الامارات 7 - الحديد يتواجد في الطبيعة غالبًا في صورة غير نقية، على شكل أكاسيد تحتوي على شوائب مثل الألومنيا، السيليكا، أكسيد المغنيسيوم، أكسيد الكالسيوم، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من الفسفور، الزرنيخ والكبريت. يتم استخراج الحديد من خام الحديد الذي يتم استخراجه من الصخور، ثم يُصهر في الفرن عند درجات حرارة مرتفعة لتنقية المعدن من الشوائب.
أنواع خامات الحديد:
الهيماتيت (Fe2O3): يحتوي على حوالي 70% من الحديد، يتفاوت لونه بين الأحمر، الأسود أو الرمادي حسب الشوائب، ويأتي على شكل كتل ضخمة أو مسحوق.
الماجينيت (Fe3O4): يحتوي على 72.4% من الحديد، ويعتبر من أنقى الخامات حيث يتميز بلونه الأسود اللامع، وله خاصية مغناطيسية عالية.
الليمونيت (2Fe2O3·H2O): يحتوي على 40-50% من الحديد، مع 10% ماء، لونه أصفر مائل للبني أو أصفر مخطّط باللون الأحمر.
طرق صناعة الحديد:
طريقة الفرن العالي: يتم فيها تعريض خام الحديد لتيار من الهواء الساخن، الذي يتفاعل مع الفحم (الكوك) لإنتاج أول أكسيد الكربون. يساهم هذا الغاز في اختزال أكاسيد الحديد، مع خروج ثاني أكسيد الكربون من الأعلى. الحديد الناتج من هذه العملية يسمى "حديد التمساح" وهو هش ويحتوي على حوالي 93% من الحديد و5% من الكربون. يتم إعادة صهره لإنتاج حديد الزهر، ثم تنقيته للحصول على الفولاذ.
طريقة الاختزال المباشر: تتضمن استخدام غازات مختلفة لاختزال أكاسيد الحديد في درجات حرارة منخفضة (بين 800 و900 درجة مئوية). ينتج من هذه الطريقة ما يعرف بـ "الحديد الأسفنجي"، الذي لا يحتوي على كربون، ويتميز بتكلفته المنخفضة وانخفاض التلوث البيئي مقارنة بطريقة الفرن العالي.
طريقة الصهر باستخدام البلازما: هي تقنية حديثة حيث يتم استخدام بلازما تنتج من تأيين الغازات عند درجة حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية. تتم العملية على مرحلتين: الأولى هي اختزال جزئي للخام، ثم يتم صهره بشكل نهائي.
طريقة أرند: تستخدم في إنتاج الحديد عبر فرن واحد حيث يتم استخدام الحرارة الناتجة عن احتراق الفحم لإنتاج الطاقة الكهربائية، مما يقلل من التلوث البيئي. يتم إضافة الخام الناعم، نشارة الفحم، الحجر الجيري والأوكسجين إلى قمة الفرن مما يؤدي إلى الصهر والاختزال الجزئي، ثم يتم صهر الخام بالكامل في الجزء السفلي من الفرن.
عملية إنتاج الحديد: بعد الصهر، يتم نقل الحديد المصهور إلى الأحواض ثم يمرر عبر ماكينة استعدال للحصول على شكل متوازي مستطيلات. يُقطع الحديد بواسطة مقص أوتوماتيكي بأبعاد محددة، ثم يُبرّد ويخضع لعدة مراحل من الدرفلة الآلية للحصول على القطر المطلوب. في النهاية، يتم تجميع الأسياخ بعد تبريدها، وتصبح جاهزة للبيع.
أنواع خامات الحديد:
الهيماتيت (Fe2O3): يحتوي على حوالي 70% من الحديد، يتفاوت لونه بين الأحمر، الأسود أو الرمادي حسب الشوائب، ويأتي على شكل كتل ضخمة أو مسحوق.
الماجينيت (Fe3O4): يحتوي على 72.4% من الحديد، ويعتبر من أنقى الخامات حيث يتميز بلونه الأسود اللامع، وله خاصية مغناطيسية عالية.
الليمونيت (2Fe2O3·H2O): يحتوي على 40-50% من الحديد، مع 10% ماء، لونه أصفر مائل للبني أو أصفر مخطّط باللون الأحمر.
طرق صناعة الحديد:
طريقة الفرن العالي: يتم فيها تعريض خام الحديد لتيار من الهواء الساخن، الذي يتفاعل مع الفحم (الكوك) لإنتاج أول أكسيد الكربون. يساهم هذا الغاز في اختزال أكاسيد الحديد، مع خروج ثاني أكسيد الكربون من الأعلى. الحديد الناتج من هذه العملية يسمى "حديد التمساح" وهو هش ويحتوي على حوالي 93% من الحديد و5% من الكربون. يتم إعادة صهره لإنتاج حديد الزهر، ثم تنقيته للحصول على الفولاذ.
طريقة الاختزال المباشر: تتضمن استخدام غازات مختلفة لاختزال أكاسيد الحديد في درجات حرارة منخفضة (بين 800 و900 درجة مئوية). ينتج من هذه الطريقة ما يعرف بـ "الحديد الأسفنجي"، الذي لا يحتوي على كربون، ويتميز بتكلفته المنخفضة وانخفاض التلوث البيئي مقارنة بطريقة الفرن العالي.
طريقة الصهر باستخدام البلازما: هي تقنية حديثة حيث يتم استخدام بلازما تنتج من تأيين الغازات عند درجة حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية. تتم العملية على مرحلتين: الأولى هي اختزال جزئي للخام، ثم يتم صهره بشكل نهائي.
طريقة أرند: تستخدم في إنتاج الحديد عبر فرن واحد حيث يتم استخدام الحرارة الناتجة عن احتراق الفحم لإنتاج الطاقة الكهربائية، مما يقلل من التلوث البيئي. يتم إضافة الخام الناعم، نشارة الفحم، الحجر الجيري والأوكسجين إلى قمة الفرن مما يؤدي إلى الصهر والاختزال الجزئي، ثم يتم صهر الخام بالكامل في الجزء السفلي من الفرن.
عملية إنتاج الحديد: بعد الصهر، يتم نقل الحديد المصهور إلى الأحواض ثم يمرر عبر ماكينة استعدال للحصول على شكل متوازي مستطيلات. يُقطع الحديد بواسطة مقص أوتوماتيكي بأبعاد محددة، ثم يُبرّد ويخضع لعدة مراحل من الدرفلة الآلية للحصول على القطر المطلوب. في النهاية، يتم تجميع الأسياخ بعد تبريدها، وتصبح جاهزة للبيع.