أنواع خام الحديد وكيفية صناعته

مع تقدم العلم وزيادة القدرة على اكتشاف المعادن بكثرة في مختلف طبقات الأرض، أصبح الحديد يستخدم بكثافة في معظم الصناعات الكبرى والبنايات والعقارات والمصانع والآلات والسيارات وغيرها.

خام الحديد
يعتبر خام الحديد هو المادة الأولية التي تدخل بشكل أساسي في تصنيع الحديد الصلب، وهي مواد يتم استخراجها من الصخور من مختلف طبقات الأرض، وخام الحديد هذا يتم وضعه داخل فرن بدرجات حرارة عالية جدا بحيث يتم صهره وتصفيته من التراب العالق به ليتبقى خام الحديد خالصا صافيا.

أكبر دولة في العالم من حيث إنتاج خام الحديد هي الصين، حيث بلغ إجمالي إنتاجها حوالي 520 طن في عام 2006، وتأتي أستراليا في المرتبة الثانية بإنتاج 270 طن، والبرازيل في المرتبة الثالثة بإنتاج 250 طن أيضا في نفس العام.

أنواع خامات الحديد
هناك ثلاثة أنواع أساسية لخام الحديد، وهي تختلف في نسبة إنتاج الحديد، ونسبة توافرها في الطبيعة، والجودة والسمات الفيزيائية لكلٍ منها، وتلك الخامات هي:

1- خام الهيماتيت: الهيماتيت هو خام حديدي يتكون من أكسيد الحديد، وفي العلم يرمز له بالرمز Fe2O3. يحتوي خام الهيماتيت على نسبة 70% من الحديد، ويتميز بألوان متعددة، فهو يمتلك اللون الأسود واللون الرمادي واللون الأحمر. تعتمد تلك الألوان على نسبة وحجم الشوائب الموجودة في الخام. ويأتي الهيماتيت على شكل مسحوق أو على شكل كتل ضخمة.

2- خام الماجينيت: هو نوع آخر من خام الحديد، وبشكل علمي يستخدم الرمز Fe3O4 للإشارة إليه، وخام الماجنيت يحتوي على 72٪ من الحديد، ويتميز بألوانه البراقة وخاصة اللون الأسود، ويعتبر خام الماجنيت أحد أنقى أنواع الحديد.

3- خاك الليمونيت: يعد خام الماجنيت هو النوع الثالث من خام الحديد، ويتم استخدام الرمز 2Fe2O3H2O علميا للإشارة إليه. ويحتوي على نسبة 40% من الحديد وكمية من الماء تصل إلى 10%، ويتميز بلونه الأصفر المائل إلى البني.

طرق صناعة الحديد
1- طريقة الفرن العالي: في هذه الطريقة يتم ضخ كمية كبيرة من الهواء الساخن لتمر عبر أنابيب طويلة للنفخ، وعلى إثر ذلك يتفاعل الفحم الحجري مع الأكسجين فينتج عنه أول أكسيد الكربون، ثم يصعد غاز ساخن من خلال شقوق الفحم الحجري فيتفاعل مع أكسيد الحديد يختزله ويتحول إلى غاز أول أكسيد الكربون ثم يصبح ثاني أكسيد الكربون، ثم يتبخر هذا الغاز ويغادر قمة الفرن من خلال منافذ معينة، ثم نتيجة الحرارة العالية يبدأ الحديد المصهور والخبث في السيلان باتجاه الموقد.

المواد الناتجة عن طريقة الفرن العالي
– الخبث: هي مادة تحتوي على نسب منخفضة من أكاسيد الحديد، ويطلق عليها أيضًا اسم رماد الفحم الذي يستخدم في صناعة الأسمنت ورصف الطرق.

– حديد التمساح: يشمل عوالق عملية صهر الحديد بالفرن العالي نوعا من الحديد الذي يحتوي على نسبة كربون، ولكنه يتميز بأنه حديد صاف يكون هشا بدرجة كبيرة، وبعد صهره مرة أخرى، يتحول إلى مادة صلبة.

2- طريقة الاختزال المباشر: في هذه الطريقة يتم استخدام أسلوب آخر لتحويل أكاسيد الحديد إلى حد عن طريق استخدام الغازات، وذلك باستخدام درجات حرارة أقل من درجات الانصهار التي تتراوح بين 800 إلى 900 درجة مئوية، ويطلق على المنتج الحديدي الصادر من هذه الطريقة اسم “الحديد الإسفنجي.

مميزات تصنيع الحديد عبر الاختزال المباشر
تستخدم تقنية الاختزال المباشر في تصنيع الحديد، والتي لا تحتاج إلى استخدام الفحم الحجري الذي يعد مادة غالية الثمن ولا يتوفر بسهولة في الدول العربية.
من ميزات الاختزال المباشر هي انها غير مكلفة مقارنة بالفرن الحراري.
الاختزال الحراري هو طريقة بسيطة وسهلة الاستخدام.