طرق صهر الحديد
الحديد
عنصر الحديد أحد أقدم العناصر التي عرفها واستخدمها الإنسان من العصر الحديديّ في عام 1400ق.م؛ فكان نبيّ الله داوود عليه السَّلام هو أول من طوّع الحديد وصهره وشكّله لأدواتٍ عدّة، قال الله تعالى"وألنّا له الحديد"؛ ولأهميّة هذا المعدن فقد سُميّت سورةٌ في القرآن الكريم باسم سورة الحديد.
الحديد عنصرٌ فلزيٌّ انتقاليٌّ من عناصر الجدول الدوريّ يقع في الدّورة الرَّابعة والمجموعة الثَّامنة منه، ويرمز له بالرَّمز Fe المأخوذ من اسم الحديد باللُّغة اللَّاتينيّة Ferrum.
يوجد الحديد في القشرة الأرضيّة بتركيزٍ عالٍ، فهو العنصر الرَّابع من حيث كميّة تواجده في التُّربة، كما يوجد في كريات الدَّم الحمراء عند الإنسان والكائنات الأخرى، وفي مادّة الكلوروفيل للنباتات الخضراء.
صهر الحديد
صهر الحديد عمليّةٌ كيميائيّةٌ ضروريّةٌ لتحويل الحديد من صورته الخامّ التي يوجد عليها في الطَّبيعة وهي أكسيد الحديد- الحديد متحدًّا مع الأكسجين- إلى فلز الحديد النَّقيّ بعد نزع الأكسجين منه، وتتمّ تحت تأثير ضغطٍ وحرارةٍ مرتفعين وبوجود عوامل مختزلةٍ تستطيع نزع الأكسجين من أكسيد الحديد؛ ليبقى الحديد حرًّا، وتتمّ هذه الطريقة باستخدام ما يُعرف بتشغيل الفرن العالي أو الفرن اللَّافح.
طريقة صهر الحديد
الفرن العالي أو الفرن اللَّافح
هي الطريقة المستخدمة للحصول على الحديد المنصهر؛ لتخليصه من الأكسجين بحيث يبقى الحديد نقيًّا بواسطة عمليّة الاختزال.
يتم مزج كلٍّ من الكربون على هيئة فحم الكوك وأكسيد الحديد في الفرن اللّافح بصورتيه: الهيماتيت Fe2O3، والماغنتيت Fe3O4 عند درجة حرارة تصل إلى 2000°م، ويتمّ إدخال هذه المواد من أعلى الفرن اللَّافح وتتقابل مع الهواء السَّاخن المدفوع من أسفل الفرن عبر الأنابيب؛ بحيث كل 1 طن من أكسيد الحديد يحتاج إلى 4 طن من الهواء السَّاخن؛ فينصهر الحديد انصهارًا تامًّا ، ومن ثَمّ يتمّ التفاعل الكيميائيّ على النَّحو التَّالي:
- تكوين أول أكسيد الكربون CO من تفاعل الأكسجين مع الكربون.
- تفاعل أول أكسيد الكربون مع الهيماتيت Fe2O3، لينتج فلز الحديد المنصهر.
- تفاعل كميّة من Fe2O3 مع الكربون؛ لينتج أيضًا الحديد المنصهر.
بعد انتهاء كافة عمليات الاحتراق والاختزال، ينتج الحديد المنصهر وعلى سطحه خبث الحديد- الحجر الجيري الذي يستخدم في الفرن اللُّافح- فيخرج خبث الحديد من فتحات مخصصةٍ له نظرًا لكثافته القليلة ويبقى الحديد المنصهر الذي يُبرّد، ثَمّ يُصبح جاهزًا لاستخدامه في الصِّناعة. تعتبر الصِّين هي الدولة الأولى في إنتاج فلز الحديد.
وهذه الطريقة المتبعة للحصول على الحديد المنصهر هي المرحلة الأولى التي تتبعها عملية التبريد للحصول على خام الحديد المستخدم في الصناعة.