تعتبر المواد الاساسية لصناعة الحديد محل تفكير العديد من سكان الأرض باعتباره العنصر الأكثر شيوعاً في الطبيعة ولكونه من أقدم المعادن التي عرفها الإنسان، ومن هذا المنطلق سنقدم في مقالنا اليوم عبر منصة تجارتنا شرح تفصيلي للمواد الداخلة في تركيب معدن الحديد الذي نادراً ما يعتبر نقياً إلا في حالات النيازك المتساقطة على الأرض.
ما هو الحديد
يعرّف الحديد بأنه مادة صلبة هشة تأتي في المجموعة الثامنة من الجدول الدوري للعناصر.
كما يصنف الحديد بالمعدن الأكثر وفرة وشيوعاً بين جميع نظرائه من المعادن.
ويعرف الحديد بسرعة تصدؤه عند التعرض للهواء الرطب وبسرعة تآكله عند درجات الحرارة المرتفعة.
ويعتقد بأنه يشكل جزء كبير من لب الكرة الأرضية بالإضافة الى تواجده بشكل هائل في الشمس والنجوم.
كما يلعب عنصر الحديد المتواجد في بنية الكائنات الحية دوراً هاماً في انتاج الكوروفيل.
ويستخدم جسم الانسان الحديد لإنتاج الهيموجلوبين
وهو بروتين موجود في خلايا الدم الحمراء ينقل الأكسجين من الرئتين إلى جميع أجزاء الجسم.
كما يستخدم الحديد لإنتاج بعض أنواع الهرمونات الضرورية لجسم الإنسان.
المواد الاساسية لصناعة الحديد
يدخل في صناعة الحديد المواد الخام التالية:
- خام الحديد.
- فحم الكوك.
- التلبيد.
- الحجر الجيري.
خام الحديد: هي أكاسيد الحديد وتشمل كل من المغنتيت والهيماتيت واليمونيت والعديد من الصخور الأخرى، ويتراوح محتوى خام الحديد فيها بين 20 الى 70%.
فحم الكوك: هو مادة تصنّع عن طريق تسخين الفحم للحصول على كربون نقي.
التلبيد: يتكون التلبيد من خامات الحديد المصنفة بدرجة أقل من المغنتيت وغيرها ويتم خلطها بدرجات حراراة عالية
مع فحم الكوك و عضفها به لإزالة الشوائب من بنيتها.
الحجر الجيري: يتواجد الحجر الجيري بكثرة في الطبيعة وهو مصدر أساسي لكربونات الكالسيوم التي تدخل في تركيب الحديد.
كما يجدر ذكره أن الحديد يخلط مع معادن أخرى للحصول على أشكال مختلفة من الفولاذ مثل الكروم والنيكل
والمنغنيز والتنغستين وغيرها.
مراحل صناعة الحديد
يتم صناعة الحديد وفق مراحل تراتبية يجب الالتزام بها وعدم الإخلال بتراتيبها وهي:
استخراج الخام وتكريره: قبل إدخال خام الحديد في فرن الصهر لتشكيل الحديد المعروف بشكله الحالي يجب استخراجه من الأرض وتنقيته وإزاله معظم الشوائب منه.
وتعرف هذه العملية بالتعدين ويتم من خلالها الحفر حتى الوصول الى طبقة قريبة من الأرض بلون أبيض مائل
للرمادي تسمى خام الحديد.
فرز الخام المستخرج: يتم طحن الحديد الخام المستخرج وفرزه حسب خامته وإزالة الملوثات كما تشمل هذه المرحلة التكسير والغسيل للخام لإزالة الطين والرمل من بنية الخام وفصله مغناطيسياً، وتعرف هذه المرحلة عالمياً باسم التكرير قبل نقل الخام الى موقع فرن الصهر.
الصهر وتشكيل الحديد النقي: يخلط الخام المستخرج مع خام آخر ويدخل في الجهة العلوية من فرن الصهر المصنوع من الفولاذ المقاوم للحرارة بينما يتم عصفه من الجزء السلفي بفحم الكوك مع الهواء الساخن من خلال فوهة سفلية، فيتفاعل الأوكسجين في الجو مع الكربون الموجود في فحم الكوك ليشكل مركب أول أوكسيد الكربون ليتفاعل معه خام الحديد المدخل من الجهة العلوية ليشكل في النهاية ثاني أكسيد الكربون والحديد النقي.
فصل الحديد عن الشوائب: يتم إغراق الحديد المتشكل في الفرن بالمياه لفصله عن الأوساخ، ويسكب الحجر الجيري على الحديد لتشكيل خام أخف من الحديد، وتطفو الأوساخ الى السطح، ثم يتم سحب الحديد بشكل منفصل من قاع الفرن ليتم تصنيعه مع سبائك أخرى ثم يتم التخلص من الأوساخ.
معالجة الغازات: تسحب الغازات المتشكلة في الفرن من التفاعلات الكيمائية بين الفحم والاكسجين الى أعلى الفرن لتوجه الى معمل تنظيف الغازات، حيث يتم التخلص منها أو إعادتها الى الفرن للاستفادة من غاز أول اكسيد الكربون للعصف القادم.
مراقبة الجودة: تتم مراقبة جودة الحديد المستخرج باستمرار من خلال فحص وتسجيل درجات الحرارة والمحتوى الكيميائي لخامات الحديد المدخلة الى الفرن، ويتم فحص العينات المستخرجة لاختبار قوة وصلابة للمنتج الأخير حسب الطلب.
استخدامات الحديد
استخدم الحديد بشكل أساسي على مر العصور في صناعة الأسلحة التقليدية.
وعلى سبيل المثال، استخدم خام الحديد الذي يحوي على الفاناديوم لصناعة السيف الدمشقي الشهير.
أما في الوقت الحاضر تشمل استخداماته المتنوعة جميع مجالات الحياة ومنها:
- يستخدم الحديد بشكل أساسي في صناعة الفولاذ الصلب.
- يعتبر الحديد احدى المكونات الأساسية في التصنيع والهندسة المدنية.
- ويستخدم الحديد لصناعة الفولاذ المقاوم للصدأ والتآكل.
- تصنع من الحديد أدوات المطبخ والمائدة وأدوات الطهي.
- يعتبر عنصر أساسي في صناعة معدات المستشفيات.
- يستخدم الحديد في صناعة الآلات والأدوات والمركبات والسيارات وأجسام السفن وهياكل المباني والجسور والطائرات.
وختاماً نكون قد ذكرنا المواد الاساسية لصناعة الحديد مع مراحل تصنيعه واستخداماته المتعددة
ونتمنى أن نكون وفقنا في تقديم محتوى يحترم عقول القرّاء.