الحــــــديــــــــد

ها البحث يتحدث عن الحديد عملته لمادة الكيمياء كنت أبحث لنفسي من خلصت منه ومرتنبتنه قلت انتو بعد تستاهلو
أمانه اللي يقرا البحث ولو بكلمة شكرا
المقدمة:

بسم الله الرحمن الرحيم

نحن اصحاب سورة الحديد التي انزلها الله تعالى في كتابه الكريم اليوم غارقين في سبات عميق , فتقدم الدولة عالميا يقاس على استهلاكها او انتاجها لمادة الحديد و سبائكها و اشهرها الفولاذ و هي اكثر مادة شيوعا و استخداما في كافة المجالات لما لها من خصائص عالية و مميزة.

احببت في هذا الموضوع ان اشرح و اوضح ولو بجزء بسيط عن الحديدلنعرف بعض خصائصه و كيفية استخلاصه و ما هي سبائك الحديد. و لمن يريد الاستزادة يمكنه اخباري وان شاء الله انا على استعاد كامل.

- الحــــــــديـــــــــــد

المعادن الحديدية هي سبائك من الحديد مع الكربون و عناصر اخرى منها السليكون و المنجنيز و الفوسفور و الكبريت و غيرها .و تنقسم سبائك الحديد و الكربون حسب نسبة الكربون فيها, الى صلب (الفولاذ)(steel) او (حديد السكب) (cast iron).

-فالسبائك التي تحتوي على كربون بنسبة لا تزيد عن 2% تعد صلب (فولاذ)(steel).
- اما التي تحتوي على نسبة كربون اعلى تسمى (حديد السكب) (cast iron).

ان نسبة الكربون في انواع الفولاذ (steel) عمليا يندر ان تتجاوز 1.4% و كذلك فنسبة الكربون في انواع حديد السكب (cast iron) عمليا تترواح بين 2.5-4.5% و يستخلص حديد السكب (cast iron) في الافران العالية او بمسمى اخر الفرن اللافح (Blast furnace) , اما الفولاذ فيحصل عليه بعمليات التحويل من حديد الزهر بما يسمى (steel making).

1- المواد الاولية لاستخلاص حديد الزهر (pig iron). بالافران العالية (الفرن اللافح) :
المواد الاولية هي خامات الحديد و الوقود وهو عبارة عن الفحم و الفلكس (flux)

خامات الحديد (Ore) :

هي خامات طبيعية تحتوي على مختلف انواع أكاسيد الحديد و مواد اخرى تتكون عادة من السليكا و الالومينا و اكسيد الكالسيوم و اكسيد المغنسيوم و شوائب مثل الكبريت و الفسفور و الزرنيخ.
و تحدد صلاحية خام الحديد للاستخلاص بنسبة الحديد فيه و نسبة الشوائب فلا بد ان تكون نسبة الحديد في الخام عالية لتكون عملية الاستخلاص ناجحة و مجدية اقتصاديا.

* من اهم خمات الحديد الغنية :
- الهماتيت (hematite) تترواح نسبة الحديد فيه من 50-60% و اختزاله اسهل من خام الحديد المغنطيسي , لونه احمر داكن Fe2O3.
- خام الحديد المغنطيسي (magnatite) تترواح نسبة الحديد فيه بين 45-70% شديد الكثافة اسود اللون FeO4.
- يوجد العديد من الخامات الاخرى لكن نسبة الحديد فيهم اقل.

*
تحضير و تركيز المادة الخام :

من عمليات تحضير الخام و تركيزه التكسير و الفرز و التحميص و الغسل و التركيز الكهرومغناطيسي و التلبيد. و يتوقف سير عملية الاستخلاص في الفرن اللافح و استهلاك الوقود و جودة الحديد المستخلص على حسن تحضير المادة الخام .

يتم الحصول على المادة الخام على شكل صخور من المنجم و منثم يتم نقلها و تكسيرها في كسارات. و يفرز الخام المكسر على هزازات او في غرابيل خاصة تفصل الاحجار الكبيرة عن الصغيرة .
تفرز الاحجار ذات قطر ما بين 30- 100 مم النتاجة من عملية التكسير الى الصهر (يعني الى الفرن اللافح). و لجعل الخام مساميا و سهل الاختزال و خاليا من الشوائب الضارة يجرى تحميصه في افران خاصة للتحميص الخام. و يغسل الخام بالماء اذا كان يحتوي على نسبة كبيرة من الطين و الرمل و غيرها من الشوائب. و يركز الخام اذا كان ذا خواص مغناطيسية باستخدام الات خاصة تقوم فيها مغناطيسات كهربائية بالتقاط اجزاء الخام و نقلها الى مكان اخر و الشوائب تلقى. اما الاحجار الصغيرة و غبار الخام فيجمع و يلبد لتكبير حجمه ليصبح مناسب و استعماله كخام.

تحويل الحديد الزهر الى الفولاذ (Steel Making)

لا يعد الحديد Fe فعال اذا استخدم نقي بدون اضافة مواد اليه مثل الكربون و عمل سبائك لان صفاته الميكانيكية ضعيفة جدا.

* انتاج الفولاذ (الصلب) (Steel).

-المادة الخام الاساسية لانتاج الفولاذ هي حديد الزهر الناتج من عملية الاستخلاص للحديد بواسطة الفرن اللافح (Blast Furnace) . و كذلك الحديد الخردة او ما يطلق عليه حديد السكراب.
- بشكل اساسي نسبة الكربون و المواد المختلطة الاخرى في الفولاذ اقل بكثير منها في حديد الزهر , و لكي نقلل نسبة هذه المواد نقوم باكسدتها و اختزالها في عملية التحويل .و من الطرق الحديثة لانتاج الفولاذ :
1- طريقة بسمر (Bessmer Process or Bottom-Blown Acid)

اقترح هذه الطريقة المتالورجي الانجلزي هنري بسمر سنة 1855م . و الطريقة مبنية على نفخ الهواء المضغوط (من اسفل) خلال الحديد الزهر المصهور , المصبوب في وعاء خاص يعرف بالمحول و الوعاء عبارة عن وعاء كمثري الشكل مبرشم من صفائح الصلب (الصاج) و التجويف الداخلي مبطن بمادة مقاومة للحراراة و هذه البطانة حامضية تحتوي ما بين 90-97% سيليكا.
مشكلة هذه الطريقة تكمن في تاكل البطانة عن تعرضها للخبث (slag) القاعدي اثناء عملية التحويل و ايضا لا يمكن التخلص من الفوسفور و الكبريت.

قبل نفخ الهواء يملاء الوعاء بالحديد الزهر المصهور و من ثم تبداء عملية نفخ الهواء و يبداء الهواء في اكسدة المواد المختلطة مع حديد الزهر , تفاعل اكسيد الحديد المتكون مع السليكون و المنجنيز المختلطين بالحديد حسب التفاعلات التالية :
Fe + 1/2O2=FeO+ 64430 Cal
2FeO+Si = 2Fe + SiO2 + 78990 Cal
FeO + Mn = Fe + MnO + 322920 Cal

2- طريقة ثوماس او طريقة بسمر القاعدية Basic Bessemer or Thomas Process

طريقة شبيه جدا لطريقة بسمر ولكن تختلف عنها بنها تتم بوسط قاعدي و ليس حامضي.
ةقد اقترحها الانجليزي توماس سنة 1878م و تستعمل لتحويل الحديد الزهر المحتوي على نسبة كبيرة من الفوسفور, و يكمن الاختلاف الاساسي ببطانة الوعاء (اي المادة المقاومة للحرارة) حيث انها قاعدية تصنع من مادة الدولوميت تركيبها الكيميائي MgCO3.CaCO3 و حجم الوعاء في طريقة توماس اكبر بقليل من سعة وعاء طريقة بسمر الحمضية. و السبب هو ضرورة شحن و اضافة الجير الى الوعاء اثناء عملية التحويل بما يقدر من 10-15% من وزن المعدن.

عن تعبئة الوعاء بالمعدن المنصهر و اضافة الجير يتم نفخ الهواء و تبداء عمليات الاكسدة و احتراق الفوسفور في المقام الاول كما في المعادلة التالية
2P+ 5FeO = P2O5 + 5Fe + 46900
و يتحد خامس اكسيد الفوسفور المتكون مع الجير كما في المعادلة التالية :
P255 + 4CaO == (CaO)4.P2O5

تمتاز طريقة توماس القاعدية عن طريقة بسمر الحمضية بارتفاع الانتاجية وذات جودة افضل.

3- Open Hearth Process

تم تطوير هذه الطريقة عام 1868م بواسطة كارل سيمينز Karl Siemens و هذه الطريقة فعالة لاكسدة حديد الزهر او السكراب الخردة . و تتم في فرن خاص يطلق عليه Open Hearth
و يعمل هذا الفرن بالوقود السائل عادة. و الشكل التالي يوضح تركيب الفرن و كيفيك حركة الغازات التي تاكسد المواد . بالاضافة الى الجير المضافز

تتم التفاعلات جميعها في وسط قاعدي و يتم ازالة الكثير من الشوائب و اكسدة المواد غير المرغوب فيها و يمكن ازالة الكبريت في هذه العملية يحث يعد الكبريت عدو الحديد و الفولاذ لما له من اثار سلبية على الصفات الميكانكية للمعدن.

التفاعلات الكيميائية الحاصلة اثناء التحويل

FeO+Si = SiO2 + 2Fe + 78990Cal
FeO + Mn = MnO + Fe + 32290 Cal
FeO + C = Fe + CO - 34460 Cal
5FeO + 2P = P2O5 + 5Fe + 46900 Cal

و ايضا يتحد الحير الموجود في الشحنة مع الفسفور الخماسي كما يلي
P255 + 4CaO == (CaO)4.P2O5

و بالمثل يوجد كمية كافية من اكسيد الكالسيوم في الخبث (Slag) يضمن تحويل الكبريت الى خبث كما في المعادلية التالية :

FeS + CaO = FeO + CaS

4- الصهر الكهربائي

يمتاز الصهر الكهربائي اذا قورن بالطرق الاخرى للصهر بعدة مميزات منها التوصل الى درجة حرارة عاليو في مكان الصهر مما يسمح بالحصول على خبث فيه الكثير من الجير الذي يضمن التخلص التام تقريبا من الفسفور و الكبريت و كذلك يخفف كثيرا من احتراق المعدن نتيجة لعدم وجود لهب مؤكسد.

تعمل الافران الصناعية اما بالحث الكهربائي او بمدأ القوس الكهربائي.

الخاتمه:

لقد أتممت وبحمد الله هذا البحث الذي يتحدث عن فلز الحديد حيث استفدت منه& خامات الحديد (Ore) :& تحويل الحديد الزهر الى الفولاذ (Steel Making)& تحضير و تركيز المادة الخام :أتمنا أن اكون قد وفقت في كتابة هذا البحث الذي يتحدث عن الحديد فلا يسعني الا ان أقول الحمد لله رب العالمين والصلاة والسلام على أشرف النبياء والمرسلين .

الرأي الشخصي :

ان من حكمة الله انه ذكر في القرأن الكريم عن الحديد ولا يذكر في القرآن من عبث وانما على فوائده وكثرته في الطبيعه أي انه يصل 50%من وزن القشرة الارضيه وانه يعتبر العنصر الرابع بعد الاكسجين والسليكون والالمونيوم من حيث الانتشار ،وأيضا من حيث الاستعمال لأنه؛ لايمكن الاستغناءعنه في الصناعات وفي حياة الانسان .

مشكورة أختي همس الهيام على الموضوع الشائق
تقبلي مروري
Surprised

العفو
تسلم اخوي على المرور
دمت برعاية الله

مشكورة يالغلا..على المعلومات القيمة..

وبحث متكامل للطلاب..

يعطيج العافية أختي..

تحياتي

تسلم اخوي على المرور

مشكوره اختي همس الهيام ع المعلومات .. الله لا يحرمنا من جديدك..
تقبلي مروري ..\

مشكوووره أختي....
موضوع جميل ومعلومات حلوووه...
تسلمي...
أختج: فلوونا..