الحديد واستخراجه وصهره

محتويات المقال
١ استخراج الحديد
٢ الحديد داخل فرن الصهر
٣ تشكل الحديد
استخراج الحديد يستخرج الحديد من خامات الحديد باستخدام فرن الصهر (بالإنجليزية: blast furnace)، حيث يتمّ إزالة أكسيد الحديد من الهيماتيت وترك الحديد وحده، وفقاً لمجموعةٍ من التفاعلات تُعرف باسم تفاعلات الاختزال، وهي كالآتي:[١] يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الكربون عند درجة حرارة عالية في الجزء السفلي من الفرن لإنتاج أول أكسيد الكربون، الذي يقوم بدور العامل المختزل في الفرن، وفقاً للتفاعل الآتي:C + CO2 → 2CO يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الهيماتيت لإنتاج الحديد وثاني أكسيد الكربون، وفقاً للتفاعل الآتي: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 يتفاعل الكربون مع الهيماتيت في الأجزاء الأعلى حرارةً في الفرن، لإنتاج أول أكسيد الكربون والحديد وفقاً للتفاعل الآتي:Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO الحديد داخل فرن الصهر يتمّ سحق الحديد الخام داخل كساراتٍ وتحويله إلى جسيماتٍ بأحجامٍ صغيرة، ثمّ تمرر هذه الجسيمات فوق منخلٍ؛ بهدف فصل الجسيمات الكبيرة، ويتم تزويد فرن الصهر بالحديد الخام وفحم الكوك والفحم الجيري، ثمّ يتمّ ضخ كمياتٍ كبيرةٍ من الهواء في أسفل فرن الصهر، ممّا يؤدي إلى اتحاد الكالسيوم الموجود في الفحم الجيري مع السيليكات لتشكيل مادة الخبث، أمّا الحديد السائل فيتمّ تجميعه في قاع فرن الصهر تحت طبقة الخبث.

تشكل الحديد تتواجد معظم رواسب الحديد الخام داخل صخور رسوبية تحتوي على طبقاتٍ متتاليةٍ من المعادن الغنية بالحديد، وعلى حبيبات السيليكيا التي تعرف باسم الصوان، والتي تشكلت بفعل تأثير الطبيعة من ماءٍ ورياحٍ وجليد، حيث كانت المحيطات قبل حوالي 3000 مليون سنة تحتوي على كمياتٍ كبيرةٍ من السيليكا الذائبة، ولكنّها تفتقر إلى الأكسجين بسبب عدم تطور النباتات المنتجة للأكسجين بعد، وبفعل عوامل الطبيعة تكاثفت السيليكا على سطح البحر على شكل طبقاتٍ من هلام السيليكا، ثمّ تصلبت هذه الطبقات لتشكل صخور الصوان، كما نتج من تأثير عوامل البيئة على الصخور أكسيد الحديد القابل للذوبان، والذي تمّ جرفه إلى البحر عن طريق الأنهار، وعندما بدأت النباتات المنتجة للأكسجين بالتطور قبل 2500 مليون سنة، أصبح الأكسجين جزءاً من الغلاف الجوي للأرض، وتفاعل الأكسجين الذائب في ماء البحر مع أكسيد الحديد القابل للذوبان، ونتج عن هذا التفاعل أكسيد الحديد غير القابل للذوبان، والذي استقر في قاع المحيط على شكل معادن مغناطيسية Fe3O4 وهيماتيت Fe2O3، ومع استمرار هذه العملية ملايين السنين تكاثفت السيليكا وأكسيد الحديد، ونتج عنهما طبقاتٍ من الصوان الرمادي وأكسيد الحديديك الأحمر.