الحديد من المعادن القوية التي تم اكتشافها منذ القدم، ونناقش كيفية استخراج الحديد من الموارد الطبيعية في الصخور أو كأكاسيد مكونة من الحديد والأكسجين، وكيف يتم استغلال المعدن المستخرج واستخدامه في حالته أو بعد التشكيل منه.
كيف يتم استخلاص الحديد؟
يتضمن الجدول الدوري عنصر الحديد المعروف بالرمز Fe والرقم الذري “26” وهو رابع أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض كأكاسيد:
- الخطوة الأولى لاستخراج الحديد هي إجراء مسح بيولوجي للمنطقة للتحقق من وجود أكاسيد الحديد.
- بمجرد التأكيد، سيتم نقل مرحلة الحفر، حيث يتم حفر المنجم بآلات مخصصة ويتم استخراج الأكاسيد مع القوى العاملة المدربة.
- في وقت لاحق، يتم جمع جميع الأكاسيد المستخرجة في قوالب كبيرة، ثم تتعرض هذه القوالب لدرجات حرارة عالية جدًا كافية لإذابة الحديد وفصله عن الأكسجين.
- ثم يُسكب الحديد المصهور السائل في قوالب بأشكال مختلفة، ويتم نقل القوالب الجديدة إلى أماكن مناسبة للتدفئة، بحيث يتم تشكيل الحديد الصلب.
- يصبح الحديد أقوى معدن مقارنة بالمعادن الأخرى عندما يزود بطبقة حماية ضد مشكلة الصدأ.
أنظر أيضا: برنامج حساب حديد التسليح
مراحل استخلاص الحديد من الصخور
في حالة وجود الحديد في الصخور، يتم اتخاذ الإجراءات التالية لاستخراجه:
- التفجير: يتم تفجير التاكونيت بالمتفجرات لأن هذه الصخور صلبة وصلبة للغاية لأنها مصنوعة من الحديد.
- النقل: يتم نقل القطع الصغيرة التي تتشكل بعد التفجير بواسطة مجارف كهربائية إلى شاحنات تنقلها إلى مرافق المعالجة.
- التكسير: يتم سحق قطع الصخور التي يتم نقلها إلى قطع أصغر في هذه الخطوة باستخدام آلات التكسير.
- يخلط المسحوق المسحوق أيضًا بالماء في المطاحن لفترة من الوقت.
- الفصل: يتم فصل الحديد عن التاكونيت بالمغنطة، ويتم التخلص من الباقي بين النفايات غير المهمة.
- التحبيب: يشكل السائل مسحوقًا تاكونيتًا تم خلطه في حبيبات متوسطة الحجم يتم تجفيفها وتبريدها إلى حالة صلبة.
- التشكيل: يتم إرسال الكرات المشكلة إلى مصانع مختلفة ليتم صهرها وتشكيلها إلى حديد وسبائك.
صب الحديد الزهر
الحديد المستخرج من أكاسيد الحديد أو الصخور يخضع لعدة إجراءات ليتحول إلى صلب، وفيما يلي قائمة بهذه الإجراءات:
- فصل الشوائب عن خام الحديد: يتم الفصل عن طريق غمس الحديد المنصهر في خردة الصلب ويمكن استخدام فرن كهربائي لفصل هذه الشوائب عن الحديد.
- التلاعب بالحرارة: هذه الخطوة تزيل الشوائب المتبقية وتجعل تركيب المكواة أكثر كمالا. يمكن استبدال هذه الخطوة بإزالة عناصر الحديد.
- تتم عملية الإزالة بإحدى العمليات التالية: التقليب، إضافة فقاعات الأرجون، إزالة الغازات من الحديد.
- يتم بعد ذلك إنتاج الفولاذ المصهور، وصبه في قوالب تبريد لتشكيل الفولاذ الصلب، ثم قطعه إلى الطول المطلوب وفقًا للاستخدام المقصود.
- تُستخدم طرق أخرى أيضًا لتحسين استخدام الفولاذ، بما في ذلك الطلاء ومعالجة العيوب بالحرارة والضغط وغير ذلك.
إقرأ أيضاً: كيفية حماية الحديد من الصدأ
الخواص الميكانيكية للحديد
بعد اكتشاف كيفية استخلاص الحديد من الصخور والأكاسيد، اكتشفنا الخصائص الميكانيكية للحديد مقارنة بالمعادن الأخرى، مما أدى إلى استخدامه بعدة طرق:
- معدن مرن، يسحب بسهولة وهو لا يزال ساخنًا، على شكل أسطوانات، بلون فضي، ومتوفر في الطبيعة في حالة صلبة، كما لاحظنا في طريقة استخراجه من الصخور.
- تشير المرونة إلى قدرة الحديد على تغيير شكله عند تعرضه لحمل خارجي أو قوة خارجية وقدرته على العودة إلى حالته الأصلية بعد إزالة الحمل أو القوة.
- يشير المعدن الصلب، والصلابة إلى قدرته على تحمل أي حمل، حتى لا يتعرض للتآكل والخدوش.
- يتفاعل مع العمليات المختلفة التي يتعرض لها، مثل التسخين أو التبريد، وخلال هذه العمليات يكتسب خصائص مختلفة.
الخواص الكيميائية للحديد
يتفاعل الحديد مع عدد من العناصر، بشكل أساسي مع:
- يتفاعل مع السيليكون والكربون لتشكيل سبائك حديد مختلفة لها استخدامات عديدة، على سبيل المثال، يستخدم كلوريد الحديديك في الطب وكبريتات الحديدوز المستخدمة في الأصباغ.
- يتفاعل أيضًا مع الأكسجين، وكذلك ثاني أكسيد الكربون، الموجودين بشكل طبيعي في الهواء، مكونين طبقة من الصدأ نتيجة التفاعل.
- يتحد مع ذرات الأكسجين لتكوين أكاسيد تستخدم في العديد من الصناعات، كما أنه يتحد مع الأحماض ويذوب فيها.
استخدامات الحديد
يستخدم الحديد بكافة أشكاله ولأغراض عديدة منها:
- الحديد الناعم: يستخدم في إنتاج المغناطيسات الكهربائية المستخدمة في الأجهزة الكهربائية، وفي إنتاج قضبان التجديد والبناء.
- الحديد الصلب: يستخدم في صناعة الأدوات المختلفة التي لا تتعرض لأي تأثير مثل مواسير نقل الغاز أو الماء.
- الصلب الحديدي: من أهم المواد المستخدمة في السفن والجسور وكذلك السكك الحديدية.
- كما أنها تستخدم في إنتاج كراسي الحدائق مما يجعلها مقاومة للأحمال المختلفة ومقاومة لتغير المناخ.
- سبائك الحديد: تعتبر السبائك، بما في ذلك الحديد الممزوج بالنيكل، أكثر متانة لأنها تقاوم مشكلة الصدأ وتستخدم في صناعة السيارات والمركبات المختلفة.
- أما الحديد العادي الممزوج بالكروم فيستخدم في إنتاج الكرات الحديدية التي تستخدم لتسهيل حركة محاور المحركات.
انظر هنا: حساب كمية الحديد في الأعمدة
أخيرًا، منذ 5000 عام، اكتشف البشر المعدن لأول مرة من خلال النيازك والنجوم، لأن لديهم الكثير منه.
اكتشفت الحضارات القديمة كيفية تعدين الحديد بالطرق المعروضة على واكتشفت طرقًا مبتكرة لاستخدامه في مجموعة متنوعة من الصناعات.