロセス
- るつぼ鋼
- 直接還元 -直接還元鉄を生産
- 製錬– 炉を使用して鋼鉄、銅などを生産するプロセス。
成形
型を使用して液体の形を形成することによって材料を物理的に成形すること
- プラスチック容器やガラス容器業界で使用されているブロー成形- 型に吹き込んで中空の物体を作る
- 鋳造、砂型鋳造- 鋳型を使用して溶融金属またはプラスチックを成形する
- 圧縮成形
- 焼結、粉末冶金- 金属またはセラミックの粉末から物体を作ること
分離
多くの物質は不純な形で存在します。精製または分離することで、使用可能な製品が得られます。
- 粉砕– 物理的な粒子のサイズを小さくする（破砕と粉砕の中間に位置する）
- フラッシュ法– 地中から溶融硫黄を抽出する
- 泡浮選、浮選プロセス- 浮選による鉱物の分離
- 液液抽出– ある物質を別の物質に溶かす
蒸留
付加製造
付加製造では、望ましい形状とサイズが得られるまで、材料が徐々に部品に追加されます。
- 熱溶解積層法（FDM）
- フォトリソグラフィー
- 選択的レーザー焼結（SLS）
- ステレオリソグラフィー（SLA）
石油および有機化合物
有機分子の性質上、分子レベルで変換してさまざまな製品を作ることができます。
- アルキル化– 原油の精製
- バートン法– 炭化水素の分解
- クラッキング（化学） - 大きな分子を分解する一般的な用語
- クメン法– ベンゼンからフェノールとアセトンを作る
- フリーデル・クラフツ反応、コルベ・シュミット反応
- オレフィンメタセシス、熱解重合
- オキソ法– アルケンからアルデヒドを生成する
- 重合
- ラシヒヒドロキシルアミン法–ナイロンの原料となるヒドロキシルアミンを生産する
- エステル交換反応– 有機化学物質
製品別に整理
- アルミニウム – (ホール・エルー法、ドゥヴィル法、バイヤー法、ヴェーラー法)
- 肥料に使用されるアンモニア（ハーバー法）
- 臭素– (ダウ法)
- 化学薬品に使用される塩素– (塩素アルカリ法、ウェルドン法、フッカー法)
- 脂肪 – (レンダリング)
- 肥料– (硝酸リン酸法)
- ガラス – (ピルキントン法)
- 金 – (細菌酸化、パークス法)
- グラファイト– (アチソン法)
- 重水、放射性物質の精製に使用される（ガードラー硫化法）
- 水素– (水性ガス転化反応、水蒸気改質)
- 鉛（およびビスマス） - （ベッツ電解法、ベッタートン・クロール法）
- ニッケル– (モンドプロセス)
- 硝酸– (オストワルド過程)
- 紙 – (パルプ化、クラフトプロセス、フォードリニア抄紙機)
- ゴム – (加硫)
- 塩 – (アルベルガー法、グレーナー蒸発法)
- 半導体結晶 – (ブリッジマン・ストックバーガー法、チョクラルスキー法)
- シルバー – (パティオプロセス、パークスプロセス)
- シリコンカーバイド– (アチソン法、レリー法)
- 炭酸ナトリウム、石鹸に使用（ルブラン法、ソルベー法、ルブラン・ディーコン法）
- 硫酸– (鉛チャンバー法、接触法)
- チタン– (ハンター法、クロール法)
- ジルコニウム– (ハンタープロセス、クロールプロセス、ファンアルケル・デボーアプロセス)
プロセス別のリスト:
- アルベルガー法、グライナー蒸発法- 塩水から塩を生産する
- 細菌酸化- 金の生産に使用
- バイエル法– 鉱石からのアルミニウムの抽出
- 塩素アルカリ法、ウェルドン法– 塩素と水酸化ナトリウムの製造
- ダウ法– 塩水から臭素を生産する
- フォルモックス法– メタノールを酸化してホルムアルデヒドを生成する
- ガードラー硫化法– 重水の製造
- ハンター法、クロール法– チタンとジルコニウムを生産
- 工業的レンダリング– 骨とタンパク質から脂肪を分離する
- 鉛室法、接触法- 硫酸の製造
- モンドプロセス–ニッケル
- ニトロリン酸法- 肥料を製造するための同様のプロセス
- オストワルド法– 硝酸を生成する
- パッケージ
- ピジョン法– シリコンを使って酸化物を還元し、マグネシウムを生産する
- 水蒸気改質、水性ガスシフト反応- メタンから水素と一酸化炭素を、または水と一酸化炭素から水素と二酸化炭素を生成する
- 真空メタライジング– 仕上げ工程
- ファン・アルケル・デ・ブール法– チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、トリウム、またはプロトアクチニウムの生産に用いられる
参照
参考文献
- ^ 「高炉」。サイエンスエイド。2007年12月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年12月30日閲覧。