الحديد تاريخه وأهميته وأهم الصناعات
الحديد يعد أكثر عنصر مهم تم اكتشافه، حيث يستخدم في العديد من الصناعات، والآن يعتبر هو أساس التطور الذي نشهده في الصناعات المتقدمة، وبالرغم من كثرة المحاولات التي تقام من أجل إيجاد عنصر بديل له نفس كفاءة الحَديد لكنه سوف يظل الأساس واختفاء عنصر الحديد من الطبيعة يشكل كارثة طبيعية.
تاريخ انتاج الحديد
كان بداية انتاج الحَديد في مصر في الأربعينات في مصانع مخصصة لصناعة الحديد والاستفادة من الخردة التي ظلت من الحرب العالمية الثانية من خلال صهرها داخل الفرن العالي تدار بالوقود السائل، بعد ذلك تصب داخل القوالب حتى يشكل حديد التسليح
في أواخر مرحلة الخمسينات تم تأسيس أول شركة شاملة للحديد والصلب في حلوان، وتم تزويدها بالآلات من دولة ألمانيا من أجل الاستفادة من الحديد الذي يتم استخلاصه من اسوان.
ومن خلال استعمال الأفران الحديثة يتم صهر الحَديد مع فحم الكوك الأصلي ويشكل يدويا ثم يتم تحويله إلى صلب.
وفي عام 1972م تم إنشاء مجمع الحَديد والصلب وتم تزويده بالآلات من دولة روسيا واستعمل به تقنية الأفران العالية، وبعد مرور عام بلغ إنتاج الحديد حوالي مليون طن من جميع اشكال الحديد.
مع أوائل مرحلة الثمانينات تم تأسيس مصنع أخر في اسكندرية بالتعاون مع اليابان، يقوم بالاعتماد على تقنية حديثة في إنتاج الحَديد عن طريق اختزال أنواع ذات جودة عالية من الحَديد، وتم الاستغناء عن فحم الكوك واستخدام بدلا منه الغاز الطبيعي، ثم تحويله إلى حديد من النوع الاسفنجي تبلغ نسبته حوالي 90%.
بعد ذلك يُصهر الحَديد في الافران العالية ويُصب ثم يشكل إلى الشكل النهائي، وبدأ المصنع بانتاج حوالي 800 ألف طن من الحديد في سنة 1986م، وبعد ذلك سعى المصنع في التطوير من خلال استخدام طاقات عالية وخطوط حديثة مما ادى إلى زيادة الانتاج إلى ما يبلغ 1.8 مليون طن.
وفي السنوات التالية بدأ قطاع الحديد والصلب ينمو طردياً متلائمة مع الوضع الاقتصادي وخطط التطوير، حيث بلغ معدل استيراد الحديد تقريبا 1.5 مليون طن في العام، لهذا سعى العديد من المستثمرين إلى الاتجاه إلى إنتاج الحديد والصلب.
خامات الحديد
يوجد أنواع رئيسية للحديد، كل نوع يختلف عن الأخر في تكوينه وصفاته والخصائص الفيزيائية، وفيما يلي نوضح هذه الأنواع:
خام الليمونيت:
- يرمز إلى خام الليمونيت برمز 2Fe2O3H2O.
- يوجد في خام الليمونيت حوالي 40% من عنصر الحديد.
- مقدار المياه فيه نسبتها تقدر 10 %.
- لونه أصفر يميل إلى اللون البني.
خام الهيماتيت:
- يدخل في تكوين خام الهيماتيت مادة أكسيد الحديد.
- يرمز إلى الخام بالرمز الكيميائي Fe2O3.
- يتصف بتعدد الألوان فيه فمنه اللون الأحمر، الأسود، والرصاصي.
- يعتمد تحديد كمية الشوائب وحجمها طبقا إلى اللون.
- شكل خام الهيماتيت يكون على هيئة بودر أو كتلة عملاقة.
خام الماجينيت:
- يرمز إلى خام الماجينيت كيميائيا بـ .Fe3O4
- يوجد فيه تقريبا 72% من عنصر الحديد.
- تتصف ألوان الماجينيت بالبريق اللامع خاصة اللون الأسود.
- يعد هذا النوع من الأنواع النقية من الحديد.
المواد التي تدخل في صناعة الحديد
هناك العديد من انواع الحَديد والمواد التي تدخل في صناعة الحَديد، حيث يتم اتحاد هذه المواد مع بعضها من خلال بعض العمليات حتى يتم انتاج خام الحَديد، وهذه المواد هي:
التلبيد:
يتم اتحاد التلبيد مع فحم الكوك تحت تأثير درجة حرارة مرتفعة من أجل تنقيته من الشوائب الموجود به، لكن التلبيد يحتوي على نسبة قليلة من عنصر الحَديد عكس الماجنتيت الذي يحتوي على 72% من الحديد.
خام الحَديد:
هو عبارة عن اتحاد أكسيد الهيماتيت مع الماجنتيت والليمونيت وبعض من المواد الصخرية، وتعادل حوالي 20% إلى 70% من نسبة الحديد.
الحجر الجيري:
هو المصدر الرئيسي لمادة كربونات الكالسيوم التي توجد في مكونات الحديد، ويتوفر الحجر الحجر الجيري في العديد من الأماكن، ومن الجدير بالذكر أنه يمكن مزج الحديد مع عناصر معدنية أخرى من أجل تشكيل مواد متنوعة مثل المانجنيز، النيكل، النحاس وغيرها.
فحم الكوك:
يتم تكوين فحم الكوك من خلال تسخين عنصر الكربون الخالي من الشوائب مع الفحم الأصلي.
طريقة صناعة الحَديد
هناك أكثر من طريقة يمكن الاعتماد عليها في انتاج الحَديد العادي والحديد المجلفن، من أبرزها ما يلي:
طريقة الصناعة داخل الفرن العالي
- تستخدم أنابيب النفخ التي توجد في الفرن العالي، وعند صدور هواء درجة حرارته مرتفعة يعرض الحَديد إلى هذا الهواء.
- ثم يتم تفاعل الفحم الحجري مع عنصر الأكسجين، ومن خلال ذلك يتم انتاج غاز أول اكسيد الكربون.
- يتم تمرير الغاز عن طريق الثقوب الموجوده في الفحم الحجري حتى يختزل أكسيد الحَديد المتكون.
- يتغير غاز أول اكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون، ويوجد مواد تفرز عن طريق تلك الثقوب مثل الغازات، الحَديد المنصهر، وأكسيد الحَديد.
طريقة الصهر
تستخدم هذه الطريقة بشكل مباشر من اجل انتاج الفولاذ، ومن خلال خطوة فقط يتم تشكيل الحَديد على هيئة سائل، ويتم صهر الحَديد على خطوتين هما: الصهر في الفرن، واستعمال البلازما للاختزال.
تتم خطوة الصهر في الفرن عن طريق عملتين:
- أول عملية يتم استخدام فرن كهربائي على هيئة أسطوانة بها ثم يملأ بالفحم، ويترك الحَديد حتى يُختزل بشكل جزئي.
- ثاني عملية يمزج الحجر الجيري مع الحَديد والفحم حتى يختزل، بعد ذلك يتم صهر الخام.
طريقة أرند
هذه أحدث طريقة في إنتاج الحَديد، تتميز إتمامها داخل فرن واحد فقط، وتُولد الطاقة الكهربائية عن طريق الطاقة الحرارية النابعة من الفحم المحترق، مما يترتب عليه الحفاظ على البيئة من التلوث، وينتُج الحَديد عن طريق خطوتين هما:
يتم في اول خطوة وضع كلا من في الفرن:
- الاكسجين.
- الحجر الجيري.
- نشارة الفحم.
- حبيبات الخام.
وفي ثاني خطوة يحدث انصهار للحديد واختزاله، ثم ينتقل الحديد إلى الفرن الكهربائي.
أنواع واستخدامات عنصر الحديد
هناك 3 انواع من الحَديد لكل نوع استخدام مختلف عن الآخر، نذكر كلا منهم على حدة كما يلي:
الحَديد المطاوع
يتم انتاجه عن طريق تسخين الحَديد بطريقة متكررة لعدة مرات، كما أنه يحتوي على عنصر الكربون بنسبة 1%، ومن الشوائب 4%.
أنواعه:
- الأسود.
- الدائري.
- الشريط.
- الصفائح.
- القضبان.
خصائصه:
- درجة انصهارة مرتفعة تبلغ 1500 درجة.
- درجة جاذبيته تصل إلى 7.8.
- قدرته على عدم التأثر بالمياه المالحة.
- قوة ضغطه تبلغ تقريبا 2000 كيلوغرام.
- من السهل تشكيله بسبب مرونته.
- يستطيع مقاومة الصدأ والتآكل.
يستخدم في صناعة:
- العناصر المغناطيسية التي تعمل بشكل مؤقت.
- الصواميل.
- المسامير.
- مواد التزيين الحديدية.
- أنابيب المياه.
- حدوة الحصان.
- ألواح السقف.
الحَديد النقي
يعتبر الحَديد النقي النوع الأهم استخداماً، حيث لا يتوفر في الطبيعة بشكل منفردة، فغالبا يدخل في تركبيه أكسيد الهيماتيت، كما يتصف باللون الرمادي اللامع والأبيض.
أنواعه:
- ألفا الفريت.
- الأوستينيت.
- دلتا الفريت.
خصائصه:
- سرعة تأكسده في المياه المخلوط بالاكسجين أو الهواء النقي.
- سهولة توصيله بالكهرباء والحرارة.
- يتصف بمرونته والليونة أثناء التشكيل.
- يتميز بنقائه من الشوائب.
- يحتوي على نسبة كبيرة من المغناطيس.
يستخدم في:
- المجال الطبي خاصة في الكيمياء التحليلية.
- المجال الهندسي واللاسلكي والذري.
- تصنيع سبائك عالية الجودة تستطيع مقاومة الحرارة.
- تصنيع المواد المغناطيسية.
حديد الصلب
يعتبر من أهم الأنواع التي تستعمل في تصنيع السبائك الحديدية، كما أن السيليكون يوجد فيه بنسبة 3%، والكربون بنسبة 2%.
أنواعه:
- الأبيض.
- الدكتايل.
- الرمادي.
- القابل للتشكيل.
- المبرد.
- المرقش.
- المقوي.
خصائصه:
- درجة مقاومته عالية.
- ثقله النوعي يبلغ 7.5.
- حجمه يقل عند وضعه في المياه المالحة.
- درجة انصهاره حوالي 1250 درجة.
- عدم انجذابه إلى المغناطيس.
- مقاومته تصل إلى 150 نيوتن.
يستخدم في:
يتم درفلة الحديد واستخدامه في صناعة التالي/
- أعمدة الحديد الخاصة بالإنارة.
- مختلف أنواع المواسير وأنابيب البخار والماء.
- السلالم المعدنية.
- عجلات النقل ذات الحجم الكبير.
- قضبان السكك الحديدية.
- معظم الآلات الزراعية.
- الأسلاك الشائكة.
المصادر
https://www.startimes.com/?t=10950399
https://www.steel-network.com/index.php?go=report&more=65
تعليقات