الرئيسية
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
الحديد عنصر كيميائي وفلز ، من أقدم المعادن المكتشفة ، يرمز له بالرمز Fe وعدده الذري 26 . يقع الحديد في الجدول الدوري في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة ، وهو عنصر ضروري لحياة الإنسان والحيوان كونه يدخل في تركيب خضاب الدم، وكذلك لحياة النباتات كونه يدخل في تركيب الكلوروفيل، و يدخل في كل شيء تقريباً. يحتل الحديد المركز الرابع من حيث وجود العناصر في القشرة الأرضية، وهو فلز قابل للطرق والسحب ،ويدخل في صناعة العديد من المسبوكات.
تحتوي النيازك الساقطة على الأرض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90% من كتلة النيازك.
الشبكة البلورية للحديد على هيئة مكعب تتوزع على كل زاوية من زواياه ذرة حديد (ثمانية ذرات) ، وتقع تاسعة في مركز المكعب ، والاوتونيوم ، يوجد بناء بناء فريد من نوعه في مدينة بروكسل يمثل نموذج الشبكة البلورية للحديد مكبراً 165 مليار مرّة، جاء البناء رمزاً لعظمة الحديد ودوره في حياة البشريّة.
يعد الحديد أقوى الفلزات على الإطلاق وأكثرها أهمية للأغراض الهندسية شرط حمايته من الصدأ (أي التفاعل مع الأكسجين). هناك عدة طرق لحماية الحديد من الصدأ وأبسطها على الإطلاق منع تماس الأكسجين أوالرطوبة عن الحديد وذلك بتغليف الحديد بمادة عازلة مثل استخدام الأصباغ أو عوازل PVC مثلاً. من أفضل الطرق المستخدمة لدى إنتاجه هي استخدام نظام الحماية الكاثودية لحماية الحديد من الصدأ والتآكل.
الحديد عبر التاريخ
استخدم الحديد لاول مرة منذ 4000 عام قبل الميلاد، واستخرج أساساً من النيازك واستخدم في سومر ومصر لأغراض الزينة وكرؤوس للحراب. عثر في بلاد ما بين النهرين و الأناضول و مصر على حديد يعود للفترة التاريخية الممتدة بين 3000 إلى 2000 قبل الميلاد مستخرج صناعياً من النيازك (يتم التعرف على حديد النيازك عبر اختبار غياب عنصر النيكل). كما يبدو فإن هذا الحديد استعمل في الطقوس الاحتفالية فقط وكان أثمن من الذهب، ويعتقد أنه ناتج عن مخلفات تحضير البرونز.
والفنيقيون هم أول من اكتشف طريقة تصنيعه عام 1400 قبل الميلاد[بحاجة لمصدر] حيث كان ينتج بواسطة افران بسيطة بإستحدام الفحم النباتي ،وفي عام 700م تمكن صناع الحديد في شمال إسبانيا من استخدام فرن يضغط الهواء عند قاعدته. وفي القرن 14م بنيت الافران العالية لإنتاجه في أوروبا، ومع بداية القرن 18م استخدم البريطانيون الكوك بدلا من الفحم النباتي في الافران العالية.
الحديد في الثقافة العامة
يرمز الحديد في الثقافة العامة إلى القوة و الصلابة ومن ذلك قولنا لا يفلٌّ الحديد إلا الحديد، و قولنا سنضرب بيدٍ من حديد.
يشكل الحديد إحدى الركائز التي تقوم عليها حضارتنا. و يعزى كونه أكثر الفلزات استخداماً إلى خواصه القيمة, و إلى وفرة خاماته و سهولة الوصول إليها.إذ إنّ الحديد موجود في معظم القشرة الارضية, وهو يمثل 50% منها من الرغم من عدم تساوي توزيعه في سطح الأرض. ونتيجة لعمليات جيولوجية, يتراكم الحديد في رواسب deposits مختلفة الحجم ،وهو أكثر وفرة في باطن الأرض ، ويعتقد أن لب الأرض يتكون من كتلة من الحديد و النيكل عند درجة حرارة 4000 م تحت ضغوط عالية جداً .
في القرآن
وردت كلمة حديد في عدة مواضع في القرآن الكريم. كما أن الحديد هو اسم لسورة من سور القرآن؛ أنظر سورة الحديد.
{ لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمْ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ} (25)
ويعتقد المسلمون بموجب هذه الايه القرانية ان الحديد يعتبر من المعجزات القرانية اذ اثبتت ان الحديد لم يكن موجودا على الأرض إطلاقا من قبل ملايين السنين بل تم انزاله للارض عبر النيازك وذلك منذ فترات تكوين الأرض.
خامات الحديد
الهيماتيتhématite:
وهو عبارة عن اكسيديك الحديديك Fe2O3 الذي يحتوي على نسبة 70% من الحديد ويوجد في الوان متعددة تتراوح ما بين الاحمر إلى اللون الرمادي أو الاسود ويوجد في احجام مختلفة ما بين كتل ضخمة إلى مسحوق.
الماجينيت:magénite
رمزه الكيميائي Fe3o4و يحتوي على نسبة 72,4%من الحديد ولونه اسود ذو بريق ولمعان كما يعد من أنقى خامات الحديد وهو ذو مغناطيسية عالية.
الليمونيت :
رمزه الكيميائي 2Fe3O3H2O حيث يحتوي على نسبة تتراوح بين 40% إلى 50% من الحديد ونسبة 10% من الماء يميل لونه إلى الاصفر البني أو يكون مخططا باللون الاحمر.
مصادر اخرى لفلز الحديد
اكاسيد الحديد الناتجة من عمليات معاجة كبريتيد الحديد في المصانع الكيميائية لإنتاج حمض الكبريتيك والمتولدة من اكسدة البيريت FeS2، ويحتوي الاكسيد الناتج نسبة حديد ما بين 55% إلى 60%.
مخلفات نواتج صناعة الالمنيوم من البوكسيت Bauxite حيث يتبقى في نهاية العمليات الصناعية خليط يحوي 30%حديد.
باقي عمليات استخلاص النحاس من خاماته وهي تحوي عادة نسبا عالية من الحديد، حيث تحوي الباقي من العمليات حوالي 50% حديد.
باقي عمليات استخلاص التيتانيوم وهي تحتوي على نسبة عالية من الحديد تصل إلى 40%.
وتمتاز هاته المصادر بالمميزات التالية:
-رخص سعرها بالنسبة إلى الخام المستخرج من باطن الأرض. -استخدامها يمثل طريقة من طرق استغلال نفايات المصانع التي يلزم التخلص منها حفاظا على نظافة البيئة من الملوثات الجامدة.
تحضير الخامات
عملية التكسير:
ان الخام الناتج من المناجم يكون عادة في صورة صخور كبيرة لا تتناسب مع عمليات الصهر لذا تجرى عليها عملية التكسير للوصول إلى الحجم المناسب.
عملية الفرز:
تتم هذه العملية بواسطة المغناطيس ليختار النسبة المعقولة من خام الحديد .
تعريض خام الحديد إلى فترة طويلة في الهواء كونها تحتوي على نسب كبيرة من الكبريت ليتحول إلى كبريتات يمكن ان تذوب في الماء عند الغسل.
عملية التكليس:
و هي عرض خام الحديد لدرجة الحرارة من اجل ازالة الرطوبة وما تبقى من الشوائب.
إنتاج الحديد
تتم صناعة الحديد باستخدام:
طريقة الفرن العالي
يدخل تيار من الهواء الساخن عبر انابيب النفخ الواقعة اسفله حيث يتفاعل الأكسجين مع الكوك مكونا CO
صعود غاز ساخن عبر شقوق الكوك فيتم اختزال أكاسيد الحديد.
يغادر الغاز قمة الفرن من المنافذ المتواجدة أعلاه.
يسيل الحديد المصهور و الخبث عبر طبقة الكوك نحو الموقد .
نواتج الفرن العالي
الخبث: يحتوي الخبث على كميات قليلة من أكاسيد الحديد , رماد الفحم حيث يستعمل في رصف الطرق وفي صناعة الاسمنت.
الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000م/طن.
حديد التمساح: يحتوي على 5% من الكربون وعلى 93% من الحديد، ولكن بإعادة صهره حيث يتم صناعة حديد الزهر .
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
لقد حدد تعبير "الاختزال المباشر "في الوقت الحالي بانه اسلوب احتزال اكاسيد الحديد لإنتاج الحديد منها باستعمال الغازات المختلفة كوسط مختزل وتتم هذه العملية عند درجة حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار اي من مواد الشحنة حيث تكون درجة حرارة الاختزال فيما بين c°800الى c°900 . وكان يعرف الحديد الناتج من هذه العملية باسم الحديد الاسفنجي ومع نهاية الثمانينات من القرن العشرين وصل إنتاج حديدالاختزال المباشر إلى حوالي 50مليون طن/سنة ،ويمكن القول بان العوامل المساعدة على زيادة إنتاج حديد الاختزال ترجع إلى مميزات هذا الاسلوب .
مميزات الاختزال المباشر
تمتاز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بمزايا عديدة ومن هذه المزايا التي ساعدت على ازدهار ونمو هذه الطريقة وخاصة في الدول النامية ما ياتي:
لا تحتاج هذه الطريقة إلى الكوك وهذا بدوره ادى إلى كثير من المزايا هي :
تقليل مخاطر اعتماد الصناعة على مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة.
عدم توافر الفحم الحجري المناسب لصناعة الكوك في الدول العربية .
ترتبط بصناعة الكوك مشكلات عديدة وخاصة ما يتصل بتلوث البيئة .
امكانية انشاء وحدات ذات طاقة إنتاجية صغيرة تكون تكلفة انشائها اقل بكثير من الافران العالية .
هذه التقنية بسيطة و حديثة الدول النامية يسهل استيعابها و استخدامها.
تتوافر في كثير من الدول مصادر الطاقة المطلوبة وعلى وجه التحديد الغاز الطبيعي.
لا تحتاج إلى فترة طويلة لانشاء الفرن العالي .
الحديد المنتج من هذه العملية خال من الكربون بينما حديد التمساح الناتج من الفرن العالي يحيوي تقريبا4% كربون.
إنتاج الحديد بالصهر
لقد ظهرت طرق بديلة لإنتاج الحديد، وبعض هاته العمليات تنتج الفولاذ مباشرة في خطوة واحدة بدلا من إنتاج الحديد ثم تنقيته لإنتاج الفولاذ. واهم هذه الطرق ما يعرف باسم الصهر، والاختلاف الأساسي بين الاختزال المباشر والصهر ان الناتج في الحالة الثانية يكون سائلا، بينما في الأوللى ينتج الحديد في صورة جامدة وتتم هاته العملية في فرن الصهر أو قد يكون الصهر و الاختزال باستخدام البلازما.
الاختزال وصهر البلازما:
يتضح من خلال الاسم ان هاته العملية تستخدم البلازما الناتجة عن تاين الغازات عند درجة حرارة حوالي 3000 °C ويحدث الصهر والاختزال البلازمي على مرحلتين:
يتم في الخطوة الأولى اختزال خام الحديد جزئيا بنسبة ما بين 50%إلى 60%في غرفتين مكونتين مهدا مميعا، قبل أن يتم خلطها مع الفحم و الحجر الجيري ويتحقق ذلك من خلال مولد البلازما في صورة فرن اسطواني مملوء بالكوك.
ويتم في الخطوة الثانية الاختزال النهائي والصهر وهي وحدة الفرن الاسطواني وهو يشبه إلى حد كبير الاختزال في الفرن العالي و الفرق الأساسي هو وجود مولد البلازما الذي يعمل بتاين الغازات بالقرب من القصبات.
طريقة ارند(Irned):
وتعتبر الطريقة الثانية الحديثة لإنتاج الحديد ثم الفولاذ في المفاعل نفسه بدون الحاجة إلى نقل الحديد المنتج إلى مفاعل واحد والوقود الأولي فيه هو الفحم وإنتاج الفولاذ من خام الحديد تتم في عمليتين متتاليتين مختلفتين:حيث يجري العمل بحقن حبيبات خام الحديد الناعم عن قمة الفرن بالإضافة إلى نشارة الفحم، والحجرالجيري والأكسجين ويؤدي ذلك إلى الصهر الومضي مع اختزال جزئي لخام الحديد الذي يكون في صورة معلقة مع بقية الشحنة ثم يلي ذلك صهر واختزال كلي للخام في الجزء الأسفل من المفاعل. والاضافات الجديدة في هذه الطريقة لإنتاج الفولاذهي:
استخدام فرن واحد بدلا من فرنين وانجاز العمل بدون الحاجة إلى نقل منتجات المرحلة الأولى المفاعلات المرحة التالية.
استخدام الطاقة بطريقة مثالية حيث ان الحرارة الزائدة المنطلقة من احتراق الفحم في القطاع العلوي يستفاد بها في توليد الطاقة الكهربائية يستخدم لإنتاج الفولاذ في الجزء الأسفل.
تصنيع منتجات الحديد
يستخدم أكثر من 90% من الحديد المنتج من الافران العالية في تصنيع الفولاذ و إنتاجه و الكمية الباقية يتم صبها في شكل حديد تمساح (كتل) ثم ينقل إلى وحدات السبك لإنتاج كل من الحديد الزهر والحديد المطاوع.
طرق تصنيع الفولاذ
الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون و لا تزيد نسبة الكربون فيها عن 2% ومن أهم طرق صناعة الفولاذ:
فرن القوس الكهربائي .
فرن المجمرة المكشوفة.
اولا:
بأسلوب فرن القوس الكهربائي :
تعتبر صناعة الفولاذ في فرن القوس الكهربائي، من أكثر أساليب الأفران الكهربائية استخدامًا لإنتاج الفولاذ . ويوجد بسقف فرن القوس الكهربائي ثقوب يتم فيها وضع ثلاثة قضبان من الكربون معروفة باسم الأقطاب توضع في الشحنة لتوصيل التيار الكهربائي إليها . المرحلة الأولى : الفرن، وسقفه محرك جانبً، أثناء شحنه بالخردة. ونادرًا ما يستخدم صناع الفولاذ حديد التمساح في الفرن الكهربائي، لكن يمكنهم استخدام حديد الاختزال المباشر إذا توفر بتكلفة مقبولة ورخيصة. المرحلة الثانية: يتقوس (يقفز) تيار كهربائي قوسي قوي بين الأقطاب والشحنة. وهذه الحركة تنتج كميات هائلة من الحرارة تصهر الشحنة وتحفزالتفاعلات الكيميائية التي تنتج الفولاذ. المرحلة الثالثة: يفصل العمال التيار الكهربائي عن الأقطاب عند الانتهاء من عملية التنقية، ثم يقومون بإمالة الفرن الذي يكون مثبتًا على قاعدة متحركة لصب الخبث. المرحلة الرابعة : بعد الانتهاء من صب الخبث يمال فرن القوس الكهربائي في الاتجاه المعاكس وينساب الفولاذ المنصهر من خلال فتحة في الفرن ويجمع في إناء.
وبيانات فرن القوس الكهربائي الموضح في الشكل هي كالآتي:
مسخنة من إنفجار مواقد كاوبر.
منطقة الذوبان.
الحد من منطقة Terric أكسيد.
الحد من منطقة الأكسيد الحديدية.
منطقة قبل التسخين.
إطلاق سراح المعدن الخام من خام الحجر الجيري و فحم الكوك.
غازات العادم.
عمود خام من الحجر الجيري وخام الكوك.
إزالة الخبث.
الاستفادة من مصهور الحديد الخام.
تجميع النفايات والغازات.
ثانيا:
المجمرة المكشوفة: اكتسبت هذه الطريقة اسم المجمرة المكشوفة لأن مجمرة هذا الفرن مفتوحة ومُعرَّضة مباشرة للّهب الذي يصهر الشحنة ويُبطن الفرن بالطوب الحراري وتغطى المجمرة بسقف منخفض في صورة قبو. ويبلغ طول فرن المجمرة المكشوفة حوالي 27م بينما يبلغ عرضه تسعة أمتار.
تشكيل الفولاذ
سبك الصبات:
يصب الفولاذ المنصهر إلى كتل تعرف باسم الصبات يدفق الفولاذ من مغرفة الصب إلى قوالب مصنوعة من الحديد الزهر , وبعد تجمد الفولاذ تقوم ملاقيط ضخمة بإزالة القوالب , وتنقل الكتل المصبوبة عندئذ إلى موقع تشريب (إلى اليسار) .
صب الجديلة :
تنتج عملية صب الجديلة فولاذًا خشنًا. ويجب إجراء بعض العمليات عليه للحصول على منتجات مفيدة، وأحيانًا يستعمل في صورته الأصلية دون أي معالجة. وفي هذه المرحلة يكون الفولاذ صلبًا على الرغم من أنه لا يزال متوهجًا , و يشكل الفولاذ في الموقع أو ينقل لأماكن أخرى حيث تجري عليه معالجات لاحقة.
استخدامات الحديد
من أبرز استخدامات الحديد ما يلي:
استخدامات الحديد الصلب ( الحديد الزهر ) :
يستخدم في صناعة الأدوات التي لا تتعرض للصدمات مثل : أنابيب المياه وأنابيب الغاز.
استخدامات الحديد المطاوع ( الحديد اللين ) :
ويستخدم في صنع المغناطيسيات الكهربائية المؤقتة المستخدمة في الأجهزة الكهربائية ، كما يستخدم في قضبان التسليح المستخدمة في البناء.
استخدامات الحديد الصلب ( الفولاذ ) :
يستخدم في صناعة السفن وقضبان سكك الحديد والجسور.
استخدمات سبائك الصلب :
صلب النيكل : ( المتكون من الحديد الصلب والنيكل ) يجعل السبيكة تقاوم تآكل الصدأ مما يزيد من صلابتها ومتانتها وتستخدم في صناعة السيارات.
صلب الكروم : ( المتكون من الحديد الصلب والكروم )، مما يجعل السبيكة أكثر صلابة وتستخدم في صناعة كرة من الحديد التي تسهل حركة محاور المحركات والتي يطلق عليها ( رمان بلي ) .
الاعباء البيئية لصناعة الحديد
تلوث البيئة المحيطة بالمنطقة الصناعية نتيجة:
انبعاث غازات سامة من الافران إلى الجو الخارجي التي تؤدي إلى:
آثار ضارة على صحة العاملين.
التأثير القاتل على المحاصيل الزراعية.
ارتفاع درجة حرارة الجو.
تلوث مياه المجاري نتيجة المياه المنصرفة من المصانع.
تصاعد الأتربة من قمة الفرن عند صب الحديد.
الحد من التلوث
الاستفادة من الغازات الضارة المتصاعدة من قمم الافران بعملية استرجاع لها و اعادة شحنها مرة ثانية.
معالجة مياه وحدات التصنيع حيث يمكن اعادة استعمالها أو صرفها.
تجميع الاتربة المتصاعدة.
إمكانية استرجاع المواد الجامدة ذات النفع وإعادة استخدامها في التصنيع..
الاستفادة من غاز ثاني أكسيد الكبريت في تصنيع حمض الكبريتيك، أو إنتاج عنصر الكبريت.
كثيرا ما تنطلق الغازات عند درجات حرارة عالية أي أنها تحمل طاقة مخزونة فيها، ومن المحبذ استرجاع الطاقة بدلا من فقدها.
تجميع أول أكسيد الكربون واستخدامه وقودا في المواقد.
منقول
الحديد عنصر كيميائي وفلز ، من أقدم المعادن المكتشفة ، يرمز له بالرمز Fe وعدده الذري 26 . يقع الحديد في الجدول الدوري في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة ، وهو عنصر ضروري لحياة الإنسان والحيوان كونه يدخل في تركيب خضاب الدم، وكذلك لحياة النباتات كونه يدخل في تركيب الكلوروفيل، و يدخل في كل شيء تقريباً. يحتل الحديد المركز الرابع من حيث وجود العناصر في القشرة الأرضية، وهو فلز قابل للطرق والسحب ،ويدخل في صناعة العديد من المسبوكات.
تحتوي النيازك الساقطة على الأرض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90% من كتلة النيازك.
الشبكة البلورية للحديد على هيئة مكعب تتوزع على كل زاوية من زواياه ذرة حديد (ثمانية ذرات) ، وتقع تاسعة في مركز المكعب ، والاوتونيوم ، يوجد بناء بناء فريد من نوعه في مدينة بروكسل يمثل نموذج الشبكة البلورية للحديد مكبراً 165 مليار مرّة، جاء البناء رمزاً لعظمة الحديد ودوره في حياة البشريّة.
يعد الحديد أقوى الفلزات على الإطلاق وأكثرها أهمية للأغراض الهندسية شرط حمايته من الصدأ (أي التفاعل مع الأكسجين). هناك عدة طرق لحماية الحديد من الصدأ وأبسطها على الإطلاق منع تماس الأكسجين أوالرطوبة عن الحديد وذلك بتغليف الحديد بمادة عازلة مثل استخدام الأصباغ أو عوازل PVC مثلاً. من أفضل الطرق المستخدمة لدى إنتاجه هي استخدام نظام الحماية الكاثودية لحماية الحديد من الصدأ والتآكل.
الحديد عبر التاريخ
استخدم الحديد لاول مرة منذ 4000 عام قبل الميلاد، واستخرج أساساً من النيازك واستخدم في سومر ومصر لأغراض الزينة وكرؤوس للحراب. عثر في بلاد ما بين النهرين و الأناضول و مصر على حديد يعود للفترة التاريخية الممتدة بين 3000 إلى 2000 قبل الميلاد مستخرج صناعياً من النيازك (يتم التعرف على حديد النيازك عبر اختبار غياب عنصر النيكل). كما يبدو فإن هذا الحديد استعمل في الطقوس الاحتفالية فقط وكان أثمن من الذهب، ويعتقد أنه ناتج عن مخلفات تحضير البرونز.
والفنيقيون هم أول من اكتشف طريقة تصنيعه عام 1400 قبل الميلاد[بحاجة لمصدر] حيث كان ينتج بواسطة افران بسيطة بإستحدام الفحم النباتي ،وفي عام 700م تمكن صناع الحديد في شمال إسبانيا من استخدام فرن يضغط الهواء عند قاعدته. وفي القرن 14م بنيت الافران العالية لإنتاجه في أوروبا، ومع بداية القرن 18م استخدم البريطانيون الكوك بدلا من الفحم النباتي في الافران العالية.
الحديد في الثقافة العامة
يرمز الحديد في الثقافة العامة إلى القوة و الصلابة ومن ذلك قولنا لا يفلٌّ الحديد إلا الحديد، و قولنا سنضرب بيدٍ من حديد.
يشكل الحديد إحدى الركائز التي تقوم عليها حضارتنا. و يعزى كونه أكثر الفلزات استخداماً إلى خواصه القيمة, و إلى وفرة خاماته و سهولة الوصول إليها.إذ إنّ الحديد موجود في معظم القشرة الارضية, وهو يمثل 50% منها من الرغم من عدم تساوي توزيعه في سطح الأرض. ونتيجة لعمليات جيولوجية, يتراكم الحديد في رواسب deposits مختلفة الحجم ،وهو أكثر وفرة في باطن الأرض ، ويعتقد أن لب الأرض يتكون من كتلة من الحديد و النيكل عند درجة حرارة 4000 م تحت ضغوط عالية جداً .
في القرآن
وردت كلمة حديد في عدة مواضع في القرآن الكريم. كما أن الحديد هو اسم لسورة من سور القرآن؛ أنظر سورة الحديد.
{ لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمْ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ} (25)
ويعتقد المسلمون بموجب هذه الايه القرانية ان الحديد يعتبر من المعجزات القرانية اذ اثبتت ان الحديد لم يكن موجودا على الأرض إطلاقا من قبل ملايين السنين بل تم انزاله للارض عبر النيازك وذلك منذ فترات تكوين الأرض.
خامات الحديد
الهيماتيتhématite:
وهو عبارة عن اكسيديك الحديديك Fe2O3 الذي يحتوي على نسبة 70% من الحديد ويوجد في الوان متعددة تتراوح ما بين الاحمر إلى اللون الرمادي أو الاسود ويوجد في احجام مختلفة ما بين كتل ضخمة إلى مسحوق.
الماجينيت:magénite
رمزه الكيميائي Fe3o4و يحتوي على نسبة 72,4%من الحديد ولونه اسود ذو بريق ولمعان كما يعد من أنقى خامات الحديد وهو ذو مغناطيسية عالية.
الليمونيت :
رمزه الكيميائي 2Fe3O3H2O حيث يحتوي على نسبة تتراوح بين 40% إلى 50% من الحديد ونسبة 10% من الماء يميل لونه إلى الاصفر البني أو يكون مخططا باللون الاحمر.
مصادر اخرى لفلز الحديد
اكاسيد الحديد الناتجة من عمليات معاجة كبريتيد الحديد في المصانع الكيميائية لإنتاج حمض الكبريتيك والمتولدة من اكسدة البيريت FeS2، ويحتوي الاكسيد الناتج نسبة حديد ما بين 55% إلى 60%.
مخلفات نواتج صناعة الالمنيوم من البوكسيت Bauxite حيث يتبقى في نهاية العمليات الصناعية خليط يحوي 30%حديد.
باقي عمليات استخلاص النحاس من خاماته وهي تحوي عادة نسبا عالية من الحديد، حيث تحوي الباقي من العمليات حوالي 50% حديد.
باقي عمليات استخلاص التيتانيوم وهي تحتوي على نسبة عالية من الحديد تصل إلى 40%.
وتمتاز هاته المصادر بالمميزات التالية:
-رخص سعرها بالنسبة إلى الخام المستخرج من باطن الأرض. -استخدامها يمثل طريقة من طرق استغلال نفايات المصانع التي يلزم التخلص منها حفاظا على نظافة البيئة من الملوثات الجامدة.
تحضير الخامات
عملية التكسير:
ان الخام الناتج من المناجم يكون عادة في صورة صخور كبيرة لا تتناسب مع عمليات الصهر لذا تجرى عليها عملية التكسير للوصول إلى الحجم المناسب.
عملية الفرز:
تتم هذه العملية بواسطة المغناطيس ليختار النسبة المعقولة من خام الحديد .
تعريض خام الحديد إلى فترة طويلة في الهواء كونها تحتوي على نسب كبيرة من الكبريت ليتحول إلى كبريتات يمكن ان تذوب في الماء عند الغسل.
عملية التكليس:
و هي عرض خام الحديد لدرجة الحرارة من اجل ازالة الرطوبة وما تبقى من الشوائب.
إنتاج الحديد
تتم صناعة الحديد باستخدام:
طريقة الفرن العالي
يدخل تيار من الهواء الساخن عبر انابيب النفخ الواقعة اسفله حيث يتفاعل الأكسجين مع الكوك مكونا CO
صعود غاز ساخن عبر شقوق الكوك فيتم اختزال أكاسيد الحديد.
يغادر الغاز قمة الفرن من المنافذ المتواجدة أعلاه.
يسيل الحديد المصهور و الخبث عبر طبقة الكوك نحو الموقد .
نواتج الفرن العالي
الخبث: يحتوي الخبث على كميات قليلة من أكاسيد الحديد , رماد الفحم حيث يستعمل في رصف الطرق وفي صناعة الاسمنت.
الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000م/طن.
حديد التمساح: يحتوي على 5% من الكربون وعلى 93% من الحديد، ولكن بإعادة صهره حيث يتم صناعة حديد الزهر .
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
لقد حدد تعبير "الاختزال المباشر "في الوقت الحالي بانه اسلوب احتزال اكاسيد الحديد لإنتاج الحديد منها باستعمال الغازات المختلفة كوسط مختزل وتتم هذه العملية عند درجة حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار اي من مواد الشحنة حيث تكون درجة حرارة الاختزال فيما بين c°800الى c°900 . وكان يعرف الحديد الناتج من هذه العملية باسم الحديد الاسفنجي ومع نهاية الثمانينات من القرن العشرين وصل إنتاج حديدالاختزال المباشر إلى حوالي 50مليون طن/سنة ،ويمكن القول بان العوامل المساعدة على زيادة إنتاج حديد الاختزال ترجع إلى مميزات هذا الاسلوب .
مميزات الاختزال المباشر
تمتاز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بمزايا عديدة ومن هذه المزايا التي ساعدت على ازدهار ونمو هذه الطريقة وخاصة في الدول النامية ما ياتي:
لا تحتاج هذه الطريقة إلى الكوك وهذا بدوره ادى إلى كثير من المزايا هي :
تقليل مخاطر اعتماد الصناعة على مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة.
عدم توافر الفحم الحجري المناسب لصناعة الكوك في الدول العربية .
ترتبط بصناعة الكوك مشكلات عديدة وخاصة ما يتصل بتلوث البيئة .
امكانية انشاء وحدات ذات طاقة إنتاجية صغيرة تكون تكلفة انشائها اقل بكثير من الافران العالية .
هذه التقنية بسيطة و حديثة الدول النامية يسهل استيعابها و استخدامها.
تتوافر في كثير من الدول مصادر الطاقة المطلوبة وعلى وجه التحديد الغاز الطبيعي.
لا تحتاج إلى فترة طويلة لانشاء الفرن العالي .
الحديد المنتج من هذه العملية خال من الكربون بينما حديد التمساح الناتج من الفرن العالي يحيوي تقريبا4% كربون.
إنتاج الحديد بالصهر
لقد ظهرت طرق بديلة لإنتاج الحديد، وبعض هاته العمليات تنتج الفولاذ مباشرة في خطوة واحدة بدلا من إنتاج الحديد ثم تنقيته لإنتاج الفولاذ. واهم هذه الطرق ما يعرف باسم الصهر، والاختلاف الأساسي بين الاختزال المباشر والصهر ان الناتج في الحالة الثانية يكون سائلا، بينما في الأوللى ينتج الحديد في صورة جامدة وتتم هاته العملية في فرن الصهر أو قد يكون الصهر و الاختزال باستخدام البلازما.
الاختزال وصهر البلازما:
يتضح من خلال الاسم ان هاته العملية تستخدم البلازما الناتجة عن تاين الغازات عند درجة حرارة حوالي 3000 °C ويحدث الصهر والاختزال البلازمي على مرحلتين:
يتم في الخطوة الأولى اختزال خام الحديد جزئيا بنسبة ما بين 50%إلى 60%في غرفتين مكونتين مهدا مميعا، قبل أن يتم خلطها مع الفحم و الحجر الجيري ويتحقق ذلك من خلال مولد البلازما في صورة فرن اسطواني مملوء بالكوك.
ويتم في الخطوة الثانية الاختزال النهائي والصهر وهي وحدة الفرن الاسطواني وهو يشبه إلى حد كبير الاختزال في الفرن العالي و الفرق الأساسي هو وجود مولد البلازما الذي يعمل بتاين الغازات بالقرب من القصبات.
طريقة ارند(Irned):
وتعتبر الطريقة الثانية الحديثة لإنتاج الحديد ثم الفولاذ في المفاعل نفسه بدون الحاجة إلى نقل الحديد المنتج إلى مفاعل واحد والوقود الأولي فيه هو الفحم وإنتاج الفولاذ من خام الحديد تتم في عمليتين متتاليتين مختلفتين:حيث يجري العمل بحقن حبيبات خام الحديد الناعم عن قمة الفرن بالإضافة إلى نشارة الفحم، والحجرالجيري والأكسجين ويؤدي ذلك إلى الصهر الومضي مع اختزال جزئي لخام الحديد الذي يكون في صورة معلقة مع بقية الشحنة ثم يلي ذلك صهر واختزال كلي للخام في الجزء الأسفل من المفاعل. والاضافات الجديدة في هذه الطريقة لإنتاج الفولاذهي:
استخدام فرن واحد بدلا من فرنين وانجاز العمل بدون الحاجة إلى نقل منتجات المرحلة الأولى المفاعلات المرحة التالية.
استخدام الطاقة بطريقة مثالية حيث ان الحرارة الزائدة المنطلقة من احتراق الفحم في القطاع العلوي يستفاد بها في توليد الطاقة الكهربائية يستخدم لإنتاج الفولاذ في الجزء الأسفل.
تصنيع منتجات الحديد
يستخدم أكثر من 90% من الحديد المنتج من الافران العالية في تصنيع الفولاذ و إنتاجه و الكمية الباقية يتم صبها في شكل حديد تمساح (كتل) ثم ينقل إلى وحدات السبك لإنتاج كل من الحديد الزهر والحديد المطاوع.
طرق تصنيع الفولاذ
الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون و لا تزيد نسبة الكربون فيها عن 2% ومن أهم طرق صناعة الفولاذ:
فرن القوس الكهربائي .
فرن المجمرة المكشوفة.
اولا:
بأسلوب فرن القوس الكهربائي :
تعتبر صناعة الفولاذ في فرن القوس الكهربائي، من أكثر أساليب الأفران الكهربائية استخدامًا لإنتاج الفولاذ . ويوجد بسقف فرن القوس الكهربائي ثقوب يتم فيها وضع ثلاثة قضبان من الكربون معروفة باسم الأقطاب توضع في الشحنة لتوصيل التيار الكهربائي إليها . المرحلة الأولى : الفرن، وسقفه محرك جانبً، أثناء شحنه بالخردة. ونادرًا ما يستخدم صناع الفولاذ حديد التمساح في الفرن الكهربائي، لكن يمكنهم استخدام حديد الاختزال المباشر إذا توفر بتكلفة مقبولة ورخيصة. المرحلة الثانية: يتقوس (يقفز) تيار كهربائي قوسي قوي بين الأقطاب والشحنة. وهذه الحركة تنتج كميات هائلة من الحرارة تصهر الشحنة وتحفزالتفاعلات الكيميائية التي تنتج الفولاذ. المرحلة الثالثة: يفصل العمال التيار الكهربائي عن الأقطاب عند الانتهاء من عملية التنقية، ثم يقومون بإمالة الفرن الذي يكون مثبتًا على قاعدة متحركة لصب الخبث. المرحلة الرابعة : بعد الانتهاء من صب الخبث يمال فرن القوس الكهربائي في الاتجاه المعاكس وينساب الفولاذ المنصهر من خلال فتحة في الفرن ويجمع في إناء.
وبيانات فرن القوس الكهربائي الموضح في الشكل هي كالآتي:
مسخنة من إنفجار مواقد كاوبر.
منطقة الذوبان.
الحد من منطقة Terric أكسيد.
الحد من منطقة الأكسيد الحديدية.
منطقة قبل التسخين.
إطلاق سراح المعدن الخام من خام الحجر الجيري و فحم الكوك.
غازات العادم.
عمود خام من الحجر الجيري وخام الكوك.
إزالة الخبث.
الاستفادة من مصهور الحديد الخام.
تجميع النفايات والغازات.
ثانيا:
المجمرة المكشوفة: اكتسبت هذه الطريقة اسم المجمرة المكشوفة لأن مجمرة هذا الفرن مفتوحة ومُعرَّضة مباشرة للّهب الذي يصهر الشحنة ويُبطن الفرن بالطوب الحراري وتغطى المجمرة بسقف منخفض في صورة قبو. ويبلغ طول فرن المجمرة المكشوفة حوالي 27م بينما يبلغ عرضه تسعة أمتار.
تشكيل الفولاذ
سبك الصبات:
يصب الفولاذ المنصهر إلى كتل تعرف باسم الصبات يدفق الفولاذ من مغرفة الصب إلى قوالب مصنوعة من الحديد الزهر , وبعد تجمد الفولاذ تقوم ملاقيط ضخمة بإزالة القوالب , وتنقل الكتل المصبوبة عندئذ إلى موقع تشريب (إلى اليسار) .
صب الجديلة :
تنتج عملية صب الجديلة فولاذًا خشنًا. ويجب إجراء بعض العمليات عليه للحصول على منتجات مفيدة، وأحيانًا يستعمل في صورته الأصلية دون أي معالجة. وفي هذه المرحلة يكون الفولاذ صلبًا على الرغم من أنه لا يزال متوهجًا , و يشكل الفولاذ في الموقع أو ينقل لأماكن أخرى حيث تجري عليه معالجات لاحقة.
استخدامات الحديد
من أبرز استخدامات الحديد ما يلي:
استخدامات الحديد الصلب ( الحديد الزهر ) :
يستخدم في صناعة الأدوات التي لا تتعرض للصدمات مثل : أنابيب المياه وأنابيب الغاز.
استخدامات الحديد المطاوع ( الحديد اللين ) :
ويستخدم في صنع المغناطيسيات الكهربائية المؤقتة المستخدمة في الأجهزة الكهربائية ، كما يستخدم في قضبان التسليح المستخدمة في البناء.
استخدامات الحديد الصلب ( الفولاذ ) :
يستخدم في صناعة السفن وقضبان سكك الحديد والجسور.
استخدمات سبائك الصلب :
صلب النيكل : ( المتكون من الحديد الصلب والنيكل ) يجعل السبيكة تقاوم تآكل الصدأ مما يزيد من صلابتها ومتانتها وتستخدم في صناعة السيارات.
صلب الكروم : ( المتكون من الحديد الصلب والكروم )، مما يجعل السبيكة أكثر صلابة وتستخدم في صناعة كرة من الحديد التي تسهل حركة محاور المحركات والتي يطلق عليها ( رمان بلي ) .
الاعباء البيئية لصناعة الحديد
تلوث البيئة المحيطة بالمنطقة الصناعية نتيجة:
انبعاث غازات سامة من الافران إلى الجو الخارجي التي تؤدي إلى:
آثار ضارة على صحة العاملين.
التأثير القاتل على المحاصيل الزراعية.
ارتفاع درجة حرارة الجو.
تلوث مياه المجاري نتيجة المياه المنصرفة من المصانع.
تصاعد الأتربة من قمة الفرن عند صب الحديد.
الحد من التلوث
الاستفادة من الغازات الضارة المتصاعدة من قمم الافران بعملية استرجاع لها و اعادة شحنها مرة ثانية.
معالجة مياه وحدات التصنيع حيث يمكن اعادة استعمالها أو صرفها.
تجميع الاتربة المتصاعدة.
إمكانية استرجاع المواد الجامدة ذات النفع وإعادة استخدامها في التصنيع..
الاستفادة من غاز ثاني أكسيد الكبريت في تصنيع حمض الكبريتيك، أو إنتاج عنصر الكبريت.
كثيرا ما تنطلق الغازات عند درجات حرارة عالية أي أنها تحمل طاقة مخزونة فيها، ومن المحبذ استرجاع الطاقة بدلا من فقدها.
تجميع أول أكسيد الكربون واستخدامه وقودا في المواقد.
منقول
» افتقدك يا امى
» كل عام وانتم بخير
» انتم فييييييييييييييييييييييييييييييييين
» طال الغياب
» كل سنة وانتم بخير
» كل عام وانتم بخير
» entooo feeeen ya gd3an
» الحب و الكرامة
» لن احب بعدك !!!
» كل سنه وميروو طيبة
» الف الف مبروووووووك
» الملكه فريده وصلت يا جدعان كله يدخل يزغرط ويهنى
» نصـف دمـوع المـرأة هي منـــك
» عندما تغار المرأة .. تبكي وعندما يغار الرجل .. يصمت
» اى جمل راح تخطار \ى ؟؟؟
» كل سنه وانتى طيبه يارونى
» لمن يجرؤ فقط 15 سؤال؟؟
» قل هذا الذكر يوميا في شهر رمضان وكأنك ذكرت الله الليل مع النهار !!!
» أخاف أن أحبك ...أخاف منك وعليك
» الوحده
» تهنئة خاصة من القلب
» أعــمال يــحبها الله فـي رمـضـان
» جنازة الحب
» الصرخة
» عندما تشعر بأنك تحب
» أنتظرها
» صفعة وردها
» ليكـى يا من كنتى حبيبتى
» وتكلـــــــــــم الصمـــــــــــــت
» النتيجة
» احزان ولكن
» لعبه الشايب بس جاااامده يارب تعجبكو ؟؟
» كل سنة وانتي طيبة يا أيوووووووووووووووووووش
» كل سنه وانت طيب يازيزو
» >>>====> أبجدية خواطر من الألف الى الياء <====<<<
» لعبه مش وحشه ( ادخل وجرب )
» بعد شهرين من الزواج .. كانت المفاجأة
» الجمال في الرجل و ليس في المرأة وعذراَ لحواء
» حبيبي اعذرني فأنت لست لي الآن
» بقايا حطام
» هل نحن نكتب الألم أم هو من يكتبنا ؟؟؟؟
» انا لست ...كباقى النساء.......
» افتتاح اكبر كوفى شوب فى المنتدى ...
» ## عبر عن مذاجك باغنية كل يوم ##
» حكمة اليوم
» لعبه كان اسمه ايه ؟؟؟
» ترحيب جامد جدااااااا بشباب اسكندرية
» ترحيب جااامد بالعضو eng.ebrahim
» الفرق بين المراه والرجل ؟ يلا عشان مفيش حد يزعل
» أقوى ويندوز Xp معدل على الاطلاق Windows Vista Aero Broken
» اشياء تؤلمنى
» قصة الحب والجنون
» مساله وقت؟؟
» امراه شرقيه
» زوجة مثالية
» نزف إحساس
» انا بحبك اكتر
» ترحيب بالعضو الجديد أبوسارة
» أرجـوك يا زوجـي لا تحبني !!
» الحب يعزف الرحيل
» لكــل من فقد الأمل بالحياة
» من كتابات عائض القرني
» علمتنى الحياااااااااااه
» كل سنه وانتي طيبه يامريوووووووووم
» وصفة دكتور فيل للنجاح
» وحشتونى .......وهتوحشونى
» ..علمنى غموضى..
» نصائح الخبراء للطلاب والطالبات عن كيفية الاستعداد للامتحانات؟؟
» عواقب الرماد البركانى فى جنوب اوروبا
» عندما اتحدث مع قلبى
» تفسير القران الكريم فقط ضع الماوس على الايه
» خواطر وتسابيح ( سورة الكهف )
» عوامل تضييع الأوقات
» كن كالطير تبلغ مرادك
» لا بديل عن الرحيل
» كـــــــ سنه وانت طيب ــــــــــل
» بالشفاء بأذن الله د / فايز
» طريقه عمل الكبه
» الاهلى يتأهل الى دور المجموعات
» معني الحب
» قواعد مفيده لتربيه طفلك دينيا
» الحسن البصري
» رسالة حب تحت مخدة نومها
» رسالة إلى عمري
» مثال للمرأة الناجحة في ادارة المجتمع
» فوائد اخراج اللسان(مهمه)
» الصداقه
» المفاهيم الخاطئه لصلاه الاستخاره
» هل ستتزوج هذه الفتاه ؟؟؟؟؟
» لحظاتى الاخيره
» الرجل التي دفعت اسرائيل الملايين لنيل منه ولكنها لم تنجح
» حوار بين حبيبين قبل الفراق
» حنين إلى أعز الناس
» الرجل التي دفعت اسرائيل الملايين لنيل منه ولكنها لم تنجح
» جنـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــة
» جنة وجنا رحمك الله
» غرفه الدردشة الحره
» ممكن تقرأ القصة دى ؟؟؟؟