"محتويات
الحديد
أنواع خامات الحديد وخصائصها
مراحل استخلاص الحديد من خاماته
طرق إنتاج الحديد
طريقة الفرن العالي
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
إنتاج الحديد بالصهر
الحديد
يمثل عنصر الحديد نحو 5 % من قشرة الأرض ويأتي في المرتبة الرابعة بعد الأكسجين، والسيليكون، والألومنيوم من حيثُ كميتة، ويعتبر الحديد من أهم العناصر التي قامت عليها الحضارة الحديثة على الإطلاق ويرمز للحديد بالرمز الكيميائي Fe، كما يُعدّ الحديد من العناصر الانتقالية التي توجد في الدورة الرابعة والمجموعة الثامنة ومن أهم خصائصه ما يلي:
قابليته للطرق والسحب.
يسهل تشكيله.
جيد التوصيل للحرارة والكهرباء.
ينصهر عند درجة حرارة 1535 مئوية ويتميز بكثافة نوعية 6.86 جم/سم?.
ويدخل الحديد في العديد من الصناعات الثقيلة منها ما يلي:
صناعة العملات المعدنية.
صناعة السيارات والمعدات الثقيلة.
صناعة الرافعات.
صناعة أعمدة الإنارة.
صناعة المعدات والآلات الزراعية.
يدخل في إنشاء الكباري والأبراج والسدود.
أنواع خامات الحديد وخصائصها
يوجد من الحديد أربع أنواع وهي كالتالي:
الحديد الزهر الأبيض: يتكون من نسبة قليلة من السيليكون ونسبة عالية من المنجنيز.
الحديد الزهر الرمادي: يتكون من نسبة منخفضة من الكربون وسوائل أخرى.
الحديد الصلب: حيث يحتوي على نسبة 8. : 1.5? كربون.
سبائك الصلب: تتكون من الكربون و معدن واحد أو أكثر مثل النيكل أو الكروم أو الفانديوم.
خامات الحديد الطبيعية
عنصر الحديد لا يوجد بصورة متفردة في طبقات الأرض بل يوجد مع عناصر أخرى ومن أهم خامات الحديد:
الهيماتيت: ورمزه الكيميائي هو (Fe2O3) يتميز بلونه الأحمر ويحتوي على نسبة 70?.
المجانيتيت: ورمزه هو (Fe3O4) ويوجد باللّون الأسود ويحتوي على نسبة 72?
ليمونيت: ورمزه هو Fe2O3.3H2O) مميز بلونه البني ويحتوي على نسبة 60?
بيريت: يرمز إليه ب (Fes) لونه أصفر باهت لأنّه يحتوي على نسبة كبيرة من الكبريت.
سيدريت: ويتميز بلونه البني الفاتح ويحتوي على نسبة 48?.[1]
أنواع الشوائب
يوجد مع عنصر الحديد مجموعة من العناصر الأخرى لذلك لا بد من تنقية الحديد من هذه الشوائب التي تتمثل فيما يلي:
السيليكا والألومنيوم والكبريت الذي يوجد في صورة FeS، FeSO4، ويتمّ تنقية الحديد منه باستخدام الحجر الجيري، وذلك من خلال تفاعل الحجر الجيري مع هذه الشوائب لينتج معقد من سيليكات كلا من كالسيوم وماغنسيوم والومنيوم التي تٌعرف بالخبث.
يتمّ استخدام كميّات قليلة من عنصر المنجنيز تنقية الحديد من الشوائب لينتج ذلك ما يٌعرف كبريتات المنجنيز.
مراحل استخلاص الحديد من خاماته
تتمّ عملية استخراج الحديد من طبقات الأرض عن طريق التفجيرات حيثُ يحدث تكسير للصخور الكبيرة إلي صخور بأحجام صغيرة يسهل نقلها بواسطة الشاحنات الكبيرة، ثمّ طحنها ونقل خام الحديد المستخلص إلى فرن بدرجة حرارة عالية، حيثُ يتمّ حرق فحم الكوك لصهر خام الحديد ولإنتاج أول أوكسيد الكربون حيث يتفاعل مع أوكسيد الحديد لاستخراج حديد عنصري كما يتمّ إضافة الحجر الجيري لتنقيته من الشوائب.[2]
ومن التفاعلات الكيميائية التي تحدث للحديد داخل فرن الانصهار ما يلي:
اختزال خام الحديد: حيث يتفاعل أول أوكسيد الكربون مع أوكسيد الحديد لإنتاج الحديد من خلال التفاعل الاتي:
Fe2O3 + CO —–> CO2 + 2Fe3O4
Fe3O4 + CO —–> 3FeO + CO2
3FeO + 3 CO —-> 3Fe + 3CO2.
حرق فحم الكوك لإنتاج أول أوكسيد الكربون من خلال التفاعل الآتي:
C + O2 —–> CO2
CO2 + C —> 2CO
تفاعل الحجر الجيري مع الشوائب:
حيث تؤدي الحرارة العالية داخل الفرن إلى تفكك الحجر الجيري إلى أوكسيد الكالسيوم وثاني أوكسيد الكربون من خلال التفاعل الأتي:
CaCO3 + heat —-> CaO + CO2
CaO + SiO2 ——–> CaSiO3
2Mn + SiO2 ——–> MnO + Si
MnO2 + 2C ———> Mn + 2CO
FeS + Mn ————> Fe + Mn
FeS + CaO + C —-> CaS + Fe + CO
طرق إنتاج الحديد
طريقة الفرن العالي
يتمّ ضخ كميّة من الهواء الساخن من خلال أنابيب النفخ الموجودة أسفل الفرن، ليحدث تفاعل مع الفحم الحجري (الكوك)، وينتج هذا التفاعل أول أكسيد الكربون CO.
ينتج ذلك صعود غاز ساخن من خلال فتحات الكوك في هذه الحالة يتم اختزال أكاسيد الحديد، ينتج أول أكسيد الكربون، بعدها يخرج الغاز الساخن من فتحات الفرن ويبقى الحديد المنصهر والخبث.
نواتج الفرن العالي
الخبث: يتكون من نسبة صغيرة من أكاسيد الحديد، ورماد الفحم لذلك يتمّ استخدامه في رصف الطرق وفي صناعة الأسمنت.
الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000 م/طن.
حديد التمساح: يحتوي على 5 % من الكربون وعلى 93 % من الحديد، ولكنه يكون أكثر هشاشة لذا يتمّ إعادة صهره وينتج منه حديد الظهر.
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
تتمّ عملية إنتاج الحديد بالاختزال عن طريق اختزال أكاسيد الحديد لاستخراج الحديد منها من خلال استخدام الغازات المختلفة كوسط مختزل، وتحتاج هذه الطريقة إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الانصهار، حيث تكون درجة الحرارة بين c°800 الى c°900.
ويطلق على الحديد الذي تمّ إنتاجه من خلال هذه الطريقة باسم الحديد الإسفنجي، وقد وصل إنتاج الحديد بالاختزال إلى نحو 50 مليون طن/ سنة وذلك في أواخر الثمانينيات من القرن العشرين، ومن أهم العوامل التي ساعدت في إنتاج الحديد بهذه الطريقة ترجع إلى مميزات هذه الطريقة.
مميزات الاختزال المباشر
تتميز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بالعديد من المزايا مما يجعلها من أهم وأفضل طرق إنتاج الحديد وخاصة في الدول النامية وذلك لأنّ هذه الطريقة لا تتطلب استخدام الكوك وهذا يعتبر من أكثر مما يميز هذه الطريقة بالإضافة إلى الكثير من المميزات الأخرى ومنها ما يلي:
عدم الاعتماد على استخدام مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة بصورة كبيرة.
لا يوجد فحم الكوك في الدول العربية، بالإضافة إلى الملوثات البيئة الناتجة عن استخدام الكوك في إنتاج الحديد.
كما يمكن بناء وحدات بتكلفة صغيرة لإنتاج الحديد أقل تكلفة من الأفران العالية.
تعتبر هذه التقنية من التقنيات الحديثة لإنتاج الحديد التي تستخدم في الدول النامية.
يتمّ استخدام مصادر الطاقة المتوافرة في الدول النامية لإنتاج الحديد بهذه الطريقة مثل الغاز الطبيعي.
الحديد الذي يتمّ إنتاجه من خلال هذه الطريقة خالي من الكربون بينما الحديد الناتج عن الفرن العالية يحتوي على نسبة 4 % من الكربون.
إنتاج الحديد بالصهر
لقد ظهرت طرق أخرى لإنتاج الحديد والفولاذ بطريقة مباشرة وبخطوة واحدة بدلاً من عملية إنتاج حديد الزهر الذي يمر بمرحلة التنقية ليتمّ استخراج الفولاذ ومن أبرز هذه الطرق طريقة الصهر، والاختلاف بين طريقة إنتاج الحديد بالصهر عن طريقة إنتاجية بالاختزال لأنّ الحديد ينتج في الحالة السائلة من عملية الاختزال أمّا عملية الصهر يتمّ إنتاج الحديد في صورة صلبة وتحدث هذه العملية في فرن الصهر أو عن طريق الصهر والاختزال باستخدام البلازما.[3]
قائمة الدول حسب إنتاج خام الحديد استنادًا إلى بيانات المسح الجيولوجي الأمريكية
مرتبة
بلد
إنتاج خام الحديد القابل للاستخدام
(ألف طن)
عام
العالمية
2500000
2019
1
أستراليا
930000
2019
2
البرازيل
480000
2019
3
الصين
350.000
2019
4
الهند
210000
2019
5
روسيا
99000
2019
6
جنوب أفريقيا
77000
2019
7
أوكرانيا
62000
2019
8
كندا
54000
2019
9
الولايات المتحدة الأمريكية
48000
2019
10
كازاخستان
43000
2019
11
إيران
38000
2019
12
السويد
37000
2019
13
المكسيك
23000
2019
14
بيرو
15000
2019
15
تشيلي
14000
2019
16
موريتانيا
13300
2017
17
فنزويلا
12000
2017
18
فيتنام
9570
2017
19
منغوليا
7695
2017
20
ديك رومي
6700
2017
21
كوريا الشمالية
5250
2017
22
سيرا ليون
4720
2017
23
ماليزيا
3920
2017
24
نيوزيلندا
3490
2017
25
النمسا
2800
2017
26
اليونان
2284
2017
27
ليبيريا
1930
2017
28
البوسنة والهرسك
1622
2017
29
كولومبيا
715
2017
30
الجزائر
600
2017
31
باكستان
547
2017
32
مصر
500
2017
33
كوريا الجنوبية
310
2017
34
تونس
200
2017
35
لاوس
110
2017
36
توجو
60
2017
37
بوتان
28
2017
38
المغرب
15
2017
قائمة بالدول حسب إنتاج الحديد الخام
مرتبة
بلد
1980
2013
2015
العالمية
506
1168
1180
1
الصين
38
709
710
2
اليابان
87
84
84
3
الهند
85
50
54
4
روسيا
50
51
5
كوريا الجنوبية
5.6
41
47
6
البرازيل
13
26
30
7
ألمانيا
36
27
28
8
الولايات المتحدة الأمريكية
62
30
26
9
أوكرانيا
29
25
10
المملكة المتحدة
6.2
9.4
9
بلدان اخرى
246
91
101
قائمة لمنتجي تراب الحديد (حَسَبَ خدمة الجيولوجيا الأمريكية US Geologic Survey)
الدولة
الإنتاج بملايين الأطنان المترية (سنة 2006)
الصين
520
أستراليا
270
البرازيل
250
الهند
150
روسيا
105
أكرانيا
73
الولايات المتحدة
54
جنوب أفريقيا
40
إيران
35
كندا
33
السودان
24
فنزويلا
20
كازاخستان
15
موريتانيا
11
دول أخرى
43
المجموع
1690
المراجع
الوسوم
الحديد"
الحديد
أنواع خامات الحديد وخصائصها
مراحل استخلاص الحديد من خاماته
طرق إنتاج الحديد
طريقة الفرن العالي
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
إنتاج الحديد بالصهر
الحديد
يمثل عنصر الحديد نحو 5 % من قشرة الأرض ويأتي في المرتبة الرابعة بعد الأكسجين، والسيليكون، والألومنيوم من حيثُ كميتة، ويعتبر الحديد من أهم العناصر التي قامت عليها الحضارة الحديثة على الإطلاق ويرمز للحديد بالرمز الكيميائي Fe، كما يُعدّ الحديد من العناصر الانتقالية التي توجد في الدورة الرابعة والمجموعة الثامنة ومن أهم خصائصه ما يلي:
قابليته للطرق والسحب.
يسهل تشكيله.
جيد التوصيل للحرارة والكهرباء.
ينصهر عند درجة حرارة 1535 مئوية ويتميز بكثافة نوعية 6.86 جم/سم?.
ويدخل الحديد في العديد من الصناعات الثقيلة منها ما يلي:
صناعة العملات المعدنية.
صناعة السيارات والمعدات الثقيلة.
صناعة الرافعات.
صناعة أعمدة الإنارة.
صناعة المعدات والآلات الزراعية.
يدخل في إنشاء الكباري والأبراج والسدود.
أنواع خامات الحديد وخصائصها
يوجد من الحديد أربع أنواع وهي كالتالي:
الحديد الزهر الأبيض: يتكون من نسبة قليلة من السيليكون ونسبة عالية من المنجنيز.
الحديد الزهر الرمادي: يتكون من نسبة منخفضة من الكربون وسوائل أخرى.
الحديد الصلب: حيث يحتوي على نسبة 8. : 1.5? كربون.
سبائك الصلب: تتكون من الكربون و معدن واحد أو أكثر مثل النيكل أو الكروم أو الفانديوم.
خامات الحديد الطبيعية
عنصر الحديد لا يوجد بصورة متفردة في طبقات الأرض بل يوجد مع عناصر أخرى ومن أهم خامات الحديد:
الهيماتيت: ورمزه الكيميائي هو (Fe2O3) يتميز بلونه الأحمر ويحتوي على نسبة 70?.
المجانيتيت: ورمزه هو (Fe3O4) ويوجد باللّون الأسود ويحتوي على نسبة 72?
ليمونيت: ورمزه هو Fe2O3.3H2O) مميز بلونه البني ويحتوي على نسبة 60?
بيريت: يرمز إليه ب (Fes) لونه أصفر باهت لأنّه يحتوي على نسبة كبيرة من الكبريت.
سيدريت: ويتميز بلونه البني الفاتح ويحتوي على نسبة 48?.[1]
أنواع الشوائب
يوجد مع عنصر الحديد مجموعة من العناصر الأخرى لذلك لا بد من تنقية الحديد من هذه الشوائب التي تتمثل فيما يلي:
السيليكا والألومنيوم والكبريت الذي يوجد في صورة FeS، FeSO4، ويتمّ تنقية الحديد منه باستخدام الحجر الجيري، وذلك من خلال تفاعل الحجر الجيري مع هذه الشوائب لينتج معقد من سيليكات كلا من كالسيوم وماغنسيوم والومنيوم التي تٌعرف بالخبث.
يتمّ استخدام كميّات قليلة من عنصر المنجنيز تنقية الحديد من الشوائب لينتج ذلك ما يٌعرف كبريتات المنجنيز.
مراحل استخلاص الحديد من خاماته
تتمّ عملية استخراج الحديد من طبقات الأرض عن طريق التفجيرات حيثُ يحدث تكسير للصخور الكبيرة إلي صخور بأحجام صغيرة يسهل نقلها بواسطة الشاحنات الكبيرة، ثمّ طحنها ونقل خام الحديد المستخلص إلى فرن بدرجة حرارة عالية، حيثُ يتمّ حرق فحم الكوك لصهر خام الحديد ولإنتاج أول أوكسيد الكربون حيث يتفاعل مع أوكسيد الحديد لاستخراج حديد عنصري كما يتمّ إضافة الحجر الجيري لتنقيته من الشوائب.[2]
ومن التفاعلات الكيميائية التي تحدث للحديد داخل فرن الانصهار ما يلي:
اختزال خام الحديد: حيث يتفاعل أول أوكسيد الكربون مع أوكسيد الحديد لإنتاج الحديد من خلال التفاعل الاتي:
Fe2O3 + CO —–> CO2 + 2Fe3O4
Fe3O4 + CO —–> 3FeO + CO2
3FeO + 3 CO —-> 3Fe + 3CO2.
حرق فحم الكوك لإنتاج أول أوكسيد الكربون من خلال التفاعل الآتي:
C + O2 —–> CO2
CO2 + C —> 2CO
تفاعل الحجر الجيري مع الشوائب:
حيث تؤدي الحرارة العالية داخل الفرن إلى تفكك الحجر الجيري إلى أوكسيد الكالسيوم وثاني أوكسيد الكربون من خلال التفاعل الأتي:
CaCO3 + heat —-> CaO + CO2
CaO + SiO2 ——–> CaSiO3
2Mn + SiO2 ——–> MnO + Si
MnO2 + 2C ———> Mn + 2CO
FeS + Mn ————> Fe + Mn
FeS + CaO + C —-> CaS + Fe + CO
طرق إنتاج الحديد
طريقة الفرن العالي
يتمّ ضخ كميّة من الهواء الساخن من خلال أنابيب النفخ الموجودة أسفل الفرن، ليحدث تفاعل مع الفحم الحجري (الكوك)، وينتج هذا التفاعل أول أكسيد الكربون CO.
ينتج ذلك صعود غاز ساخن من خلال فتحات الكوك في هذه الحالة يتم اختزال أكاسيد الحديد، ينتج أول أكسيد الكربون، بعدها يخرج الغاز الساخن من فتحات الفرن ويبقى الحديد المنصهر والخبث.
نواتج الفرن العالي
الخبث: يتكون من نسبة صغيرة من أكاسيد الحديد، ورماد الفحم لذلك يتمّ استخدامه في رصف الطرق وفي صناعة الأسمنت.
الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000 م/طن.
حديد التمساح: يحتوي على 5 % من الكربون وعلى 93 % من الحديد، ولكنه يكون أكثر هشاشة لذا يتمّ إعادة صهره وينتج منه حديد الظهر.
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
تتمّ عملية إنتاج الحديد بالاختزال عن طريق اختزال أكاسيد الحديد لاستخراج الحديد منها من خلال استخدام الغازات المختلفة كوسط مختزل، وتحتاج هذه الطريقة إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الانصهار، حيث تكون درجة الحرارة بين c°800 الى c°900.
ويطلق على الحديد الذي تمّ إنتاجه من خلال هذه الطريقة باسم الحديد الإسفنجي، وقد وصل إنتاج الحديد بالاختزال إلى نحو 50 مليون طن/ سنة وذلك في أواخر الثمانينيات من القرن العشرين، ومن أهم العوامل التي ساعدت في إنتاج الحديد بهذه الطريقة ترجع إلى مميزات هذه الطريقة.
مميزات الاختزال المباشر
تتميز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بالعديد من المزايا مما يجعلها من أهم وأفضل طرق إنتاج الحديد وخاصة في الدول النامية وذلك لأنّ هذه الطريقة لا تتطلب استخدام الكوك وهذا يعتبر من أكثر مما يميز هذه الطريقة بالإضافة إلى الكثير من المميزات الأخرى ومنها ما يلي:
عدم الاعتماد على استخدام مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة بصورة كبيرة.
لا يوجد فحم الكوك في الدول العربية، بالإضافة إلى الملوثات البيئة الناتجة عن استخدام الكوك في إنتاج الحديد.
كما يمكن بناء وحدات بتكلفة صغيرة لإنتاج الحديد أقل تكلفة من الأفران العالية.
تعتبر هذه التقنية من التقنيات الحديثة لإنتاج الحديد التي تستخدم في الدول النامية.
يتمّ استخدام مصادر الطاقة المتوافرة في الدول النامية لإنتاج الحديد بهذه الطريقة مثل الغاز الطبيعي.
الحديد الذي يتمّ إنتاجه من خلال هذه الطريقة خالي من الكربون بينما الحديد الناتج عن الفرن العالية يحتوي على نسبة 4 % من الكربون.
إنتاج الحديد بالصهر
لقد ظهرت طرق أخرى لإنتاج الحديد والفولاذ بطريقة مباشرة وبخطوة واحدة بدلاً من عملية إنتاج حديد الزهر الذي يمر بمرحلة التنقية ليتمّ استخراج الفولاذ ومن أبرز هذه الطرق طريقة الصهر، والاختلاف بين طريقة إنتاج الحديد بالصهر عن طريقة إنتاجية بالاختزال لأنّ الحديد ينتج في الحالة السائلة من عملية الاختزال أمّا عملية الصهر يتمّ إنتاج الحديد في صورة صلبة وتحدث هذه العملية في فرن الصهر أو عن طريق الصهر والاختزال باستخدام البلازما.[3]
قائمة الدول حسب إنتاج خام الحديد استنادًا إلى بيانات المسح الجيولوجي الأمريكية
مرتبة
بلد
إنتاج خام الحديد القابل للاستخدام
(ألف طن)
عام
العالمية
2500000
2019
1
أستراليا
930000
2019
2
البرازيل
480000
2019
3
الصين
350.000
2019
4
الهند
210000
2019
5
روسيا
99000
2019
6
جنوب أفريقيا
77000
2019
7
أوكرانيا
62000
2019
8
كندا
54000
2019
9
الولايات المتحدة الأمريكية
48000
2019
10
كازاخستان
43000
2019
11
إيران
38000
2019
12
السويد
37000
2019
13
المكسيك
23000
2019
14
بيرو
15000
2019
15
تشيلي
14000
2019
16
موريتانيا
13300
2017
17
فنزويلا
12000
2017
18
فيتنام
9570
2017
19
منغوليا
7695
2017
20
ديك رومي
6700
2017
21
كوريا الشمالية
5250
2017
22
سيرا ليون
4720
2017
23
ماليزيا
3920
2017
24
نيوزيلندا
3490
2017
25
النمسا
2800
2017
26
اليونان
2284
2017
27
ليبيريا
1930
2017
28
البوسنة والهرسك
1622
2017
29
كولومبيا
715
2017
30
الجزائر
600
2017
31
باكستان
547
2017
32
مصر
500
2017
33
كوريا الجنوبية
310
2017
34
تونس
200
2017
35
لاوس
110
2017
36
توجو
60
2017
37
بوتان
28
2017
38
المغرب
15
2017
قائمة بالدول حسب إنتاج الحديد الخام
مرتبة
بلد
1980
2013
2015
العالمية
506
1168
1180
1
الصين
38
709
710
2
اليابان
87
84
84
3
الهند
85
50
54
4
روسيا
50
51
5
كوريا الجنوبية
5.6
41
47
6
البرازيل
13
26
30
7
ألمانيا
36
27
28
8
الولايات المتحدة الأمريكية
62
30
26
9
أوكرانيا
29
25
10
المملكة المتحدة
6.2
9.4
9
بلدان اخرى
246
91
101
قائمة لمنتجي تراب الحديد (حَسَبَ خدمة الجيولوجيا الأمريكية US Geologic Survey)
الدولة
الإنتاج بملايين الأطنان المترية (سنة 2006)
الصين
520
أستراليا
270
البرازيل
250
الهند
150
روسيا
105
أكرانيا
73
الولايات المتحدة
54
جنوب أفريقيا
40
إيران
35
كندا
33
السودان
24
فنزويلا
20
كازاخستان
15
موريتانيا
11
دول أخرى
43
المجموع
1690
المراجع
الوسوم
الحديد"
الأقسام الرئيسية
الأكثر مشاهدة من نفس التصنيف

موضوع عن الصداقة باللغه الفرنسية
3/2/2022

هل يقع الطلاق عند الحائض
4/23/2022

كيف اصبح جميلة بدون مكياج
4/23/2022

ما هي الدكتوراة المهنية
4/23/2022
الرأي الأخر
0