من أين يستخرج الحديد؟ وما المواد الداخلة في تكوينه ؟؟

قد يتساءل البعض من أين يستخرج الحديد وكيف يمكن تحويله من مواده الخام المؤكسدة إلى أنواع مختلفة من الحديد، الذي يكون ضروري وهام في الاستخدامات العديدة في حياتنا. ومعرفة من أين يستخرج الحديد يساعد في معرفة قيمته الاقتصادية بسبب التكلفة التي يمر بها اقتصاد الدول في استخراجه وصناعته، وفي هذا المقال في موقع مفاهيم نسلط الضوء على كيفية استخراج الحديد ومما يصنع، تابعونا.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• من اين يستخرج الحديد؟
• من أين يستخرج الحديد كيف يصنع؟
• أنواع خامات الحديد
• إنتاج الحديد
• إنتاج الحديد بالصهر
• أماكن استخراج الحديد

من اين يستخرج الحديد؟

تستخرج المادة الخام للحديد من الصخور بعد وضعها في أفران بدرجات حرارة هائلة لكي يتم انصهارها، ثم يتم تصفيتها من الأتربة، وغالباً ما يكون متواجد في أكاسيد الحديد، كما تتفاوت ألوانه وأشكاله بين:

• الماغنتيت (Fe₃O₄): خام الحديد الأسود ويعتبر أكثر المصادر وفرة وكفاءة لاستخراج الحديد..
• الليمونيت (FeO(OH)·nH₂O): خام يحتوي على نسبة عالية من الحديد.
• السيديريت (FeCO₃): خام الحديد الكربوني، لكنه أقل استخدامًا نظرًا لصعوبة استخلاص الحديد منه.
• الهيماتيت (Fe₂O₃): خام الحديد الأحمر ويعتبر المصدر الرئيسي للحديد.

ويمكن إيجاده في صورة أكسيد الحديد الأسود، ولخام الحديد أهمية اقتصادية كبيرة، حيث يدخل في صناعة الصُّلْب بنسبة 98%.

الخام الطبيعي: هي الخامات التي تتوفر فيها نسبة كبيرة من الحديد تزيد عن 60%، وتسمى الهيماتيت أو الماغنتيت، ويطلق على هذه الخامات: خام الشحن المباشر، وهذا يشير إلى إمكانية وضعها في الأفران بطريقة مباشرة.

من أين يستخرج الحديد كيف يصنع؟

" من أين يستخرج الحديد " يتواجد الحديد في صورة الخامات التي يستخلص منها الحديد بعدة طرق وتصنيعه، ويتم إيجاد هذه الخامات في باطن الأرض، ثم تختزل داخل أفران الانصهار، وتكون هذه التفاعلات كالآتي:

• من أول عمليات التفاعل التي تتم، حيث يتفاعل الكربون مع ثاني أكسيد الكربون، ويتم التفاعل بشرط وجود حرارة عالية.
• ينتج أول أكسيد الكربون نتيجة التفاعل السابق، والمعروف بدوره الكبير في إنتاج المادة الخام للحديد حيث انه العامل المختزل في المعادلة.
• وبعد انتهاء دور ثاني أكسيد الكربون الموجود في الجو، يبدأ أول أكسيد الكربون في أداء دوره، حيث يتفاعل مع خام الهيماتيت، ويكون ناتج التفاعل خام الحديد.
• أما استخراج الحديد من باطن الأرض، فإن يتم حفر المنطقة التي تم دراستها للتأكد من وجوده في هذه المناجم، وعند الحفر لمسافة كبيرة، يتم الوصول إلى مركب الحديد مع الأكسجين.
• ويتم إجراء عمليات تفاعلية لفصل خام الحديد السائل النقي عن الأكسجين، ولأن سائل يسعل تشكيله حسب القالب المطلوب بعد صبه بداخله وتركه لمدة طويلة حتى يتجمد.

أنواع خامات الحديد

تتعدد أنواع المواد الخام المستخلصة من خام الحديد وتتمثل في:

الهيماتيت:

• أو أكسيد الحديد بصيغة Fe2O3: ويوجد به حوالي 70% من الحديد، كما أنه تختلف ألوانه باختلاف نسبة الشوائب الموجودة به من الرمادي والأحمر والأسود.
• كما انه له أشكال وحجوم مختلفة، فيمكن أن يوجد في صورة كتل كبيرة وأيضاً في صورة مسحوق الهيماتيت، ويتواجد الهيماتيت بكميات كثيفة في أمريكا الجنوبية وأستراليا وآسيا، وباقي القارات الأخرى عدا القارة القطبية الجنوبية.
• ويستخرج الهيماتيت من نطاقات مكونات الحديد المختلفة، ويمكن إيجاده في التراكمات النارية، ويتواجد الهيماتيت في الطبقة الخارجية للأرض أما الرمادي منه فيتواجد في المناطق التي كانت بها مياه في الوقت السابق.
• حيث يترسب في قاع هذه المناطق، كما يمكن إيجاده في أماكن قريبة من المناطق ذات النشاط البركاني، وتعتبر نسبة الهيماتيت هي المحددة لجودة الحديد.
• وتكون صلابة الهيماتيت أكبر من صلابة الحديد الخالي من الشوائب ومع ذلك فهو أهش منه، حيث انه سائل متجمد، وينصهر في درجة حرارة أعلي من 950درجة مئوية.

الماغنتيت:

• الماغنتيت: وسمي بهذا الاسم لأنه يدخل في صناعة المغناطيس، ويطلق عليه أكسيد الحديد الأسود وصيغته الكيميائية Fe3O4، ويتواجد الماغنتيت في الصخور النارية والصخور المتحولة، والمعروف عنه انه لا يتم انصهاره إلا في درجات حرارة مرتفعة، كما تتم إذابته في الأحماض ذات التركيز المرتفع. يتم الحصول على الصخور التي تحتوى على الماغنتيت في السويد وإيطاليا وأمريكا وجنوب أفريقيا وروسيا والنمسا، وهو من المعادن الصخرية، ويتوفر بألوانه السوداء أو السوداء المائلة للون البني البرّاق.
• كما يتواجد في الصخور الرسوبية، وأيضا يمكن إيجاد مخلفاته في صورة حبيبية مترسبة في قاع البحيرات والبحار، كما يتواجد بوفرة في الرمال السوداء للشواطئ الموجودة في عدة أماكن مثل هونغ كونغ وكاليفورنيا والولايات المتحدة ونيوزلندا.
• ومن الجدير بالذكر انه يمكن إيجاده في الحفريات وذلك لتعرضها للتمعدن الحيوي، ويطلق على هذه الحفريات التي تحتوى على الماغنتيت اسم الأحافير المغناطيسية.

الليمونيت:

• الليمونيت: حيث يحتوي على أكسيد وهيدروكسيد الحديد الثلاثي المائي بنسب عديدة، وصيغته الكيميائية FeO(OH)•nH2O..
• ويتم استخراجه مع خام الهيماتيت، ويتميز بثقل كتلته ولونه البني المائل للأصفر، ولا يعتبر أنه معدن خالص وذلك لاحتوائه على نسب مختلطة من هيدرات أكاسيد الحديد.
• كما أن بعض الليمونيت يكون به نسبة من خام الذهب، ويمكن إيجاده في كاليفورنيا، والبرازيل، وإسبانيا وأستراليا وجورجيا.

إنتاج الحديد

يمر إنتاج الحديد بعدة مراحل حتي يصل إلى المنتج النهائي وتتمثل في:

طريقة الفرن العالي:

• يتم إدخال تيار من الهواء بدرجة حرارة مرتفعة وذلك من خلال أنابيب النفخ، وتحدث عملية تفاعلية بين الأكسجين مع الفحم الحجري، لينتج منها أول أكسيد الكربون.
• يتصاعد الغاز بدرجة حرارة مرتفعة من خلال الشقوق الموجودة بالفحم، وتحدث عملية اختزال لأكاسيد الحديد، بينما يتحول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون، ويتصاعد الغاز من المنافذ الموجودة في قمة الفرن، بينما يسال الحديد المصهور والخبث من خلال طبقة الفحم الجيري في الموقد.

نواتج الفرن:

• الغازات: حيث يبلغ معدل إنتاج الغازات نحو 4000م/طن.
• حديد التمساح: وبه نسبة 5% من الكربون وكذلك 95% من الحديد ولا يكون قابل للطرق، فتحدث له عملية انصهار معادة فينتج من حديد الزهر.
• الخبث: وبه كَمّيَّة قليلة من أكاسيد الحديد، ورماد الفحم الذي يستخدم في صناعة المواد الإسمنتية وكذلك رصف الطرق.

الاختزال المباشر:

• وتكون هذه العملية عبارة عن اختزال أكاسيد الحديد بواسطة غازات متعددة كوسط مختزل، وتكون درجة حرارة هذه العملية بين 800°_ °900سلزيوس، أي اقل من درجة الانصهار.
• وينتج الحديد الإسفنجي من عملية الاختزال المباشر، وللاختزال المباشر مميزات كثيرة مثل عدم الحاجة إلى وجود الفحم الحجري.

والذي يكون مفيداً في عدة أمور منها:

1. أن ذلك يساعد في تقليل التكلفة حيث أن الحصول على الكوك يتطلب تكلفة أعلى.
2. ندرة وجود الفحم الحجري، خاصةً في الوطن العربي.
3. تتسبب صناعة الكوك بكثير من المشكلات البيئية.
4. في حال إنتاج الحديد بالاختزال المباشر فإنه يمكن إنشاء وحدات طاقة لإنتاج الحديد مصغرة بدلاً من الأفران العالية.
5. يمكن استخدام الصغيرة في الدول النامية، كما إنها لا تحتاج لمدة طويلة مثل الطريقة السابقة.
6. يكون الحديد الناتج من هذه العملية نقي وخالص ولا يحتوي على الكربون.

إنتاج الحديد بالصهر

تختلف هذه الطريقة عن الطريقة السابقة في أن الحديد الناتج من الطريقة السابقة يكون متجمد، أما الحديد الناتج من هذه الطريقة يكون سائل.ويتم إنتاج الحديد بالصهر من خلال:

• تحدث عملية الصهر لهذا النوع من الحديد في أفران الصهر، ويمكن استعمال البلازما والاختزال.

وفي حال استخدام البلازما والاختزال ،فإن الصهر والاختزال البلازمي تتم كالآتي:

المرحلة الأولى:

• يختزل خام الحديد بطريقة جزئية قبل اختلاطهما مع الفحم، وذلك في أفران أسطوانية تحتوى على الكوك.

المرحلة الثانية:

• وفيها يختزل خام الحديد بصورة كاملة وينصهر، وتكون هذه المرحلة اكثر شبهاً بالفرن العالي، وتختلف عن الفرن العالي: هو استخدام مولد البلازما.

طريقة ارند:

• وتستخدم هذه الطريقة وينتج من خلالها الحديد، وكذلك الفولاذ، ويتم ذلك باستخدام الفحم كوقود وتتم على عدة عمليات حتى ينتج الفولاذ في نفس المفاعل.

أماكن استخراج الحديد

هناك العديد من المناجم التي يمكن الحصول منها على صخور الحديد واستخلاص معدن الحديد منها، وتشمل ما يلي:

• أستراليا: تعد واحدة من أكبر الدول المنتجة للحديد، حيث تحتوي على مناجم ضخمة مثل منجم هامرسلي.
• البرازيل: من أكبر المنتجين أيضًا، وتعتبر مناجم كاراجاس أحد أكبر مناجم الحديد في العالم.
• الصين: تحتوي على احتياطيات كبيرة من خام الحديد، وتستخرجه في العديد من المناطق.
• الهند: لديها مصادر كبيرة من خام الحديد وتعتبر واحدة من أكبر المنتجين في العالم.
• روسيا: تحتوي على احتياطيات ضخمة من خام الحديد وتستخرجه بكميات كبيرة.
• الولايات المتحدة: لديها مناجم كبيرة مثل منجم ماسابي.

وقد صنفت منظمة الحديد والصلب العالمية (World steel) المملكة العربية السعودية ضمن أكبر 20 دولة منتجة للحديد والصلب في العالم