الحديد
الحديد هو عنصرٌ فلزيٌّ انتقاليّ صلبٌ، لونه بنيّ أو بنيٌّ محمرّ، يُستخرج من الصخور، عرفه الإنسان من العصر الحديدي في عام 1400 قبل الميلاد، واستخدمه في صنع العديد من الأدوات التي يحتاجها في حياته اليومية، وخاصّة آلات القطع والصيد، ويتواجد الحديد في القشرة الأرضية بشكلٍ كبيرٍ، فهو يعتبر العنصر الرابع من حيث كمية وجودة في التربة، كما أنّه يوجد في الدم الموجود في جسم الإنسان، تحديداً في كريات الدم الحمراء، وفي مادة الكلوروفيل الموجودة في النباتات الخضراء، ولكن الحديد يحتاج لتشكيلة إلى صهره وتحويله إلى سائل، ولفعل ذلك فهو يحتاج إلى أفرانٍ خاصٍة بذلك، وهذا ما سنذكره في هذا المقال.
طريقة صهر الحديد
صهر الحديد هي عمليةٌ يتمّ فيها اختزال الحديد، أيّ تخليصه من الأكسجين؛ بحيث يبقى الحديد المصهور نقيّاً، وذلك من خلال خلط كلّ من الكربون (على شكل فحم الكوك) مع أكسيد الحديد بصورتيه (الهيماتيت Fe2O3، والماغنتيت Fe3O4) في الفرن على درجة حرارةٍ عاليةٍ جداً تصل إلى 2000 درجةٍ مئويةٍ، حيث يتمّ وضع هذه المواد في أعلى الفرن حتّى تتقابل مع الهواء الساخن القادم من الأنانبيب الموجودة أسفل الفرن؛ بحيث أنّ كلّ (1طن) من أكسيد الحديد يلزمه (4 أطنانٍ) من الهواء الساخن؛ حتّى ينصهر الحديد تماماً، ثمّ يحدث التفاعل الكيميائي التالي:
- يتكون أوّل أكسيد الكربون (CO) من تفاعل الكربون والأكسجين.
- يتفاعل أوّل أكسيد الكربون مع (Fe2O3) حتى يتكون فلز الحديد المنصهر.
- تتفاعل كميةٌ من (Fe2O3) مع الكربون حتّى يتكون فلز الحديد المنصهر.
عند انتهاء التفاعلات وعمليات الاحتراق والاختزال ينتج الحديد المنصهر الذي يتكوّن على سطحه خبث الحديد، والذي يخرج من فتحات خاصّةٍ له، نظراً لكثافته القليلة، ويبقى الحديد المنصهر الذي يكون جاهزاً في الصناعة.
أفران صهر الحديد
يُعرف فرن صهر الحديد بأنّه عبارةٌ عن وعاءٍ كبير الحجم يتكوّن من عمودٍ إسطوانيّ صلب، ينتهي قاعه بموقد، ويُغطى بغطاءٍ قابلٍ للرفع، ويتحّمل حرارةً عاليةً تصل إلى 2000 درجةٍ مئويةٍ، ويتّسع إلى كميةٍ كبيرةٍ من المواد الخام تصل إلى 400 طن، وتعتمد هذه الأفران على التيار الكهربائيّ القادر على صهر الحديد، بعد إضافة المواد الكيميائية التي ترفع درجة حرارته.
استخدامات الحديد
- صناعة أنابيب الغاز، وأنابيب المياه.
- صناعة السكك الحديدية.
- صناعة العديد من الأجهزة الكهربائيّة، كالمكواة، والأفران، وغيرها.
- بناء العمارات والمساكن.
- بعض أنواع الحمايات الخاصة بالشبابيك.
- صناعة الأبواب والشبابيك.
- التطبيقات الكهربائية، مثل: المغناطيس الكهربائيّ.
- صناعة السفن.
- عاملٌ محفزٌ في كثير من الصناعات، مثل: إنتاج الأمونيا، وتنقية الماء.
- صناعة السيارات.
