أساليب وتقنيات صهر الحديد

تاريخ عنصر الحديد

يُعتبر الحديد من أقدم العناصر التي اكتشفها الإنسان واستخدمها، حيث يعود استخدامه إلى العصر الحديدي نحو عام 1400 قبل الميلاد. كان نبي الله داوود عليه السلام هو الرائد في صهر الحديد وتشكيله لعدة أدوات، مستندًا إلى قوله تعالى “وألنا له الحديد”. وبالنظر إلى القيمة الكبيرة لهذا المعدن، فقد تم تخصيص سورة في القرآن الكريم لسرد فوائده، وهي سورة الحديد.

الخصائص الكيميائية للحديد

الحديد هو عنصر فلزي انتقالي، يتموقع في الدورة الرابعة والمجموعة الثامنة في الجدول الدوري، ويُرمز له بالرمز “Fe”، الذي ينحدر من الكلمة اللاتينية “ferrum”. يتميز الحديد بتواجد مرتفع في قشرة الأرض، حيث يحتل المرتبة الرابعة من حيث الكمية الموجودة في التربة. كما يُعتبر جزءًا أساسيًا من التركيب الحيوي للكائنات الحية، إذ يُوجد في كريات الدم الحمراء وفي مادة الكلوروفيل التي تُعطي النباتات لونها الأخضر.

عملية صهر الحديد

تعتبر عملية صهر الحديد خطوة كيميائية ضرورية لتحويل الحديد من حالته الخام، التي تظهر عادةً على شكل أكسيد الحديد، إلى فلز الحديد النقي. تتم هذه العملية عبر نزع الأكسجين باستخدام الحرارة والضغط العاليين، وبوجود عوامل مختزلة تساعد في هذا التحويل. تُجرى هذه العملية عادةً في فرن عالٍ يُعرف بالفرن اللافح.

تقنيات الإنتاج في الفرن اللافح

تعتبر الطريقة المستخدمة في إنتاج الحديد المنصهر عملية تخليص الحديد من الأكسجين عبر تقنية الاختزال. يتم خلط الكربون على شكل فحم الكوك مع أكسيد الحديد في الفرن اللافح، وبالاستفادة من نوعيه الهيماتيت (Fe2O3) والماغنتيت (Fe3O4)، عند درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية. تُدخل المواد من الجزء العلوي للفرن، وتتفاعل مع الهواء الساخن المضخوخ من الأسفل، حيث يتطلب كل طن من أكسيد الحديد حوالي أربعة أطنان من الهواء الساخن لإتمام عملية الصهر بالكامل.

يتشكل أول أكسيد الكربون (CO) نتيجة تفاعل الأكسجين مع الكربون.
يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الهيماتيت (Fe2O3) لإنتاج الحديد المنصهر.
يتفاعل الهيماتيت (Fe2O3) مع الكربون لإنتاج الحديد المنصهر أيضًا.

عند الانتهاء من عمليات الاحتراق والاختزال، يحصل على الحديد المنصهر، ويخرج من الفرن مع خبث الحديد، وهو المنتج الثانوي الناتج عن عملية الصهر. يُخرج خبث الحديد من فتحات مخصصة نظرًا لانخفاض كثافته، بينما يظل الحديد المنصهر ليبرد ويصبح جاهزًا للاستخدام في الصناعة. تتصدر الصين قائمة الدول في إنتاج الحديد.

الخاتمة

تعتبر عملية إنتاج الحديد المنصهر المرحلة الأولى في عملية معالجة خام الحديد، تليها عملية التبريد التي تعد ضرورية للحصول على المادة المستخدمة في تطبيقات الصناعة المختلفة.