طرق ومراحل إستخلاص الحديد - ساينسوفيليا
ما تود معرفته عن كيفية استخلاص الحديد
إعداد: أسامه محمد الكناني
مراجعة وتدقيق: د/ محمد أمين البهنساوي
يتواجد الحديد في كلا من الهند والصين والبرازيل وكندا والمانيا والولايات المتحدة الأمريكية ويُشكل الحديد نحو 5% من قشرة الأرض، وهو رابع أكثر العناصر وفرة بعد الأكسجين، والسيليكون، والالمنيوم، ويعتبر الحديد العنصر الرئيسيّ في تكوين الحضارة الحديثة ويرمز إلى الحديد بالرمز الكيميائي Fe وهو عنصر انتقالي يتواجد في الدورة الرابعة والمجموعة الثامنة ويتميز بقابليته للطرق والسحب والتشكيل وجيد التوصيل للحرارة والكهرباء وينصهر الحديد النقي عند درجة حرارة 1535 مئوية ويتميز بكثافة نوعية 6.86 جم/سم٣.
ففي منطقة الواحات البحرية وخاصة منجم «الجديدة» الذي يبعد عن القاهرة 320 كيلومترا، تقع تلك المناجم، والتي تقدر طاقتها الإنتاجية من خام الحديد بـ3.3 مليون طن سنويا من خام الحديد، والتي تكفي لإنتاج مليون طن سنويًا، وبها احتياطي استراتيجي من خام الحديد يكفي 15 عامًا.
استخدام الحديد:
" وَأَنزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ" سورة الحديد أية 25 يستخدم الحديد في صناعة العملات المعدنية والأدوات والمعدات والسيارات وفي أعمدة الإنارة ويدخل الحديد في تركيب الهيموجلوبين المسئول عن نقل الدم.
أنواع الحديد:
- الحديد الزهر الأبيض حيث يحتوي على نسبة منخفضة من السيليكون ونسبة عالية من المنجنيز.
- الحديد الزهر الرمادي حيث يحتوي على نسبة قليلة من الكربون وسوائل أخرى.
- الحديد الصلب حيث يحتوي على نسبة 8. : 1.5٪ كربون.
- سبائك الصلب حيث تحتوي على الكربون بالإضافة إلى معدن واحد أو أكثر مثل النيكل أو الكروم أو الفانديوم.
خامات الحديد الطبيعية:
لا يتواجد الحديد بصورة منفردة بل يتواجد مع عناصر أخرى ومن أهم خامات الحديد:
- الهيماتيت: حيث يرمز إليه بالرمز الكيميائي (Fe2O3) يتميز بلونه الأحمر ويحتوي على نسبة 70٪.
- المجانيتيت: حيث يرمز إليه (Fe3O4) ويتميز بلونه الأسود ويحتوي على نسبة 72٪
- ليمونيت: يرمز إليه Fe2O3.3H2O) مميز بلونه البني ويحتوي على نسبة 60٪
- بيريت: يرمز إليه ب (Fes) مميز بلونه الأصفر الباهت حيث يحتوي على نسبة عالية من الكبريت.
- سيدريت: لونه بني فاتح ويحتوي على نسبة 48٪.
أنواع الشوائب:
يتواجد مجموعة من العناصر الأخرى غير الحديد تدخل في خام الحديد لذلك يجب تقليل هذه العناصر. تتمثل الشوائب في كلا من:
- السيليكا والالومنيوم والكبريت حيث يتواجد الكبريت في صورة FeS، FeSO4 ويتم التخلص منهم عن طريق الحجر الجيري.
حيث يتفاعل الحجر الجيري مع هذه الشوائب وينتج معقد من سليكات كلا من كالسيوم وماغنسيوم والومنيوم فيما يعرف بالخبث. - كميات صغيرة من المنجنيز لتخلص من الكبريت حيث يكون كبريتات المنجنيز.
كيفية استخلاص الحديد؟
يتم أولا استخراج الحديد من باطن الأرض عن طريق إجراء الانفجارات حيث يتم تكسير الصخور الكبيرة إلى صخور أصغر ونقلها عبر الشاحنات ثم يتم طحنها لوصول إلى الحجم المطلوب ثم يتم إضافة خام الحديد إلى الفرن العالي.
يتم حرق فحم الكوك لصهر خام الحديد ولإنتاج أول أوكسيد الكربون حيث يتفاعل مع أوكسيد الحديد لينتج حديد عنصري مع إضافة الحجر الجيري لتخلص من الشوائب الموجودة في خام الحديد.
ولكن ما هي التفاعلات التي تم داخل فرن الانصهار؟
يحدث العديد من التفاعلات ممثلة في الآتي:
١_اختزال خام الحديد: حيث يتفاعل أول أوكسيد الكربون مع أوكسيد الحديد لإنتاج الحديد من خلال التفاعل الاتي:
Fe2O3 + CO -----> CO2 + 2Fe3O4
Fe3O4 + CO -----> 3FeO + CO2
3FeO + 3 CO ----> 3Fe + 3CO2.
٢_ حرق فحم الكوك لإنتاج أول أوكسيد الكربون من خلال التفاعل الآتي:
C + O2 -----> CO2
CO2 + C ---> 2CO
٣_ تفاعل الحجر الجيري مع الشوائب:
حيث تؤدي الحرارة العالية داخل الفرن إلى تفكك الحجر الجيري إلى أوكسيد الكالسيوم وثاني أوكسيد الكربون من خلال التفاعل الاتي:
CaCO3 + heat ----> CaO + CO2
CaO + SiO2 --------> CaSiO3
2Mn + SiO2 --------> MnO + Si
MnO2 + 2C ---------> Mn + 2CO
FeS + Mn ------------> Fe + Mn
FeS + CaO + C ----> CaS + Fe + CO
المصادر:
معلومات مفيده جدا شكرا
ردحذف