خام حديد

خام الحديد، أو تراب الحديد هو ما يصنع منه الحديد، يتم استخراجه من الصخور ويوضع في فرن ذو درجة حرارة عالية كي يصهر، فيصفى المعدن من التراب. كذلك يصفي كل معدن من ترابه باستثتاء الألومنيوم.

أنواع خامات الحديد

• الهيماتيتhématite:

وهو عبارة عن اكسيد الحديد Fe2O3 الذي يشمل على نسبة 70% من الحديد . ويوجد في ألوان متنوعة تتراوح ما بين الأحمر إلى اللون الرمادي أو الأسود - حسب ما يوجد به من شوائب - ويوجد في احجام مختلفة ما بين كتل ضخمة إلى مسحوق.

• الماجينيت:magénite

خام الحديد، رمزه الكيميائي Fe3O4و يحتوي على نسبة 72,4%من الحديد، لونه أسود ذو بريق ولمعان كما يعتبر  من أنقى خامات الحديد وهو ذو مغناطيسية عالية.

• الليمونيت :

خام الحديد، رمزه الكيميائي 2Fe2O3H2O حيث يحتوي على نسبة تتراوح بين 40% إلى 50% من الحديد ونسبة 10% من الماء. يميل لونه إلى الأصفر البني أو يكون مخططا باللون الأحمر.

كيفية إنتاج الحديدتتم صناعة الحديد باستخدام:

طريقة الفرن العالي

يدخل تيار من الهواء الساخن عبر انابيب النفخ الواقعة اسفله حيث يتفاعل الأكسجين مع الفحم الحجري (الكوك) مكونا أول أكسيد الكربون CO.صعود غاز ساخن عبر شقوق الكوك فيتم اختزال أكاسيد الحديد، ويتحول أول أكسيد الكربون خلال اختزال أكاسيد الحديد إلى ثاني أكسيد الكربون.يغادر الغاز قمة الفرن من المنافذ المتواجدة أعلاه.يسيل الحديد المصهور والخبث عن طريق  طبقة الكوك نحو الموقد.

نواتج الفرن العالي

• الخبث: يضم الخبث على كميات قليلة من أكاسيد الحديد، رماد الفحم حيث يستخدم  في رصف الطرق وفي صناعة الاسمنت.

• الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000م/طن.

• حديد التمساح: يشمل على 5% من الكربون وعلى 93% من الحديد، ولهذا يكون هشا، لا يتحمل الطرق. ولكن بإعادة صهره تتم صناعة حديد الزهر.

إنتاج الحديد بالاختزال المباشر

لقد حدد تعبير "الاختزال المباشر " في الوقت الآني بانه أسلوب اختزال أكاسيد الحديد لإنتاج الحديد منها باستخدام الغازات المتعددة كوسط مختزل وتتم هذه العملية عند درجة حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار، حيث تكون درجة الحرارة بين c°800الى c°900.وكان يعرف الحديد الناتج من هذه العملية باسم الحديد الاسفنجي ومع نهاية الثمانينات من القرن العشرين وصل إنتاج حديد الاختزال المباشر إلى حوالي 50مليون طن/سنة . ويمكن القول بان العوامل المساندة على زيادة إنتاج حديد الاختزال تعود إلى مزايا هذا الأسلوب.

مميزات الاختزال المباشر

تتميز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بمزايا كثيرة ومن هذه المزايا التي ساهدت على ازدهار ونمو هذه الطريقة وخاصة في الدول النامية ما يلي:

لا تلزم هذه الطريقة الكوك وهذا بدوره أدى إلى العديد  من المزايا هي :

• تخفيض مخاطر اعتماد الصناعة على مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة.
• عدم توافر الفحم الحجري الجيد  لصناعة الكوك في الدول العربية.
• ترتبط بصناعة الكوك مشكلات كثيرة  وخاصة ما يتصل بتلوث البيئة.

• إمكانية بناء وحدات ذات طاقة إنتاجية صغيرة تكون تكلفة انشائها اقل بكثير من الافران العالية.
• هذه التقنية بسيطة وحديثة الدول النامية يسهل استيعابها واستعمالها .
• تتوافر في العديد من الدول مصادر الطاقة المطلوبة وعلى وجه التحديد الغاز الطبيعي.
• لا تحتاج إلى فترة طويلة لإنشاء الفرن العالي.
• الحديد المنتج من هذه العملية يخلو  من الكربون بينما حديد التمساح الناتج من الفرن العالي يضم تقريبا على 4% كربون.

إنتاج الحديد بالصهر

لقد بدأت طرق بديلة لإنتاج الحديد، وبعض هذه العمليات تنتج الفولاذ مباشرة في خطوة واحدة بدلا من إنتاج الحديد الزهر ثم تنقيته لإنتاج الفولاذ.واهم هذه الطرق ما يدعى باسم الصهر، والاختلاف الرئيسي بين الاختزال المباشر والصهر ان الناتج في الحالة الثانية يكون سائلا، بينما في الأولى ينتج الحديد في صورة جامدة . وتتم هذه  العملية في فرن الصهر أو قد يكون الصهر والاختزال باستخدام البلازما.

•  الاختزال وصهر البلازما:

يتبين من  الاسم ان هذه العملية تستخدم البلازما الناتجة عن تأين الغازات عند درجة حرارة حوالي 3000 °C ويحدث الصهر والاختزال البلازمي على مرحلتين:

1. يتم في الخطوة الأولى اختزال خام الحديد جزئيا بنسبة ما بين 50%إلى 60%في غرفتين متشكلتين من مهدا مميعا، قبل أن يتم مزجها مع الفحم والحجر الجيري ويتحقق ذلك عن طريق مولد البلازما في صورة فرن اسطواني مملوء بالكوك.
2. ويتم في الخطوة الثانية الاختزال النهائي والصهر . وهي وحدة الفرن الاسطواني وهو يماثل إلى حد كبير الاختزال في الفرن العالي . والفرق الأساسي هو وجود مولد البلازما الذي يعمل على تأين الغازات بالقرب من القصبات.

• طريقة ارند(Irned):

وتعد الطريقة الثانية الحديثة لإنتاج الحديد ثم الفولاذ في المفاعل نفسه بدون الحاجة إلى نقل الحديد المنتج إلى مفاعل آخر. والوقود الأولي فيه هو الفحم وإنتاج الفولاذ من خام الحديد تتم في عمليتين متتاليتين مختلفتين:

حيث يسري العمل بحقن حبيبات خام الحديد الناعم عن قمة الفرن بالإضافة إلى نشارة الفحم، والحجر الجيري والأكسجين ويؤدي ذلك إلى الصهر الومضي مع اختزال جزئي لخام الحديد الذي يكون في شكل صورة معلقة مع بقية الشحنة. ثم يلي ذلك صهر واختزال كلي للخام في الجزء الأسفل من المفاعل. والاضافات الجديدة في هذه الطريقة لإنتاج الفولاذهي:

1. استعمال فرن واحد بدلا من فرنين وانجاز العمل بدون الحاجة إلى نقل منتجات المرحلة الأولى المفاعلات المرحة التالية.
2. استعمال الطاقة بطريقة مثالية حيث ان الحرارة الزائدة المنطلقة من احتراق الفحم في القطاع العلوي يستفاد بها في توليد الطاقة الكهربائية يستعمل لإنتاج الفولاذ في الجزء الأسفل.

المراجع

areq.ne

التصانيف

جيولوجيا اقتصادية  حديد   اقتصاد   تعدين   العلوم البحتة