يعد الحديد من أقوى المعادن التي تم اكتشافها منذ العصور القديمة، ونناقش كيفية استخراج الحديد من مصادر الصخور الطبيعية أو كأكاسيد الحديد والأكسجين، وكذلك طرق استغلال المعدن المُستخرج منه واستخدامه. في حالتها أو بعد تشكيل الفولاذ منها.
كيف يتم استخلاص الحديد؟
يتضمن الجدول الدوري عنصر الحديد المعروف بالرمز Fe والرقم الذري “26”، وهو رابع أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض في شكل أكسيد.
- الخطوة الأولى في استخراج الحديد هي إجراء دراسة بيولوجية في المنطقة للتأكد من وجود أكاسيد الحديد فيها.
- إذا تم التأكيد بالفعل يتم نقل خطوة الحفر حيث يتم حفر المنجم بآلات مصممة له ويتم استخلاص الأكاسيد منها بواسطة عمالة مدربة.
- يتم بعد ذلك جمع جميع الأكاسيد المستخرجة في قوالب كبيرة، وتتعرض هذه القوالب لدرجات حرارة عالية جدًا كافية لإذابة الحديد وفصله عن الأكسجين.
- بعد ذلك، يتم صب الحديد المصهور السائل في قوالب بأشكال مختلفة، ويتم نقل القوالب الجديدة إلى مناطق مناسبة للحرارة لتشكيل الحديد الصلب.
- يصبح الحديد أقوى معدن مقارنة بالمعادن الأخرى إذا توفرت له طبقة واقية من مشكلة الصدأ.
انظر أيضا: برنامج حساب التعزيز
خطوات استخلاص الحديد من الصخور
إذا وجد الحديد في الصخور يتم إتباع الخطوات التالية لاستخراجه:
- انفجار. يتم تفجير التاكونيت بالمتفجرات لأن هذه الصخور صلبة وصعبة للغاية لأنها مصنوعة من الحديد.
- وسائل النقل: بعد التفجير، يتم نقل القطع الصغيرة المنتجة بواسطة مجارف كهربائية إلى شاحنات تنقلها إلى محطة المعالجة.
- سحق. يتم سحق قطع الصخور المنقولة إلى قطع أصغر في هذه المرحلة باستخدام آلات التكسير.
- يخلط المسحوق المسحوق أيضًا بالماء في المطاحن لبعض الوقت.
- انفصال. يتم فصل الحديد عن التاكونيت بتقنية مغنطة، ويتم التخلص من الباقي كنفايات غير مهمة.
- ضفائر. يشكل السائل مسحوقًا من التاكونيت، والذي يتم خلطه لتكوين كرات متوسطة الحجم تجف وتبرد إلى مادة صلبة.
- تشكيل – تكوين. يتم إرسال الكرات المشكلة إلى مصانع مختلفة ليتم صهرها ويتم تشكيل الحديد والسبائك منها.
تصميم الحديد الصلب
الحديد المستخرج من أكاسيد الحديد أو الصخور يخضع لإجراءات معينة لتحويله إلى صلب، والقوائم التالية تسرد هذه الإجراءات:
- فصل الشوائب عن خام الحديد. يتم الفصل عن طريق غمر الحديد المنصهر في خردة الصلب، ويمكن استخدام فرن كهربائي لفصل هذه الشوائب عن الحديد.
- التلاعب الحراري. تزيل هذه الخطوة الأوساخ المتبقية وتجعل تركيبة الحديد أكثر مثالية. يمكن استبدال هذه الخطوة بإزالة عناصر الحديد.
- تتم الإزالة بإحدى العمليات التالية: التقليب، وإضافة فقاعات الأرجون، وإزالة الغازات من الحديد.
- يتم بعد ذلك إنتاج الفولاذ المصهور، وصبه في قوالب ليبرد لتشكيل الفولاذ الصلب، ثم يتم قطعه إلى الطول المطلوب وفقًا للاستخدام المقصود.
- تُستخدم طرق أخرى أيضًا لجعل الفولاذ أفضل، بما في ذلك الطلاء ومعالجة العيوب بالحرارة والضغط وغير ذلك.
اقرأ أيضًا: كيفية حماية الحديد من الصدأ
الخواص الميكانيكية للحديد
بعد اكتشاف كيفية استخلاص الحديد من الصخور والأكاسيد، نكتشف الخواص الميكانيكية التي يمتلكها الحديد مقارنة بالمعادن الأخرى، والتي تسببت في استغلاله بطرق عديدة ؛
- معدن مرن يسهل رسمه على اسطوانات وهو لا يزال ساخناً وله لون فضي ويوجد في الطبيعة في حالته الصلبة كما لاحظنا أنه مستخرج من الصخور.
- تشير اللدونة إلى قدرة الحديد على تغيير شكله عند تعرضه لضغط أو قوة خارجية والعودة إلى حالته الأصلية بعد إزالة الضغط أو القوة.
- يشير المعدن الصلب والصلابة إلى قدرته على تحمل أي نوع من الإجهاد دون التآكل أو الخدش.
- يتفاعل مع العمليات المختلفة التي يتعرض لها، على سبيل المثال، التسخين أو التبريد، ويكتسب خصائص أخرى أثناء هذه العمليات.
الخواص الكيميائية للحديد
يتفاعل الحديد مع عدد من العناصر وخاصة:
- يتفاعل مع السيليكون والكربون لتشكيل سبائك حديد مختلفة لها استخدامات عديدة، على سبيل المثال، يستخدم كلوريد الحديديك في الطب وكبريتات الحديدوز المستخدمة في الأصباغ.
- يتفاعل أيضًا مع الأكسجين، وكذلك ثاني أكسيد الكربون الموجود بشكل طبيعي في الهواء، مكونًا طبقة من الصدأ نتيجة التفاعل.
- يتحد مع ذرات الأكسجين لتكوين أكاسيد تستخدم في العديد من الصناعات، ويتحد مع الأحماض ويذوب فيها.
استخدام الحديد
يستخدم الحديد بكافة أشكاله لأغراض عديدة منها:
- الحديد لينة. يتم استخدامه في إنتاج المغناطيسات الكهربائية المستخدمة في الأجهزة الكهربائية، وكذلك في إنتاج قضبان لإعادة الإعمار والبناء.
- الحديد الصلب. يتم استخدامه في صناعة الأدوات المختلفة التي لا تتعرض لأي نوع من الصدمات مثل الأنابيب المستخدمة في نقل الغاز أو الماء.
- حديد صلب. من أهم المواد المستخدمة في السفن والجسور وكذلك خطوط السكك الحديدية.
- كما أنها تستخدم في إنتاج كراسي الحدائق مما يجعلها مقاومة للأحمال المختلفة ومقاومة للتغيرات المناخية.
- سبائك الحديد. تعتبر السبائك، بما في ذلك الحديد الممزوج بالنيكل، أكثر متانة لأنها تقاوم مشكلة الصدأ وتستخدم في صناعة السيارات والمركبات المختلفة.
- أما الحديد العادي الممزوج بالكروم فيستخدم في إنتاج الكرات الحديدية التي تستخدم لتسهيل حركة محاور المحركات.
راقب من هنا حساب كمية الحديد في الأعمدة
أخيرًا، منذ 5000 عام، اكتشف الإنسان المعدن لأول مرة من خلال النيازك والنجوم لأنه يتواجد بوفرة فيها.
اكتشفت الحضارات القديمة كيفية استخراج الحديد بالطرق التي قدمها موقع القلعة واكتشفت طرقًا لاستخدامه بشكل مبتكر في مختلف المجالات.