بسم الله الرحمن الرحيم
نحن اصحاب سورة الحديد التي انزلها الله تعالى في كتابه الكريم اليوم غارقين في سبات عميق , فتقدم الدولة عالميا يقاس على استهلاكها او انتاجها لمادة الحديد و سبائكها و اشهرها الفولاذ و هي اكثر مادة شيوعا و استخداما في كافة المجالات لما لها من خصائص عالية و مميزة.
احببت في هذا الموضوع ان اشرح و اوضح ولو بجزء بسيط عن الحديدلنعرف بعض خصائصه و كيفية استخلاصه و ما هي سبائك الحديد. و لمن يريد الاستزادة يمكنه اخباري وان شاء الله انا على استعاد كامل.
- الحديد
المعادن الحديدية هي سبائك من الحديد مع الكربون و عناصر اخرى منها السليكون و المنجنيز و الفوسفور و الكبريت و غيرها .و تنقسم سبائك الحديد و الكربون حسب نسبة الكربون فيها, الى صلب (الفولاذ)(steel) او (حديد السكب) (cast iron).
-فالسبائك التي تحتوي على كربون بنسبة لا تزيد عن 2% تعد صلب (فولاذ)(steel).
- اما التي تحتوي على نسبة كربون اعلى تسمى (حديد السكب) (cast iron).
ان نسبة الكربون في انواع الفولاذ (steel) عمليا يندر ان تتجاوز 1.4% و كذلك فنسبة الكربون في انواع حديد السكب (cast iron) عمليا تترواح بين 2.5-4.5% و يستخلص حديد السكب (cast iron) في الافران العالية او بمسمى اخر الفرن اللافح (Blast furnace) , اما الفولاذ فيحصل عليه بعمليات التحويل من حديد الزهر بما يسمى (steel making).
1- المواد الاولية لاستخلاص حديد الزهر (pig iron). بالافران العالية (الفرن اللافح) :
المواد الاولية هي خامات الحديد و الوقود وهو عبارة عن الفحم و الفلكس (flux)
خامات الحديد (Ore) :
هي خامات طبيعية تحتوي على مختلف انواع أكاسيد الحديد و مواد اخرى تتكون عادة من السليكا و الالومينا و اكسيد الكالسيوم و اكسيد المغنسيوم و شوائب مثل الكبريت و الفسفور و الزرنيخ.
و تحدد صلاحية خام الحديد للاستخلاص بنسبة الحديد فيه و نسبة الشوائب فلا بد ان تكون نسبة الحديد في الخام عالية لتكون عملية الاستخلاص ناجحة و مجدية اقتصاديا.
* من اهم خمات الحديد الغنية :
- الهماتيت (hematite) تترواح نسبة الحديد فيه من 50-60% و اختزاله اسهل من خام الحديد المغنطيسي , لونه احمر داكن Fe2O3.
- خام الحديد المغنطيسي (magnatite) تترواح نسبة الحديد فيه بين 45-70% شديد الكثافة اسود اللون FeO4.
- يوجد العديد من الخامات الاخرى لكن نسبة الحديد فيهم اقل.
* تحضير و تركيز المادة الخام :
من عمليات تحضير الخام و تركيزه التكسير و الفرز و التحميص و الغسل و التركيز الكهرومغناطيسي و التلبيد. و يتوقف سير عملية الاستخلاص في الفرن اللافح و استهلاك الوقود و جودة الحديد المستخلص على حسن تحضير المادة الخام .
يتم الحصول على المادة الخام على شكل صخور من المنجم و منثم يتم نقلها و تكسيرها في كسارات. و يفرز الخام المكسر على هزازات او في غرابيل خاصة تفصل الاحجار الكبيرة عن الصغيرة .
تفرز الاحجار ذات قطر ما بين 30- 100 مم النتاجة من عملية التكسير الى الصهر (يعني الى الفرن اللافح). و لجعل الخام مساميا و سهل الاختزال و خاليا من الشوائب الضارة يجرى تحميصه في افران خاصة للتحميص الخام. و يغسل الخام بالماء اذا كان يحتوي على نسبة كبيرة من الطين و الرمل و غيرها من الشوائب. و يركز الخام اذا كان ذا خواص مغناطيسية باستخدام الات خاصة تقوم فيها مغناطيسات كهربائية بالتقاط اجزاء الخام و نقلها الى مكان اخر و الشوائب تلقى. اما الاحجار الصغيرة و غبار الخام فيجمع و يلبد لتكبير حجمه ليصبح مناسب و استعماله كخام.
الوقود :
الوقود مادة عضوية تتكون من جزء قابل للشتعال و جزء غير قابل للاشتعال. و الاجزاء القابلة للاشتعال هي الكربون و الهدروجين, اما الاجزاءالغير قابلة فهي الرطوبة و الرماد و الكبريت, والكبريت وان كانت تتولد حرارة عن اشتعاله الا انع يعتبر مادة غير مرغوب فيها لانه يؤثر على صفات المعدن.
من اهم الوقود في عملية استخلاص الحديد فحم الكوك و يحصل على الكوك عن طريق التقطير اللااتلافي للفحم الحجري. و الكوك الجيد لونه رمادي فضي فاتح لا يلوث الايدي مسامي بشكل واضح و القيمة الحرارية لفحم الكوك بين 7000-8000 كيلو كالوري/كغم و يمكن تحضير فحم كوك جيد لتقليل الكبريت الموجود فيه بطرق خاصة.
و يوجد ايضا الفحم الخشبي الذي يحصل عليه من تقطير الاخشاب في افران خاصة يميز بعدم وجود الكبريت الذي يوثر على المعدن اما عيوبه ارتفاع ثمنه و انخفاض متانته.
الفلكس (flux) :
عبارة عن مواد توضع في الفرن تتحد مع الخبث (الشوائب للخام) و ايضا تلعب دورا مهما في خفض درجة الانصهار. من اهم انواع الفلكس الحجر الجيري يقطع الى قطع قطرها من 30-80 مم.
* نبذة مختصرة عن الفرن اللافح (Blast Furnace)
الفرن اللافح بناء ضخم شكله مخروطي متواصل العمل. ارتفاعه يترواح ما بين24-40 متر يعتمد على سعة الفرن و قطره من الجهة العليا الى السفلى يزداد حيث يبخ قطره ما بين 8-10 امتار.
يقسم الفرن الى 5 اقسام رئيسية. قمة الفرن و القصبة و منطقة الصهر و الكور و القعر.
الموقع التالي يبين تفاصيل عمل الفرن اللافح مع الصور
اضغط هنايتم تغذية الفرن بالمواد الخام و الوقود (الفحم) و الفلكس. و من ثم تبداء عملية ضخ هواء ساخن من اسفل الفرن تقريبا ومن ثم تبداء عملية الاشتعال , تحتاج الافران الحديثة الى فترة 24 ساعة تقريبا لكي يشتغل و تبداء عملية الصهر للمواد الخام.
- يوجد في الفرن عند عمله تياران متواصلان متضادا الاتجاه فمن الهى الى اسفل ينزل الفحم الكوك و الفلكس و المادة الخام الى الفرن و من الاسفل الى الاعلى تصعد نواتج احتراق الكوك و الهواء الساخن. و يسخن الكوك عند نزوله بواسطة الغازات الساخنة المتصاعدة و عند تلامسه بالهواء المدفوع في الاجزء الاسفل من الفرت حترق حسب المعادلة التالية
C+O2==CO2+ 97,65KCal
و عند احتراق فحم الكوك ترتفع درجة الحرارة الى حوالي 1600-1750 درجة مؤية.
و يتفاعل ثاني اكسيد الكربون مع الكوك المتوهج فيختزل اول اكسيد الكربون حسب التفاعل التالي
CO2+C=2CO-37.71KCa
و يختزل الخام تدريجيا حسب المعادلات التالية :
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+8870Cal.
2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO2-9980Cal
6FeO+6CO=6Fe+6CO2+19500Cal
و من ثم يبدء الحديد في الانصهار و التجمع في اسفل الفرن العالي تعلوه طبقة من الخبث و هي مجموعة من الاكاسيد مثل اكسيد السليكون و الخبث يخرج من فتحة خاصة و يجمع تقريبا مرة كل ساعة. و الحديد الناتج يسمة حديد الزهر حيث ان نسبة الكربون فيه مرتفعة.
هذا عملية استخلاص الحديد من الخامات بشكل عام للمهتمين في الموضوع ممكن ان نقدم المزيد من المعلومات بعون الله تعالى.
يتبع في الجزء الثاني ان شاء الله عملية تحويل الحديد الزهر الى الفولاذ
اتمنى ان تعم الفائدة على الجميع و شكرا
عرض المشاركات
'>