ما هو الحديد؟
الحديد هو أحد أكثر العناصر شيوعاً على وجه الأرض، تحتوي كل عملية بناء للإنسان تقريباً على القليل من الحديد على الأقل، هو أيضاً واحد من أقدم المعادن وقد صُنع لأول مرة في أشياء مفيدة وزخرفية منذ 3500 عام على الأقل.
كيفية تصنيع الحديد:
قبل أن يمكن استخدام خام الحديد في فرن الصهر، يجب استخراجه من الأرض وتنقيته جزئياً لإزالة معظم الشوائب متكئاً على ملقطه الطويل، تاريخياً كان الحديد ينتج بطريقة التفجير الساخن أو فيما بعد بفرن أنثراسايت، في كلتا الحالتين كان النشاط الأساسي في صناعة الحديد ينطوي على قيام العامل بتحريك دفعات صغيرة من الحديد الخام والرماد، حتى انفصل الحديد عن الخبث.
استخلاص الحديد:
يتم استخراج الكثير من خام الحديد في العالم من خلال التعدين المكشوف، حيث يتم استخراج الحديد النقي معدن ناعم أبيض مائل للرمادي، وعلى الرغم من أن الحديد عنصر شائع، إلا أن الحديد النقي لا يوجد تقريباً في الطبيعة، تُعرف المعادن الموجودة بالقرب من سطح الأرض، والتي تحتوي على أعلى نسبة من الحديد باسم خامات الحديد ويتم تعدينها تجارياً.
تتم إزالة سطح الأرض بواسطة آلات ثقيلة غالباً على مساحة كبيرة جداً؛ لكشف الخام الموجود تحتها، في الحالات التي يكون فيها إزالة السطح غير اقتصادي، يتم حفر الأعمدة في الأرض مع وجود أنفاق جانبية لتتبع طبقة الخام.
شحن الفرن العالي:
بعد المعالجة يتم خلط الخام مع خام آخر ويذهب إلى فرن الصهر، فرن الصهر عبارة عن هيكل على شكل برج مصنوع من الفولاذ ومبطن بطوب مقاوم للحرارة أو مقاوم للحرارة، يدخل خليط المواد الخام أو الشحنة في الجزء العلوي من الفرن العالي، في الجزء السفلي من الفرن يتم نفخ الهواء الساخن أو نفخه من خلال فوهات.
يحترق الكوك في وجود الهواء الساخن، يتفاعل الأكسجين الموجود في الهواء مع الكربون الموجود في الكوك لتشكيل أول أكسيد الكربون، أول أكسيد الكربون حديد ثم يتفاعل مع خام الحديد ليشكل ثاني أكسيد الكربون والحديد النقي.
فصل الحديد عن الخبث:
تغرق الحديد المذاب في قاع الفرن ويتحد الحجر الجيري مع الصخور والشوائب الأخرى في الخام؛ لتشكيل خبث أخف من الحديد ويطفو على القمة، مع انخفاض حجم الشحنة تتم إضافة المزيد باستمرار في الجزء العلوي من الفرن، يتم سحب الحديد والخبث بشكل منفصل عن قاع الفرن.
يتم سحب الغازات الساخنة الناتجة عن التفاعلات الكيميائية من الأعلى وتوجيهها إلى معمل تنظيف الغاز؛ حيث يتم تنظيفها أو حكها وإعادتها إلى الفرن، يعتبر أول أكسيد الكربون المتبقي على وجه الخصوص مفيد للتفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الفرن، يعمل الفرن العالي عادة ليل نهار لعدة سنوات.
مراقبة الجودة:
إنّ عملية الفرن العالي مجهزة بشكل كبير، وتتم مراقبتها بشكل مستمر، يتم فحص وتسجيل الأوقات ودرجات الحرارة، يتم فحص المحتوى الكيميائي لخامات الحديد الواردة من المناجم المختلفة، ويتم مزج الخام مع خام الحديد الآخر لتحقيق الشحنة المطلوبة، يتم أخذ عينات من كل صب وفحص المحتوى الكيميائي والخصائص الميكانيكية مثل القوة والصلابة.
هناك العديد من التأثيرات البيئية المحتملة من صناعة الحديد؛ الأولى والأكثر وضوح هي عملية التعدين المكشوف، تم تجريد مساحات شاسعة من الأرض وتحويلها إلى صخور جرداء، اليوم تُستخدم مواقع التعدين المستنفدة بشكل شائع كمدافن للنفايات، ثم يتم تغطيتها وتنسيقها.
أصبحت بعض هذه المطامر في حد ذاتها مشاكل بيئية؛ حيث تم استخدام بعضها في الماضي القريب للتخلص من المواد شديدة السمية التي تتسرب إلى التربة والمياه، تنتج عملية استخلاص الحديد من الخام كميات كبيرة من الغازات السامة والمسببة للتآكل.
في الممارسة العملية يتم تنقية هذه الغازات وإعادة تدويرها، لكن حتماً تتسرب بعض الكميات الصغيرة من الغازات السامة إلى الغلاف الجوي منتج ثانوي لتنقية الحديد هو الخبث، الذي ينتج بكميات ضخمة، هذه المادة خاملة إلى حد كبير، ولكن لا يزال من الضروري التخلص منها في مدافن النفايات.
تستهلك صناعة الحديد كميات هائلة من الفحم، لا يتم استخدام الفحم مباشرة، ولكن يتم تحويله أولاً إلى فحم الكوك الذي يتكون من كربون نقي، العديد من المنتجات الثانوية الكيميائية لفحم الكوك كلها سامة ولكنها مفيدة تجارياً، كما تشمل هذه المنتجات الأمونيا التي تستخدم في عدد كبير من المنتجات.
الذي يستخدم في صناعة البلاستيك وزيوت القطع والمطهرات التي تدخل في مبيدات الأعشاب ومبيدات الآفات، كذلك المستحضرات الصيدلانية والمواد الكيميائية للتصوير الفوتوغرافي، فهو مكون في العديد من المنتجات الكيميائية المعقدة مثل المذيبات والمتفجرات.
