كيف يستخرج الحديد من التراب وكذلك خام الحديد، كما سنتحدث عن تكون عنصر الحديد، وكذلك سنوضح كيف يستخرج الحديد قديماً، وكل هذا من خلال مقالنا هذا تابعونا.
محتويات المقال
كيف يستخرج الحديد من التراب
1- النسف أو التفجير:
لاستخراج الحديد من الأرض، يتمّ تفجير صخور التاكونيت (بالإنجليزية: Taconite) باستخدام المتفجّرات، وذلك لقسوة وصلابة هذا النوع من الصخور، والتاكونيت عبارة عن صخور رسوبيّة حديدة، وهي مجموعة متنوّعة من تشكيلات الحديد.
2- النقل:
تُنقل قطع صخور التاكونيت إلى شاحنات التفريغ على مجارف كهربائيّة عملاقة، حيث تستطيع هذه المجارف حمل ما يقارب 85 طناً من الصخور، وتمّ بعد ذلك نقل التاكونيت إلى محطّات المعالجة.
3- السحق:
بعد وصول قطع التاكونيت إلى محطات المعالجة، يتمّ هناك سحق وتكسير قطع التاكونيت إلى قطع صغيرة جداً باستخدام آلات تكسير الصخور، وتستمرّ آلات التكسير بسحق التاكونيت، ثمّ يتم خلط مسحوق التاكونيت بالماء في المطاحن، والخلاطات الدورانيّة لفترة من الزمن.
4- الفصل:
يتمّ خلال هذه المرحلة فصل معدن الحديد الخام من مسحوق التاكونيت باستخدام المغنطة، أمّا ما تبقى من الصخور في المسحوق فهي مخلّفات.
5- التكوير:
في المرحلة ما قبل الأخيرة في تشكيل المعادن، يتم خلالها تكوير وتشكيل مسحوق التاكونيت الذي يحتوي على الحديد والممزوج مع الماء، حيث يتم تشكيل كريات متوسّطة الحجم من مسحوق التاكونيت داخل إسطوانات تدوير ضخمة، ثمّ يتم تجفيف الكريات، وتبريدها لتصبح صلبة.
6- تشكيل الحديد:
بعد أن يتم شحن كريات التاكونيت إلى المصانع في مختلف الولايات الأمريكية، يتم هناك تذويب كريات التاكونيت، وتشكيلها لتصبح حديد.
خام الحديد
خام الحديد Iron ores هي صخور ومعادن يمكن أن يـُستخلص منها بطريقة اقتصادية فلز الحديد. الخامات عادة ما تكون غنية بأكاسيد الحديد وتتنوع ألوانها من الرمادي الغامق, الأصفر الزاهي, البنفسجي العميق, إلى الأحمر الصدئ. والحديد نفسه غالباً ما يتواجد في صيغة مغنتيت (Fe3O4), هماتيت (Fe2O3), غوتيت, ليمونيت أو سيدريت. ويـُعرف الهماتيت أيضاً باسم “الخام الطبيعي”. الاسم يشير إلى الأعوام المبكرة من صناعة التعدين, عندما احتوت بعض خامات الهماتيت على 66% حديد وكان يمكن ادخاله مباشرة في الأفران اللافحة لصناعة الحديد. خام الحديد هو المادة الخام التي يـُصنع منها الحديد الزهر pig iron, الذي هو أحد المواد الخام لصناعة الصلب. 98% من خام الحديد المستخرج يذهب لصناعة الصلب.
تكون عنصر الحديد
– عندما فحص العلماء النيازك فوجدوا أن حوالي 90% منها مكونة من الحديد، وهذا يدل على أن الحديد يأتي من جوف النجوم العملاقة عند نهاية حياتها.
– عندما يتحرك السيلكون تندمج نواة ذرة الكالسيوم مع نواة ذرة الهيليوم ليتكون لدينا عنصر التيتانيوم الغير مستقر.
– قبل تحلل ذرة الكروم الغير مستقرة فإنها تتحد مع ذرة الهيليوم مرة أخرى لتكون ذرة الحديد الغير مستقرة، وذرة الحديد تتحد مع ذرة الهيليوم لتكون ذرة نيكل غير مستقرة.
– ذرة النيكل تتحد مع ذرة الكوبالت الغير مستقرة ومن ثم يحول إلى ذرة حديد مستقرة.
– عندما نصل إلى ذرة الحديد المستقرة فإنه لا يقبل الاندماج مع أي ذرات أخرى ومن هنا يتشكل الحديد.
كيف يستخرج الحديد قديماً
كان يستخرج الحديد قديما عن طريق الطرق التقليدية وهي التفجير و النقل و النسف و الفصل بواسطة الادوات البدائية كالفأس.
ثم يتم أنتاج الحديد قديماً في أفران تستخدم فيها منفاخ لضخ الهواء من خلال كومة من الحديد الخام والمدفون في الفحم. يختزل أول أكسيد الكربون الناتج من حرق الفحم خامة الحديد لينتج الحديد. لم تكن الحرارة الناتجة كافية لصهر الحديد، لذا فإن الجزء السفلي من المعدن الناتج يكون على شكل كتلة إسفنجية، تعج بالمسام الممتلئة بالرماد والخبث ويعاد تسخين الحديد الناتج لتليينه وصهر الخبث، ومن ثم يُطرق مراراً وتكراراً لإزالة الخبث المنصهر ناتج هذه العملية الطويلة والشاقة هو الحديد المطاوع، وهو سبيكة مرنة ولكن ضعيفة نوعاً ما.
ومع الوقت، اكتشف الحدادون في الشرق الأوسط، أن الحديد المطاوع يمكن أن يتحول إلى منتج أقوى بكثير عن طريق تسخينه في وعاء يحتوي على الفحم النباتي لبعض الوقت، ومن ثم غمره في الماء أو الزيت حتى يخمد ونتج عن هذه الطريقة تكون طبقة خارجية للقطعة من الصلب، وهي سبيكة من الحديد وكربيد الحديد، والتي كانت أكثر صلادة وأقل هشاشة من البرونز وبدأت تحل محله. وقبل عام 200 ق.م، استطاع الهنود إنتاج صلب عالي الجودة في جنوب الهند بصهر الحديد الخام والفحم والزجاج في بواتق حتى ينصهر الحديد ويذيب الكربون وانتقلت تلك الفكرة من الهند إلى الصين بحلول القرن الخامس الميلادي.
في القرن الحادي عشر، صنع الصينيون الصلب بطريقة تشبه إلى حد ما طريقة بسمر، عن طريق إزالة الكربون جزئياً بطرق الحديد بصورة متكررة مع نفخ الهواء البارد، مما استدعى إزالة مساحات كبيرة من الغابات لتفي بحاجة صناعة الحديد من الفحم.
تقدمت صناعة الحديد أكثر وأكثر باختراعات المسلمين، خلال العصر الذهبي للإسلام. شمل ذلك إقامة مصانع لإنتاج المعادن. وبحلول القرن الحادي عشر، انتشرت تلك المصانع في كل الولايات الإسلامية من الأندلس وشمال أفريقيا غرباً إلى آسيا الوسطى شرقاً. كما أن هناك دلائل تشير إلى استخدام ما يشبه الفرن العالي في عصر الدولة الأيوبية المماليك.
اخترع المسلمون أحد أشهر أنواع الصلب في العصور الوسطى وهو الصلب الدمشقي، واستخدموة في صناعة السيوف، في الفترة من عام 900 إلى عام 1750. أنتج هذا الصلب باستخدام بواتق بطريقة تشبه الطريقة الهندية، ولكنه يحتوي على الكربيدات مما يجعل السيوف أكثر كفاءة في القطع.
