كيف يتم الحصول على الحديد؟
يحتوي الجدول الدوري على عنصر الحديد المعروف بالرمز Fe والرقم الذري “26” وهو رابع أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض على شكل أكاسيد:
- الخطوة الأولى لتعدين الحديد هي إجراء دراسة بيولوجية في المنطقة للتأكد من توافر أكاسيد الحديد هناك.
- إذا تم تأكيد ذلك بالفعل ، سيتم نقل مرحلة الحفر حيث يتم حفر المنجم بواسطة آلات مصممة لذلك ويتم استخراج الأكاسيد منها بواسطة عمال مدربين.
- في وقت لاحق ، يتم جمع جميع الأكاسيد المستخرجة في قوالب كبيرة ثم تتعرض هذه القوالب إلى درجة حرارة عالية جدًا ، كافية لإذابة الحديد وفصله عن الأكسجين.
- بعد ذلك ، يتم سكب الحديد المصهور السائل في قوالب بأشكال مختلفة ، ويتم نقل القوالب الجديدة إلى مناطق مناسبة للحرارة ، بحيث يتم تشكيل الحديد الصلب.
- يصبح الحديد أقوى معدن مقارنة بالمعادن الأخرى إذا تم توفير طبقة حماية له ضد مشكلة الصدأ.
خطوات استخلاص الحديد من الصخور
إذا وجد الحديد في 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 الناتجة بعد التفجير بواسطة مجارف كهربائية إلى شاحنات تنقلها إلى معمل المعالجة.
- التكسير: في هذه المرحلة ، يتم سحق قطع الصخور المنقولة إلى قطع أصغر باستخدام آلات التكسير.
- يخلط المسحوق المسحوق أيضًا بالماء في المطاحن لفترة من الوقت.
- الفصل: يتم فصل الحديد عن التاكونيت بتقنية مغنطة ، ويتم التخلص من الباقي كنفايات غير مهمة.
- التكوير: يتكون السائل من مسحوق التاكونيت الذي تم خلطه في حبيبات متوسطة الحجم يتم تجفيفها وتبريدها إلى مادة صلبة.
- التشكيل: يتم شحن الكرات المتشكلة إلى مصانع مختلفة حيث يتم صهرها لتشكيل الحديد والسبائك.
تشكيل الحديد الصلب
يتعرض الحديد المستخرج من أكاسيد الحديد أو الصخور لبعض العمليات لتحويله إلى صلب وهذه العمليات مذكورة أدناه:
- فصل الشوائب عن خام الحديد: يتم الفصل عن طريق غمر الحديد المنصهر في خردة الصلب ويمكن استخدام فرن كهربائي لفصل هذه الشوائب عن الحديد.
- المعالجة الحرارية: تزيل هذه الخطوة الشوائب المتبقية وتنقي تكوين الحديد ، ويمكن استبدال هذه الخطوة بإزالة عناصر الحديد.
- تتم الإزالة بإحدى العمليات التالية ، التحريك ، إضافة فقاعات الأرجون ، إزالة غازات الحديد.
- يتم بعد ذلك إنتاج الفولاذ المصهور ، وصبه في قوالب ليبرد إلى صلب صلب ، ثم يتم قصه للأطوال المطلوبة وفقًا للتطبيق.
- تُستخدم تقنيات أخرى لتحسين استخدام الفولاذ ، بما في ذلك الطلاء ومعالجة العيوب بالحرارة والضغط وغير ذلك.
الخواص الميكانيكية للحديد
بعد اكتشاف كيفية الحصول على الحديد من الصخور والأكاسيد ، سوف نكتشف الخواص الميكانيكية التي يمتلكها الحديد مقارنة بالمعادن الأخرى ، والتي أدت إلى استخدامه بعدة طرق:
- معدن مرن يمكن سحبه بسهولة إلى الأسطوانات وهو لا يزال ساخنًا ، وهو فضي اللون ومتوفر في الطبيعة في حالة صلبة ، كما لاحظنا عند استخراجه من الصخور.
- تشير المرونة إلى قدرة الحديد على تغيير شكله عند تعرضه لضغط أو قوة خارجية ، وقدرته على العودة إلى حالته الأصلية بعد إزالة الضغط أو القوة.
- يشير المعدن الصلب والصلابة إلى قدرته على تحمل أي إجهاد حتى لا يتآكل أو يخدش.
- يتفاعل مع العمليات المختلفة التي يتعرض لها ، مثل التسخين أو التبريد ، ويكتسب خصائص إضافية أثناء هذه العمليات.
الخواص الكيميائية للحديد
يتفاعل الحديد مع عدد من العناصر أبرزها:
- يتفاعل مع السيليكون والكربون لتشكيل سبائك حديد مختلفة لها استخدامات عديدة ، على سبيل المثال يستخدم كلوريد الحديديك في الطب وكبريتات الحديدوز تستخدم في الأصباغ.
- يتفاعل أيضًا مع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون الموجودين بشكل طبيعي في الهواء ويشكل 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 في أغراض عديدة منها:
- الحديد اللين: يستخدم في صناعة المغناطيسات الكهربائية المستخدمة في الأجهزة الكهربائية وفي صناعة قضبان التعمير والبناء.
- الحديد الصلب: يستخدم في صناعة الأدوات المختلفة التي لا تتعرض لأية صدمات مثل الأنابيب المستخدمة في نقل الغاز أو الماء.
- الصلب الحديدي: من المواد الأساسية المستخدمة في السفن والجسور وكذلك خطوط السكك الحديدية.
- كما أنها تستخدم في صناعة كراسي الحدائق مما يجعلها مقاومة للأحمال المختلفة ومقاومة للتغيرات المناخية.
- سبائك الحديد: تعتبر السبائك ، بما في ذلك الحديد الممزوج بالنيكل ، أكثر متانة لأنها مقاومة لمشكلة الصدأ وتستخدم في صناعة السيارات ووسائل النقل المختلفة.
- أما الحديد الكلي الممزوج بالكروم فيستخدم في صناعة الكرات الحديدية التي تستخدم لتسهيل حركة محاور المحرك.