استخلاص الحديد من الهيماتيت، سنتحدث في مقال اليوم عن أحد الموضوعات المهمة في حياتنا كلها، وهو “استخراج الحديد من الهيماتيت”. يعتبر هذا الموضوع مهمًا لأن خام الحديد هو أحد الخامات الأكثر شيوعًا. بيتنا وحياتنا والتي تعتمد عليها معظم إنتاجاتنا التي تدر دخلاً قومياً.
خام الحديد
- يعد الحديد من أكثر المعادن شيوعًا في العالم لأن إنتاج الحديد منخفض التكلفة نسبيًا مقارنة بإنتاج المعادن الأخرى.
- توجد صخور خام الحديد العالية في جميع أنحاء العالم لأنها لا تقتصر على بلدان معينة وهناك العديد من مركبات الحديد في الطبيعة يمكن العثور عليها بمفردها أو مع بعض العناصر الأخرى.
- المركب الأكثر شيوعًا في تعدين الحديد الذي سنسلط الضوء عليه في مقال اليوم هو الهيماتيت.
- الهيماتيت هو الشكل الطبيعي لـ Fe2O3، حيث يحتوي الهيماتيت على حوالي 70٪ من الحديد بالكتلة.
- هذا يعني أنه يمثل الاستخراج المثالي، وكأننا وضعنا كتلة مقدارها كيلوغرام واحد من الهيماتيت، فيجب أن نحصل على 7/10 من الكيلوغرام، أي ما يعادل 700 جرام من خام الحديد النقي، لكن الأمر ليس بهذه البساطة، لذا لنلقي نظرة. حول تفاصيل استخراج الحديد من الهيماتيت.
يمكنك أيضًا التعرف على استخدام المعادن السوداء
استخلاص الحديد من الهيماتيت
- يمكن استخلاص الحديد من مادته الخام باستخدام عنصر الكربون، وذلك لأن الكربون رخيص ووفير للغاية، لذا فإن تكلفة استخراج الحديد من الهيماتيت لن تكون باهظة الثمن.
- عادة ما يتم الحصول على الكربون لاستخراج الحديد من الفحم لأن الفحم يحتوي على الهيدروكربونات وغيرها من الشوائب المتطايرة.
- حيث نقوم بتسخين الفحم لأكثر من 1000 درجة مئوية وذلك للتخلص من بعض الشوائب الموجودة في الفحم.
- يؤدي هذا أيضًا إلى تكوين ما يسمى بفحم الكوك، لأن فحم الكوك هو شكل من أشكال الكربون أنظف من الفحم، وهذا يعني أنه يتم إدخال عدد أقل من الشوائب في الحديد الذي يتم استخراجه.
- يحدث تفاعل استخلاص الحديد عندما يتفاعل الهيماتيت مباشرة مع الكربون، مما يؤدي إلى تفاعل الأكسدة والاختزال.
- حيث يتم اختزال الهيماتيت Fe2O3 من الحديد وفي نفس الوقت يتأكسد الكربون إلى خليط من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، حيث تعتمد الحسابات الدقيقة المتكافئة على ظروف هذا التفاعل.
- ولكن إذا نظرنا إلى سلسلة النشاط الكيميائي، فسنلاحظ أن الكربون أكثر تفاعلًا من الحديد، لذلك عندما يتم تسخين أكاسيد الحديد بالكربون، سينتقل الأكسجين من الحديد إلى الكربون.
خطوات أولية في استخراج الحديد
- حتى الآن، جميع العمليات سهلة للغاية، لأن كل ما علينا فعله هو تسخين الهيماتيت بفحم الكوك وسنحصل على الحديد.
- يذوب الهيماتيت النقي عند 1565 درجة مئوية، بينما يذوب الحديد عند درجة حرارة قريبة جدًا من 1538 درجة مئوية. الكربون مقاوم نسبيًا للانصهار. إنه لا يذوب، لكنه يتصاعد عند درجة حرارة عالية تصل إلى 4827 درجة مئوية، وهذا يعني. حتى نصل إلى 1500 درجة مئوية على الأقل.
- حتى عند تسخينه بدرجة كافية لإذابة الهيماتيت، فلن يؤدي ذلك بالضرورة إلى تحسين التفاعل، وسيظل الاختلاط بكربون منخفض الكثافة صعبًا للغاية.
- عندما يتفاعل الكربون مع كمية محدودة من الأكسجين، يكون أول أكسيد الكربون طاردًا للحرارة، ومع استخدام المزيد من الأكسجين، يمكن أن يتفاعل أول أكسيد الكربون حتى يتشكل ثاني أكسيد الكربون في تفاعل طارد للحرارة.
- في ظل نفس الظروف، إذا استخدمنا ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الكربون الأولي كعامل اختزال، فسيكون لدينا تفاعل أكثر كفاءة لأن خلط الغاز سيكون أسهل بكثير.
- في فرن الصهر، يحدث هذا التفاعل، لكن قد يظل الهيماتيت صلبًا، لكن الحديد الذي ننتهي باستخراجه هو بالتأكيد سائل.
- ثم نتناول إزالة ثاني أكسيد السيليكون بإضافة مادة كيميائية وهي كربونات الكالسيوم على شكل جير، عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى التحلل الحراري حتى ينتج عنه نواتج أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون.
- يمكن أن يتفاعل أكسيد الكالسيوم مع الشوائب الموجودة في ثاني أكسيد السيليكون لتكوين سيليكات الكالسيوم، وهذا النوع من سيليكات الكالسيوم له نقطة انصهار تبلغ 1540 درجة مئوية، وهي قريبة جدًا من نقطة انصهار خام الحديد.
- ثم تنفصل سيليكات الكالسيوم المنصهرة بشكل طبيعي عن الحديد المصهور بسبب كثافة سيليكات الكالسيوم، والتي تبلغ حوالي نصف كثافة الحديد، مما يسمح لنا بإضافة كربونات الكالسيوم، مما ينتج عنه طبقة من الشوائب يمكننا فصلها. فتح الصنبور بالكامل ونسمي طبقة الخبث هذه.
يمكنك أيضًا مشاهدة: كيف يتم استخلاص الحديد؟
استخدام الأفران العالية لاستخراج الحديد
- ثم يأتي دور الفرن العالي الحديث. يبلغ عرض الفرن العالي الحديث 15 مترًا وطوله 35 مترًا. حجمها يضاهي حجم اثنين من حمامات السباحة الأولمبية. يمكن الحصول على حوالي عشرة آلاف طن من الحديد المصهور من كل منها. أفران في اليوم التصميم الكامل للفرن معقد للغاية.
- في الخطوة الأولى، يضاف فحم الكوك وخام الحديد والجير إلى الفرن العالي من الأعلى، ثم يتم ضخ الهواء الساخن بدرجة حرارة 900-1300 درجة مئوية من قاع الفرن.
- ثم يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء بسرعة مع هذا الكربون الصلب في فحم الكوك، مما ينتج عنه غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يتصاعد من الفرن.
- تزداد هذه التفاعلات الطاردة للحرارة وغيرها حتى تصل درجة حرارة قاع الفرن إلى 1500 إلى 2000 درجة مئوية.
- عندما يتسامى ثاني أكسيد الكربون ويختلط مع المزيد من الكربون، فإنه يتفاعل لإنتاج أول أكسيد الكربون. ثم يرتفع ثاني أكسيد الكربون إلى أعلى فرن الصهر للقيام بهذا العمل، ويتم تقليل أكسيد الحديد عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع خام الحديد. أعلى الفرن.
- يحدث هذا عندما يسقط الخام فيه، حيث يتفاعل أكسيد الحديد (III) مع ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الحديد وثاني أكسيد الكربون، ويتحول الحديد المستخرج أعلاه إلى مادة صلبة.
- بعد ذلك يتحرك خام الحديد ويبدأ استخراجه من القاع، وكلما اقتربنا من قاع الفرن، أصبح لدينا المزيد من الحديد وأقل من خام الحديد، والمزيد من كربونات الكالسيوم من الحجر الجيري أدناه.
- عند حوالي 800 درجة مئوية، تتحلل كربونات الكالسيوم لتكوين أكسيد الكالسيوم. ثم يتفاعل ثاني أكسيد الكربون الزائد، الناتج أيضًا من الكربون، لإنتاج المزيد من ثاني أكسيد الكربون.
- يتفاعل أكسيد الكالسيوم مع شوائب ثاني أكسيد السيليكون في الخام للحفاظ على مستوى شوائب السيليكون في الحديد منخفضًا.
- يتفاعل ثاني أكسيد الكربون أيضًا مع الهيماتيت لتقليل الأكسجين وإنتاج الحديد.
- عندما يتحلل الهيماتيت في فرن الصهر، يتم إنتاج السيليكا، وهي مادة الرمل، ثم نضيف الحجر الجيري الذي يتحلل بفعل الحرارة حتى يتفاعل أكسيد الكالسيوم الناتج عن انحلال الحجر الجيري مع السيليكا لتكوين سيليكات الكالسيوم . هي مادة محايدة تتدفق من الفرن على شكل شوائب صلبة.
- بعد ذلك، يتم الصهر في الفرن، حيث تدخل المواد الخام المتفاعلة وتتفاعل مع بعضها البعض، مما ينتج الحديد المنصهر، وهو المنتج المطلوب، كما تخرج بعض الشوائب من المخرج الثالث للذوبان. الشوائب الصلبة الموجودة في سيليكات الكالسيوم.
- كل هذا يحدث وفق سلسلة من الحسابات الدقيقة وكذلك معادلات كيميائية متوازنة حتى يخرج الحديد المنصهر، وبذلك نكون قد استخرجنا الحديد من الهيماتيت، إنها عملية معقدة ولكنها ليست صعبة.
الخطوات النهائية في عملية استخلاص الحديد من الهيماتيت
- بعد ذلك يؤخذ الحديد المصهور وتجرى بعض العمليات على المصهور حتى يتم إزالة جميع الشوائب التي يمكن أن تخرج من المصهور.
- حيث يمكن أن يحتوي الذوبان على بعض الشوائب التي لا تذوب أو تزيد درجة حرارتها عن درجة انصهار الحديد.
- تشكل هذه الشوائب عقبة كبيرة أمام نقاء الحديد، حيث يمكن أن تتداخل مع عمليات إنتاجه، وكذلك عمليات إضافته إلى مواد معينة أثناء العمليات الصناعية المختلفة. لذلك يجب أن يكون الحديد نقيًا حتى لا يؤثر على جودة الصناعة. .
اقرأ أيضًا: كيف يصنع الحديد
في نهاية المقال، عبر موقع القلعة، شرحنا لكم جميع المعلومات عن كيفية استخراج الحديد من الهيماتيت.
حيث شرحنا لمحة عامة بسيطة عن خام الحديد وتناولنا أيضًا الخطوات التي يتم من خلالها استخلاص الحديد من الهيماتيت.