يعتبر الحديد من المعادن القوية التي تم اكتشافها منذ القدم، وسوف نناقش كيفية الحصول على الحديد من الموارد الطبيعية في الصخور، أو في شكل أكاسيد مكونة من الحديد والأكسجين، وطرق استغلال المعدن المستخرج و استخدامه. في حالته أو بعد تشكل الحديد منه.
كيف يتم الحصول على الحديد؟
يتضمن الجدول الدوري عنصر الحديد المعروف بالرمز Fe والرقم الذري “26” وهو رابع أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض على شكل أكاسيد:
- الخطوة الأولى في استخراج الحديد هي إجراء دراسة بيولوجية للمكان للتأكد من وجود أكاسيد الحديد فيه.
- وبمجرد إثبات ذلك يتم نقل خطوة الحفر حيث يتم حفر المنجم بآلات مخصصة لذلك ويتم استخلاص الأكاسيد منها بعمالة مدربة.
- في وقت لاحق، يتم جمع جميع الأكاسيد التي تم الحصول عليها في قوالب كبيرة، ثم تتعرض هذه القوالب إلى درجة حرارة عالية جدًا، وهو ما يكفي لذوبان الحديد وفصله عن الأكسجين.
- في ما يلي، يتم صب الحديد المنصهر السائل في قوالب بأشكال مختلفة، ويتم نقل قوالب جديدة إلى أماكن مناسبة للحرارة، بحيث يتم تشكيل الحديد الصلب.
- يصبح الحديد أقوى معدن مقارنة بالمعادن الأخرى، إذا توفرت له طبقة حماية من مشكلة الصدأ.
أنظر أيضا: برنامج حساب حديد التسليح
خطوات استخلاص الحديد من الصخور
في حالة وجود حديد داخل الصخور يتم إتباع الخطوات التالية لاستخراجه:
- التفجير: يتم تفجير التاكونيت بالمتفجرات، لأن هذه الصخور صلبة وصلبة للغاية، لأنها مصنوعة من الحديد.
- النقل: يتم نقل القطع الصغيرة التي يتم إنتاجها بعد التفجير باستخدام مجارف كهربائية إلى شاحنات تنقلها إلى محطة المعالجة.
- التكسير: يتم سحق قطع الصخور المنقولة في هذه المرحلة إلى قطع صغيرة باستخدام آلات التكسير.
- يتم خلط المسحوق المسحوق أيضًا بالماء في المطاحن على مدار فترة زمنية.
- الفصل: يتم فصل الحديد عن التاكونيت بتقنية المغنطة، ويتم التخلص من الباقي بين النفايات الضئيلة.
- التكوير: يشكل المسكرات مسحوق تاكونيت مخلوطًا، لتشكيل كرات متوسطة الحجم، يتم تجفيفها وتبريدها إلى مادة صلبة.
- التشكيل: يتم إرسال الكرات المشكلة إلى مصانع مختلفة، ليتم صهرها وتشكيلها إلى حديد وسبائك.
تشكيل الحديد الصلب
الحديد المستخرج من أكاسيد الحديد أو الصخور يخضع لعدة طرق، ليصبح صلبًا، وفيما يلي قائمة بهذه الطرق:
- فصل الشوائب عن خام الحديد: يتم الفصل بغمر الحديد المنصهر في خردة الصلب، ويمكن استخدام فرن كهربائي لفصل هذه الشوائب عن الحديد.
- معالجة الحرارة: هذه الخطوة تزيل الشوائب المتبقية وتجعل تركيب المكواة أكثر كمالا. يمكن استبدال هذه الخطوة بإزالة عناصر الحديد.
- تتم الإزالة بإحدى العمليات التالية، التحريك، إضافة فقاعات الأرجون، إزالة الغازات من الفولاذ.
- يتم بعد ذلك إنتاج الفولاذ المصهور، وصبه في قوالب للتبريد لتشكيل الفولاذ الصلب، ثم تقطيعه إلى الأطوال المطلوبة وفقًا لطريقة التطبيق.
- تُستخدم تقنيات أخرى أيضًا لتحسين استخدام الفولاذ، بما في ذلك الطلاء ومعالجة العيوب بالحرارة والضغط وما إلى ذلك.
اقرأ أيضًا: كيفية حماية الفولاذ من الصدأ
الخواص الميكانيكية للصلب
بعد الكشف عن كيفية استخلاص الحديد من الصخور والأكاسيد، كشفنا عن الخواص الميكانيكية التي يمتلكها الحديد في المعادن الأخرى، ولهذا يتم استغلاله بعدة طرق:
- معدن مرن يسهل سحبه وهو ساخن في الاسطوانات وهو فضي اللون وموجود في حالته الصلبة في الطبيعة كما نلاحظه في طريقة استخراجه من الصخور.
- تشير المرونة إلى إمكانية تغيير شكل الفولاذ عند تعرضه للضغط أو القوة من الخارج، وقدرته على العودة إلى حالته الأصلية بعد إزالة تأثير الضغط أو القوة.
- يشير المعدن الصلب، والصلابة إلى قدرته على تحمل أي نوع من الإجهاد، حتى لا يتآكل أو يخدش.
- يستجيب للعمليات المختلفة التي يتعرض لها، مثل التدفئة أو التبريد، وخلال هذه العمليات يكتسب خصائص أخرى.
الخواص الكيميائية للحديد
يتفاعل الحديد مع العديد من العناصر وخاصة:
- يتفاعل مع السليكون والكربون، مكونًا سبائك حديد مختلفة، والتي لها استخدامات عديدة، على سبيل المثال، يستخدم كلوريد الحديد في المجال الطبي، وكبريتات الحديد تستخدم في الأصباغ.
- يتفاعل أيضًا مع الأكسجين وكذلك ثاني أكسيد الكربون الموجود بشكل طبيعي في الهواء، مكونًا طبقة صدأ نتيجة التفاعل.
- يتحد مع ذرات الأكسجين لتكوين أكاسيد يتم استغلالها في العديد من الصناعات، ويمتزج مع الأحماض ويذوب فيها.
استخدام الحديد
يستخدم الحديد بكافة أشكاله ولأغراض عديدة منها:
- الحديد اللين: يستخدم في صناعة المغانط الكهربائية المستخدمة في الأجهزة الكهربائية، ولصنع قضبان لإعادة البناء والبناء.
- الحديد الصلب: يستخدم في صناعة الأجهزة المختلفة التي لا تتعرض لأي نوع من الصدمات مثل الأنابيب المستخدمة في نقل الغاز أو الماء.
- الحديد الصلب: من المواد الأساسية المستخدمة في السفن والجسور وكذلك السكك الحديدية.
- كما أنها تستخدم في صنع كراسي الحديقة مما يجعلها مقاومة للأحمال المختلفة ومقاومة للتغيرات المناخية.
- سبائك الحديد: سبائك الحديد الممزوج بالنيكل أقوى، لأنها تقاوم مشكلة الصدأ، وتستخدم في صناعة السيارات ووسائل النقل المختلفة.
- أما بالنسبة للصلب العام المخلوط بالكروم، فيستخدم في صناعة كرات الحديد، والتي تستخدم لتسهيل حركة محاور الماكينات.
أنظر من هنا: حساب كمية الحديد في الأعمدة
أخيرًا، منذ 5000 عام، اكتشف الناس المعدن لأول مرة من خلال النيازك والنجوم، لأنه كان وفيرًا فيه.
اكتشفت الحضارات القديمة كيفية استخراج الحديد من خلال الأساليب المعروضة على موقع محمود حسونة واكتشاف طرق جديدة لاستغلاله في مختلف المجالات.