أنواع خام الحديد وكيفية صناعته

مع التقدم العلمي والقدرة على اكتشاف المعادن بكثرة في مختلف طبقات الأرض، أصبح الحديد يدخل بكثافة ضمن معظم الصناعات الكبرى والبنايات والعقارات والمصانع والماكينات 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.

أما عن اكبر الدول إنتاجا له فنجد أن الصين هي أكبر دولة في العالم من حيث إنتاج خام الحديد، إذ بلغ مجمل إنتاجها في عام 2006 حوالي 520 طن، ثم في المرتبة الثانية تأتي أستراليا بحجم إنتاج 270 طن، والبرازيل في المرتبة الثالثة بحجم إنتاج 250 طن في عام 2006 أيضا.

أنواع خامات الحديد
هناك ثلاثة أنواع أساسية لخام الحديد تختلف فيما بينها من حيث نسب إنتاج الحديد ونسب توافرها في الطبيعة، والجودة والسمات الفيزيائية لكل منها، وتلك الخامات هي :

1- خام الهيماتيت: وهو خام حديد يتكون من مادة أكسيد الحديد، وعلميا يستخدم الرمز Fe2O3 للإشارة إليه، وخام الهيماتيت يحتوي على نسبة 70% من الحديد، ويتميز بألوانه المتعددة؛ إذ أن منه اللون الأسود واللون الرمادي واللون الأحمر، ونوع اللون هذا يعتمد في الغالب على نسبة وحجم الشوائب الموجودة فيه، أما عن شكله فيكون على هيئة مسحوق أو على شكل كتل ضخمة.

2- خام الماجينيت: هو النوع الثاني من خام الحديد، وعلميا يستخدم الرمز Fe3O4 للإشارة إليه، وخام الماجينيت يحتوي على نسبة 72% من الحديد، ويتميرز بألوانه البراقة اللامعة وتحديدا اللون الأسود، ويعتبر خام الماجينيت أنقى أنواع الحديد.

3- خاك الليمونيت: هو النوع الثالث من خام الحديد، وعلميا يستخدم الرمز 2Fe2O3H2O للإشارة إليه، وخام الماجينيت يحتوي على نسبة 40% من الحديد، وكمية من الماء تقدر بـ 10 %، ويتميرز بلونه الأصفر المائل إلى البنية.

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: هو مادة تحتوي على نسب صغيرة من أكاسيد الحديد، وهو نفسه ما يسمى برماد الفحم الذي يستخدم في صناعة الأسمنت ورصف الطرق.

– حديد التمساح: يكون من ضمن عوالق عملية صهر الحديد بالفرن العالي، ويحتوي على نسبة كربون لكنه حديد صافي يكون هشا بدرجة كبيرة، ثم بعد صهره مرة أخرى يتحول لمادة صلبة.

2- طريقة الاختزال المباشر: وفي تلك الطريقة يتم اتباع أسلوب آخر في اختزال أكاسيد الحديد وتحويلها إلى حد عبر استخدام الغازات؛ ففي تلك الطريقة  يتم الاستعانة بدرجات حرارة أقل من درجات حرارة الانصهار وفي الأغلب تتراوح درجات الحرارة تلك ما بين 800 إلى 900 درجة مئوية، أما عن منتج الحديد الذي يخرج من تلك العملية يطلق عليه اسم ” الحديد الإسفنجي”.

مميزات تصنيع الحديد عبر الاختزال المباشر
1- تصنيع الحديد بالاختزال المباشر لا يتطلب وجود لفحم الحجري، وهو مادة غالية الثمن ولا تتوفر بسهولة لاسيما بالدول العربية.
2- من مميزات طريقة الاختزال المباشر انها غير مكلفة إذا ما تمت مقارنتها بطريقة الفرن الحراري.
3- الاختزال الحراري طريقة بسيطة وسهلة الاستخدام.