خام الحديد

Edit-clear.svg
تعرَّف على طريقة التعامل مع هذه المسألة من أجل إزالة هذا القالب.تحتاج النصوص المترجمة في هذه المقالة إلى مراجعة لضمان معلوماتها وإسنادها وأسلوبها ومصطلحاتها ووضوحها للقارئ، لأنها تشمل ترجمة اقتراضية أو غير سليمة. فضلاً ساهم في تطوير هذه المقالة بمراجعة النصوص وإعادة صياغتها بما يتناسب مع دليل الأسلوب في ويكيبيديا.

خام الحديد أو تراب الحديد هو ما يصنع منه الحديد، يستخرج من الصخور ويوضع في فرن ذو درجة حرارة عالية كي يصهر، فيصفى المعدن من التراب. كذلك أيضًا يصفي كل معدن من ترابه ما عدا الألومنيوم.[1] خامات الحديد  هي الصخور و المعادن وخامات الحديد يمكن استخراجها إقتصادياً، وعادة ما تكون غنية في أكاسيد الحديد وتختلف في اللون من الرمادي الداكن، الأصفر المشرق، أو الأرجواني العميق لأحمر صدئ. يوجد الحديد عادة على شكل أكسيد الحديد الأسود

كريات [الإنجليزية] خام الحديد مكومة، استعدادا لاستعمالها في إنتاج الصلب.

( 72.4% Fe), الهيماتيت(Fe2O3, 69.9% Fe), goethite (FeO(OH), 62.9% Fe), ليمونيت (FeO(OH)·n(H2O), 55% Fe) or siderite (FeCO3, 48.2% Fe).

تُعرف الخامات التي تحتوي على كميات كبيرة جدًا من الهيماتيت أو المغنتيت (أكبر من حوالي 60٪ من الحديد) باسم "الخام الطبيعي" أو "خام الشحن المباشر" ، مما يعني أنه يمكن إطعامها مباشرة في أفران الصهر التي تصنع الحديد . خام الحديد هو المادة الخام المستخدمة في صناعة الحديد الخام، وهو أحد المواد الخام الرئيسية في صناعة الصلب - يستخدم 98٪ من خام الحديد المستخرج في صناعة الصلب.  في عام 2011 توقعت صحيفة فاينانشال تايمز أن خام الحديد "جزء لا يتجزأ من الاقتصاد العالمي أكثر من أي سلعة أخرى، باستثناء النفط ربما ".

المصادرعدل

حديد معدني غير معروف تقريبا على سطح الأرض إلا كالحديد والنيكل سبائك من النيازك وأشكال نادرة جدا من عباءة عميقة xenoliths . يُعتقد أن بعض النيازك الحديدية قد نشأت من أجسام متراكمة يبلغ قطرها 1000 كم أو أكبر. يمكن إرجاع أصل الحديد في النهاية إلى التكوين من خلال الاندماج النووي في النجوم ويُعتقد أن معظم الحديد نشأ في النجوم المحتضرة والتي تكون كبيرة بما يكفي للانهيار أو الانفجار على شكل مستعرات عظمى . الرغم من أن الحديد هو رابع أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية، حيث يتكون من حوالي 5٪، إلا أن الغالبية العظمى منه مرتبطة بالسيليكاتأو نادرًا معادن الكربونات(لمزيد من المعلومات، انظر دورة الحديد ). تعتبر الحواجزالديناميكية الحرارية لفصل الحديد النقي عن هذه المعادن هائلة وتستهلك الكثير من الطاقة، وبالتالي فإن جميع مصادر الحديد المستخدمة من قبل الصناعة البشرية تستغل معادن أكسيد الحديد النادرة نسبيًا، وخاصة الهيماتيت .

قبل الثورة الصناعية، تم الحصول على معظم الحديد من على نطاق واسع الجيوثايت أو خام المستنقع، على سبيل المثال خلال الثورة الأمريكية والحروب النابليونية .استخدمت مجتمعات ما قبل التاريخ اللاتريت كمصدر لخام الحديد. تاريخياً، تم استخراج الكثير من خام الحديد الذي تستخدمه المجتمعات الصناعية من رواسب الهيماتيت في الغالب بدرجات تبلغ حوالي 70٪ حديد. يشار إلى هذه الودائع عادة باسم "خامات الشحن المباشر" أو "الخامات الطبيعية". زيادة الطلب على خام الحديد، إلى جانب استنفاد خامات الهيماتيت عالية الجودة في الولايات المتحدة، بعد الحرب العالمية الثانية أدت إلى تطوير مصادر خام الحديد الصف السفلي، أساسا الاستفادة من أكسيد الحديد الأسود و taconite .

تختلف طرق تعدين خام الحديد حسب نوع الخام الذي يتم تعدينه. هناك أربعة أنواع رئيسية من رواسب خام الحديد تعمل حاليًا، اعتمادًا على علم المعادن والجيولوجيا في رواسب الخام. هذه هي رواسب المغنتيت والتيتانومغنتيتوالهيماتيت الضخمة والحجر الحديدي البيزوليتي .[2]

تشكيلات الحديد النطاقاتعدل

 
صخرة عمرها 2.1 مليار سنة تظهر تشكيل الحديد النطاقات
 
حبيبات التاكونيت المعالجة بأكسدة سطح ضارب إلى الحمرة كما هو مستخدم في صناعة الصلب ، مع ربع الولايات المتحدة (القطر: 24 مم [0.94 بوصة]) موضح للقياس

تشكيلات الحديد ذات النطاقات (BIFs) عبارة عن صخور رسوبية تحتوي على أكثر من 15 ٪ من الحديد يتكون في الغالب من معادن الحديد المرصوفة الرقيقة والسيليكا (مثلالكوارتز ). تحدث تشكيلات الحديد النطاقات حصرا فيعصر ما قبل الكمبري الصخور، وتكون عادة ضعيفة إلى مكثف المتحولة . قد تحتوي على تشكيلات الحديد النطاقات الحديد في الكربونات ( سيدريت أو الأنكريت نوع من الحديد ) أو السيليكات ( minnesotaite ، greenalite ، أو grunerite )، ولكن في تلك الملغومة كما خامات الحديد وأكاسيد ( أكسيد الحديد الأسودأوالهيماتيت ) هو معدن الحديد الرئيسي.  تُعرف تكوينات النطاقات الحديدية باسم التاكونيت في أمريكا الشمالية.

ينطوي التعدين على نقل كميات هائلة من الخام والنفايات. وتأتي هذه النفايات في شكلين، حجر الأساس غير خام في منجم ( تثقل أو interburden المعروفة محليا باسم mullock)، والمعادن غير المرغوب فيها التي هي جزء لا يتجزأ من الصخور خام نفسه ( الشوائب ). ويتم استخراج وmullock ووضعت في مقالب النفايات، ويتم فصل الشوائب خلال إثراء العملية وتتم إزالة كما بقاياه . مخلفات التاكونيت هي في الغالب الكوارتز المعدني، وهو خامل كيميائيًا. يتم تخزين هذه المواد في برك كبيرة منظمة لترسيب المياه.

خامات المغنتيتعدل

المعلمات الاقتصادية الرئيسية لخام المغنتيت اقتصاديًا هي تبلور المغنتيت، ودرجة الحديد داخل الصخور المضيفة لتكوين الحديد النطاقات، والعناصر الملوثة الموجودة داخل تركيز المغنتيت. إن نسبة الحجم والشريط لمعظم موارد المغنتيت غير ذات صلة حيث يمكن أن يصل سمك تشكيل الحديد الشريطي إلى مئات الأمتار، ويمتد مئات الكيلومترات على طول الضربة، ويمكن أن يصل بسهولة إلى أكثر من ثلاثة مليارات طن أو أكثر من الخام المحتوي.[3]

الدرجة النموذجية للحديد التي يصبح فيها تكوين الحديد النطاقات الحاملة للمغنتيت اقتصاديًا هو 25٪ تقريبًا من الحديد، والذي يمكن أن ينتج عمومًا استرداد 33٪ إلى 40٪ من المغنتيت بالوزن، لإنتاج تصنيف مركز يزيد عن 64٪ وزن. يحتوي تركيز خام الحديد المغنتيت النموذجي على أقل من 0.1٪ فوسفور و 3-7٪ سيليكا وأقل من 3٪ألومنيوم .

حاليا يتم استخراج خام الحديد المغنتيت في ولاية مينيسوتا وميشيغان في الولايات المتحدة وشرق كنداوشمال السويد . يتم حاليًا تعدين تشكيل الحديد ذي النطاقات الحاملة للمغنتيت على نطاق واسع في البرازيل، والتي تصدر كميات كبيرة إلى آسيا، وهناك صناعة ناشئة وكبيرة لخام الحديد المغنتيت في أستراليا .

خامات الشحن المباشر (الهيماتيت)عدل

يتم حاليًا استغلال رواسب خام الحديد (DSO) (التي تتكون عادةً من الهيماتيت ) في جميع القارات باستثناء القارة القطبية الجنوبية، بأكبر كثافة في أمريكا الجنوبية وأستراليا وآسيا. يتم الحصول على معظم رواسب خام الحديد الهيماتيت الكبيرة من تكوينات حديدية متغيرة النطاقات ونادرًا ما تكون تراكمات نارية.

عادةً ما تكون رواسب DSO أكثر ندرة من BIF الحاملة للمغنتيت أو الصخور الأخرى التي تشكل مصدرها الرئيسي أو صخور البروتوليث، ولكنها أرخص بكثير من التعدين والمعالجة لأنها تتطلب قدرًا أقل من الاستفادة بسبب محتوى الحديد العالي. ومع ذلك، يمكن أن تحتوي خامات DSO على تركيزات أعلى بكثير من عناصر العقوبة، وعادة ما تكون أعلى في الفوسفور ومحتوى الماء (خاصة التراكمات الرسوبية بيزوليت ) والألمنيوم ( الطين داخل بيزوليت). تكون خامات DSO ذات درجة التصدير عمومًا في نطاق الحديد 62-64٪. [ بحاجة لمصدر ]

رواسب خام المغنتيت الصخريةعدل

أحيانا الغرانيت و ultrapotassic الصخور النارية فصلالمغنتيت البلورات والجماهير شكل مناسبة لتركيز أكسيد الحديد الأسود الاقتصادي.  يتكون عدد قليل من رواسب خام الحديد، ولا سيما في تشيلي، من التدفقات البركانية التي تحتوي على تراكمات كبيرة من بلورات المغنتيت . كما شكلت رواسب خام الحديد الأسود في تشيلي داخلصحراء أتاكاما تراكمات طينية من المغنتيت في تيارات قادمة من هذه التكوينات البركانية.

بعض المغنتيت skarn و الحرارية المائية وقد عملت الودائع في الماضي ودائع خام عالية الجودة الحديد التي تتطلب القليل إثراء . هناك العديد من الودائع المرتبطة الجرانيت من هذا النوع في ماليزيا واندونيسيا .

تشمل المصادر الأخرى لخام الحديد المغنتيت التراكمات المتحولة لخام المغنتيت الضخم كما هو الحال في نهر سافاج، تسمانيا، التي تشكلت عن طريق قص الأفيوليت فوق السطحي .

مصدر ثانوي آخر لخامات الحديد هو التراكمات الصخرية في تداخلات الطبقات التي تحتوي عادةً على أكسيد الحديد الأسود الذي يحمل التيتانيوم غالبًا مع الفاناديوم . تشكل هذه الخامات سوقًا متخصصة، مع مصاهر متخصصة تستخدم لاستعادة الحديد والتيتانيوم والفاناديوم. وbeneficiated هذه الخامات مماثل أساسا لخامات الحديد تشكيل النطاقات، ولكن عادة ما يتم ترقيتها بسهولة أكبر عن طريق سحق والفرز . درجات تركيز التيتانيوم مغنتيت النموذجي 57٪ حديد، 12٪ Ti و 0.5٪الخامس


مخلفات المناجمعدل

لكل 1 طن من تركيز خام الحديد ينتج حوالي 2.5-3.0 طن من نفايات خام الحديد سيتم تصريفها. تظهر الاحصاءات ان هناك 130 مليون طن من خام الحديد يتم تصريفها كل عام. على سبيل المثال، إذا احتوت مخلفات المناجم على ما يقرب من 11 ٪ من الحديد، فسيكون هناك ما يقرب من 1.41 مليون طن من الحديد المهدر سنويًا.  هذه المخلفات هي أيضا عالية في المعادن الأخرى المفيدة مثلالنحاس، النيكل، والكوبالت،  والتي يمكن استخدامها للمواد مثل الرصيف وحشو ومواد مثل الاسمنت بناء بناء الطرق ومنخفض الدرجة الزجاج، ومواد الحائط. في حين أن المخلفات عبارة عن خام منخفض الدرجة نسبيًا، إلا أنها أيضًا غير مكلفة لجمعها حيث لا يلزم تعدينها. بسبب هذه الشركات، مثل Magnetation ، Inc. ، بدأت مشاريع الاستصلاح حيث تستخدم نفايات خام الحديد كمصدر للحديد المعدني.[4]

الطريقتان الرئيسيتان لإعادة تدوير الحديد من مخلفات خام الحديد هما التحميص الممغنط والاختزال المباشر. يستخدم التحميص الممغنط درجات حرارة تتراوح بين 700 و 900 درجة مئوية لمدة أقل من ساعة واحدة لإنتاج تركيز الحديد (Fe 3 O 4 ) لاستخدامه في صهر الحديد. لتحميص ممغنط، من المهم أن يكون لديك جو مختزل لمنع الأكسدة وتكوين Fe 2 O 3 لأنه من الصعب فصله لأنه أقل مغناطيسية. يستخدم الاختزال المباشر درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية وأوقات أطول من 2-5 ساعات.يستخدم الاختزال المباشر لإنتاج الحديد الإسفنجي(Fe) لاستخدامها في صناعة الصلب. يتطلب التخفيض المباشر المزيد من الطاقة لأن درجات الحرارة أعلى والوقت أطول ويتطلب عامل اختزال أكثر من التحميص الممغنط.


المنتجونعدل

 
خام الحديد من الأردن، القطعة محفوظة في متحف الأردن

قائمة الدول حسب إنتاج خام الحديد استنادًا إلى بيانات المسح الجيولوجي الأمريكية .

مرتبة بلد إنتاج خام الحديد القابل للاستخدام

(ألف طن)

عام
العالمية 2500000 2019
1 أستراليا 930,000 2019
2 البرازيل 480,000 2019
3 الصين 350.000 2019
4 الهند 210,000 2019
5 روسيا 99000 2019
6 جنوب أفريقيا 77000 2019
7 أوكرانيا 62000 2019
8 كندا 54000 2019
9 الولايات المتحدة الأمريكية 48000 2019
10 كازاخستان 43000 2019
11 إيران 38000 2019
12 السويد 37000 2019
13 المكسيك 23000 2019
14 بيرو 15000 2019
15 تشيلي 14000 2019
16 موريتانيا 13300 2017
17 فنزويلا 12000 2017
18 فيتنام 9570 2017
19 منغوليا 7695 2017
20 ديك رومي 6700 2017
21 كوريا الشمالية 5,250 2017
22 سيرا ليون 4,720 2017
23 ماليزيا 3920 2017
24 نيوزيلندا 3,490 2017
25 النمسا 2800 2017
26 اليونان 2,284 2017
27 ليبيريا 1,930 2017
28 البوسنة والهرسك 1,622 2017
29 كولومبيا 715 2017
30 الجزائر 600 2017
31 باكستان 547 2017
32 مصر 500 2017
33 كوريا الجنوبية 310 2017
34 تونس 200 2017
35 لاوس 110 2017
36 توجو 60 2017
37 بوتان 28 2017
38 المغرب 15 2017

هذه قائمة بالدول حسب إنتاج الحديد الخام .

إنتاج حديد الزهر (مليون طن متري)
مرتبة بلد 1980 2013 2015
العالمية 506 1168 1,180
1 الصين 38 709 710
2 اليابان 87 84 84
3 الهند 85 50 54
4 روسيا غير متوفر 50 51
5 كوريا الجنوبية 5.6 41 47
6 البرازيل 13 26 30
7 ألمانيا 36 27 28
8 الولايات المتحدة الأمريكية 62 30 26
9 أوكرانيا غير متوفر 29 25
10 المملكة المتحدة 6.2 9.4 9
بلدان اخرى 246 91 101


هذه قائمة لمنتجي تراب الحديد (بحسب خدمة الجيولوجيا الأمريكية US Geologic Survey[1])

الدولة الإنتاج بملايين الأطنان المترية (سنة 2006)
الصين 520
أستراليا 270
البرازيل 250
الهند 150
روسيا 105
أكرانيا 73
الولايات المتحدة 54
جنوب أفريقيا 40
إيران 35
كندا 33
السودان 24
فنزويلا 20
كازاخستان 15
موريتانيا 11
دول أخرى 43
المجموع 1690

أنواع خامات الحديدعدل

  • الهيماتيتhématite:

وهو عبارة عن اكسيد الحديد Fe2O3 الذي يحتوي على نسبة 70% من الحديد . ويوجد في ألوان متعددة تتراوح ما بين الأحمر إلى اللون الرمادي أو الأسود - حسب ما يوجد به من شوائب - ويوجد في احجام مختلفة ما بين كتل ضخمة إلى مسحوق.

  • الماجينيت:magénite

خام الحديد، رمزه الكيميائي Fe3O4و يحتوي على نسبة 72,4%من الحديد، لونه أسود ذو بريق ولمعان كما يعد من أنقى خامات الحديد وهو ذو مغناطيسية عالية.

  • الليمونيت :

خام الحديد، رمزه الكيميائي 2Fe2O3H2O حيث يحتوي على نسبة تتراوح بين 40% إلى 50% من الحديد ونسبة 10% من الماء. يميل لونه إلى الأصفر البني أو يكون مخططا باللون الأحمر.

كيفية إنتاج الحديدعدل

تتم صناعة الحديد باستخدام:

 
الفرن العالي

طريقة الفرن العاليعدل

  • يدخل تيار من الهواء الساخن عبر انابيب النفخ الواقعة اسفله حيث يتفاعل الأكسجين مع الفحم الحجري (الكوك) مكونا أول أكسيد الكربون CO.
  • صعود غاز ساخن عبر شقوق الكوك فيتم اختزال أكاسيد الحديد، ويتحول أول أكسيد الكربون أثناء اختزال أكاسيد الحديد إلى ثاني أكسيد الكربون.
  • يغادر الغاز قمة الفرن من المنافذ المتواجدة أعلاه.
  • يسيل الحديد المصهور والخبث عبر طبقة الكوك نحو الموقد.

نواتج الفرن العاليعدل

  • الخبث: يحتوي الخبث على كميات قليلة من أكاسيد الحديد، رماد الفحم حيث يستعمل في رصف الطرق وفي صناعة الاسمنت.
  • الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000م/طن.
  • حديد التمساح: يحتوي على 5% من الكربون وعلى 93% من الحديد، ولهذا يكون هشا، لا يتحمل الطرق. ولكن بإعادة صهره تتم صناعة حديد الزهر.

إنتاج الحديد بالاختزال المباشرعدل

لقد حدد تعبير "الاختزال المباشر " في الوقت الحالي بانه أسلوب اختزال أكاسيد الحديد لإنتاج الحديد منها باستعمال الغازات المختلفة كوسط مختزل وتتم هذه العملية عند درجة حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار، حيث تكون درجة الحرارة بين c°800الى c°900.

وكان يعرف الحديد الناتج من هذه العملية باسم الحديد الاسفنجي ومع نهاية الثمانينات من القرن العشرين وصل إنتاج حديد الاختزال المباشر إلى حوالي 50مليون طن/سنة . ويمكن القول بان العوامل المساعدة على زيادة إنتاج حديد الاختزال ترجع إلى مميزات هذا الأسلوب.

مميزات الاختزال المباشرعدل

تمتاز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بمزايا عديدة ومن هذه المزايا التي ساعدت على ازدهار ونمو هذه الطريقة وخاصة في الدول النامية ما ياتي:

  • لا تحتاج هذه الطريقة إلى الكوك وهذا بدوره أدى إلى كثير من المزايا هي :
  1. تقليل مخاطر اعتماد الصناعة على مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة.
  2. عدم توافر الفحم الحجري المناسب لصناعة الكوك في الدول العربية.
  3. ترتبط بصناعة الكوك مشكلات عديدة وخاصة ما يتصل بتلوث البيئة.
  • إمكانية إنشاء وحدات ذات طاقة إنتاجية صغيرة تكون تكلفة انشائها اقل بكثير من الافران العالية.
  • هذه التقنية بسيطة وحديثة الدول النامية يسهل استيعابها واستخدامها.
  • تتوافر في كثير من الدول مصادر الطاقة المطلوبة وعلى وجه التحديد الغاز الطبيعي.
  • لا تحتاج إلى فترة طويلة لإنشاء الفرن العالي.
  • الحديد المنتج من هذه العملية خال من الكربون بينما حديد التمساح الناتج من الفرن العالي يحتوي تقريبا على 4% كربون.

إنتاج الحديد بالصهرعدل

لقد ظهرت طرق بديلة لإنتاج الحديد، وبعض هذه العمليات تنتج الفولاذ مباشرة في خطوة واحدة بدلا من إنتاج الحديد الزهر ثم تنقيته لإنتاج الفولاذ.

واهم هذه الطرق ما يعرف باسم الصهر، والاختلاف الأساسي بين الاختزال المباشر والصهر ان الناتج في الحالة الثانية يكون سائلا، بينما في الأولى ينتج الحديد في صورة جامدة . وتتم هاته العملية في فرن الصهر أو قد يكون الصهر والاختزال باستخدام البلازما.

  • الاختزال وصهر البلازما:

يتضح من خلال الاسم ان هذه العملية تستخدم البلازما الناتجة عن تأين الغازات عند درجة حرارة حوالي 3000 °C ويحدث الصهر والاختزال البلازمي على مرحلتين:

    • يتم في الخطوة الأولى اختزال خام الحديد جزئيا بنسبة ما بين 50%إلى 60%في غرفتين مكونتين مهدا مميعا، قبل أن يتم خلطها مع الفحم والحجر الجيري ويتحقق ذلك من خلال مولد البلازما في صورة فرن اسطواني مملوء بالكوك.
    • ويتم في الخطوة الثانية الاختزال النهائي والصهر . وهي وحدة الفرن الاسطواني وهو يشبه إلى حد كبير الاختزال في الفرن العالي . والفرق الأساسي هو وجود مولد البلازما الذي يعمل على تأين الغازات بالقرب من القصبات.
  • طريقة ارند(Irned):

وتعتبر الطريقة الثانية الحديثة لإنتاج الحديد ثم الفولاذ في المفاعل نفسه بدون الحاجة إلى نقل الحديد المنتج إلى مفاعل آخر. والوقود الأولي فيه هو الفحم وإنتاج الفولاذ من خام الحديد تتم في عمليتين متتاليتين مختلفتين:حيث يجري العمل بحقن حبيبات خام الحديد الناعم عن قمة الفرن بالإضافة إلى نشارة الفحم، والحجرالجيري والأكسجين ويؤدي ذلك إلى الصهر الومضي مع اختزال جزئي لخام الحديد الذي يكون في صورة معلقة مع بقية الشحنة. ثم يلي ذلك صهر واختزال كلي للخام في الجزء الأسفل من المفاعل. والاضافات الجديدة في هذه الطريقة لإنتاج الفولاذهي:

  1. استخدام فرن واحد بدلا من فرنين وانجاز العمل بدون الحاجة إلى نقل منتجات المرحلة الأولى المفاعلات المرحة التالية.
  2. استخدام الطاقة بطريقة مثالية حيث ان الحرارة الزائدة المنطلقة من احتراق الفحم في القطاع العلوي يستفاد بها في توليد الطاقة الكهربائية يستخدم لإنتاج الفولاذ في الجزء الأسفل.

الإنتاج والإستهلاكعدل

إنتاج خام الحديد القابل للاستخدام في مليون طن متري لعام 2015  تقديرات إنتاج المناجم للصين تم تقديرها من مكتب الإحصاء الوطني لإحصاءات خام الخام في الصين، بدلاً من الخام القابل للاستخدام كما ورد في البلدان الأخرى.
بلد إنتاج
أستراليا 817
البرازيل 397
الصين 375 *
الهند 156
روسيا 101
جنوب أفريقيا 73
أوكرانيا 67
الولايات المتحدة الأمريكية 46
كندا 46
إيران 27
السويد 25
كازاخستان 21
بلدان اخرى 132
مجموع العالم 2,280

الحديد هو المعدن الأكثر استخدامًا في العالم - الصلب، والذي يعتبر خام الحديد المكون الرئيسي منه، ويمثل ما يقرب من 95٪ من جميع المعادن المستخدمة سنويًا.  يتم استخدامه بشكل أساسي في الهياكل والسفن والسيارات والآلات.

الصخور الغنية بالحديد شائعة في جميع أنحاء العالم، ولكن عمليات التعدين التجاري من الدرجة الخام تهيمن عليها البلدان المدرجة في الجدول جانبًا. العائق الرئيسي أمام اقتصاديات رواسب خام الحديد ليس بالضرورة درجة أو حجم الرواسب، لأنه ليس من الصعب بشكل خاص إثبات وجود كمية كافية من الصخور جيولوجيًا. يتمثل العائق الرئيسي في موضع خام الحديد بالنسبة للسوق، وتكلفة البنية التحتية للسكك الحديدية لإيصاله إلى السوق، وتكلفة الطاقة المطلوبة للقيام بذلك.

يعد تعدين خام الحديد عملاً ذا حجم كبير ومنخفض هامش الربح، حيث أن قيمة الحديد أقل بكثير من المعادن الأساسية.  وهي كثيفة رأس المال وتتطلب استثمارات كبيرة في البنية التحتية مثل السكك الحديدية من أجل نقل الخام من المنجم إلى سفينة الشحن.  لهذه الأسباب، يتركز إنتاج خام الحديد في أيدي عدد قليل من اللاعبين الرئيسيين.

يبلغ متوسط الإنتاج العالمي ملياري طن متري من الخام الخام سنويًا. أكبر شركة منتجة لخام الحديد في العالم هي شركة Vale البرازيلية للتعدين، تليها مجموعة Rio Tinto Group الأنجلو-أسترالية ثم BHP . ساعد مورد أسترالي آخر، Fortescue Metals Group Ltd ، في جعل إنتاج أستراليا هو الأول في العالم.

بلغت التجارة البحرية في خام الحديد - أي خام الحديد الذي سيتم شحنه إلى بلدان أخرى - 849 مليون طن في عام 2004.  تهيمن أستراليا والبرازيل على التجارة المنقولة بحراً، بنسبة 72٪ من السوق.  تسيطر BHP و Rio و Vale على 66٪ من هذا السوق فيما بينها.

في أستراليا، يتم الحصول على خام الحديد من ثلاثة مصادر رئيسية: خام البيزوليت " قناة رواسب الحديد " المشتق من التآكل الميكانيكي لتكوينات الحديد النطاقات الأولية والمتراكم في القنوات الغرينية مثل بانونيكا، أستراليا الغربية ؛ وغيرت metasomatically المهيمنة تشكيل الحديد النطاقات ذات الصلة ب خامات مثل فينيومان، والمدى شيشستر، والمدى همرسلي وKoolyanobbing ، غرب أستراليا . ظهرت أنواع أخرى من الخام في المقدمة مؤخرًا، مثل أغطية صلبة حديدية مؤكسدة، على سبيل المثال رواسب خام الحديد اللاتريتبالقرب من بحيرة أرجيل في غرب أستراليا.

يبلغ إجمالي الاحتياطيات القابلة للاسترداد من خام الحديد في الهند حوالي 9,602 مليون طن من الهيماتيت و 3,408 مليون طن من المغنتيت .  تشهاتيسجاره، ماديا براديش، وكارناتاكا، جهارخاند، أوديشا، غوا، ماهاراشترا، ولاية اندرا براديش، ولاية كيرالا، راجستان وتاميل نادو هي المنتجين الهنود الرئيسي لخام الحديد. يزداد الاستهلاك العالمي لخام الحديد بنسبة 10٪ سنويًا في المتوسط ، كان المستهلكون الرئيسيون هم الصين واليابان وكوريا والولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي.

تعد الصين حاليًا أكبر مستهلك لخام الحديد، وهو ما يُترجم إلى أن يكون أكبر دولة منتجة للصلب في العالم. كما أنها أكبر مستورد، حيث اشترت 52٪ من التجارة البحرية في خام الحديد في عام 2004.  تليها اليابان وكوريا، اللتان تستهلكان كمية كبيرة من خام الحديد الخام والفحم المعدني. في عام 2006 ، أنتجت الصين 588 مليون طن من خام الحديد، بمعدل نمو سنوي قدره 38٪.

سوق خام الحديدعدل

على مدى السنوات الأربعين الماضية، تم تحديد أسعار خام الحديد في مفاوضات مغلقة بين حفنة صغيرة من عمال المناجم وصناع الصلب الذين يهيمنون على الأسواق الفورية والعقود. تقليديا، تحدد الصفقة الأولى التي تم التوصل إليها بين هاتين المجموعتين معيارًا يجب اتباعه من قبل بقية الصناعة.

ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، بدأ هذا النظام المعياري في الانهيار، حيث دعا المشاركون على طول سلاسل العرض والطلب إلى التحول إلى التسعير قصير الأجل. بالنظر إلى أن معظم السلع الأخرى لديك بالفعل نظام تسعير ناضج قائم على السوق، فمن الطبيعي لخام الحديد أن يحذو حذوه. للإجابة على طلبات السوق المتزايدة لتسعير أكثر شفافية، قدم عدد من التبادلات المالية و / أو غرف المقاصة حول العالم مقايضة خام الحديد. تقدم مجموعة CME و SGX (بورصة سنغافورة) و London Clearing House (LCH.Clearnet) و NOS Group و ICEX (بورصة السلع الهندية) مقايضات مقاصة بناءً على بيانات معاملات خام الحديد الخاصة بمؤشر الصلب (TSI). تقدم بورصة شيكاغو التجارية أيضًا مقايضة مبنية على بلاتس، بالإضافة إلى مقاصة مبادلة TSI. تقدم ICE (Intercontinental Exchange) خدمة المقاصة المبنية على أساس Platts أيضًا. نما سوق المقايضات بسرعة، مع تجمع السيولة حول تسعير TSI. بحلول أبريل 2011 ، تم تصفية مقايضات خام الحديد بما يزيد عن 5.5 مليار دولار أمريكي على أساس أسعار TSI. بحلول أغسطس 2012 ، كان يتم تداول ما يزيد عن مليون طن من المقايضات يوميًا بانتظام، على أساس TSI.

كان التطور الجديد نسبيًا أيضًا هو إدخال خيارات خام الحديد ، بالإضافة إلى المقايضات. كانت مجموعة CME هي المكان الأكثر استخدامًا لتصفية الخيارات المكتوبة ضد TSI ، مع اهتمام مفتوح بأكثر من 12000 عقد في أغسطس 2012.

أطلقت بورصة سنغافورة التجارية (SMX) أول عقد آجل عالمي لخام الحديد ، استنادًا إلى مؤشر Metal BulletinIron Ore Index (MBIOI) الذي يستخدم بيانات الأسعار اليومية من مجموعة واسعة من المشاركين في الصناعة وشركة الاستشارات الصينية المستقلة للصلب ومزود البيانات Shanghai Steelhome's قاعدة اتصال واسعة النطاق لمنتجي الصلب وتجار خام الحديد في جميع أنحاء الصين.  شهد العقد الآجل أحجامًا شهرية تزيد عن 1.5 مليون طن بعد ثمانية أشهر من التداول.

تأتي هذه الخطوة في أعقاب التحول إلى التسعير الفصلي المستند إلى المؤشر من قبل أكبر ثلاث شركات في العالم لتعدين خام الحديد - Vale و Rio Tinto و BHP - في أوائل عام 2010 ، مما كسر تقليد 40 عامًا من التسعير السنوي القياسي.

وفرة حسب البلدعدل

موارد خام الحديد المتوفرة في العالمعدل

الحديد هو العنصر الأكثر وفرة على وجه الأرض ولكن ليس في القشرة.  نطاق احتياطيات خام الحديد التي يمكن الوصول إليها غير معروف ، على الرغم من أن ليستر براونمن معهد Worldwatch اقترح في عام 2006 أن خام الحديد يمكن أن ينفد في غضون 64 عامًا (أي بحلول عام 2070) ، بناءً على نمو بنسبة 2٪ في الطلب لكل عام.

أسترالياعدل

يحسب Geoscience Australia أن " الموارد الاقتصادية المثبتة " من الحديد في البلاد تبلغ حاليًا 24 جيجا طن ، أو 24 مليار طن. [ بحاجة لمصدر ] يبلغ معدل الإنتاج الحالي من منطقة بيلبارا في غرب أستراليا ما يقرب من 430 مليون طن سنويًا وهي في ازدياد. يتوقع جافين مود ( جامعة RMIT ) وجوناثون لو ( CSIRO ) أن تختفي خلال 30-50 عامًا و 56 عامًا على التوالي.  تتطلب تقديرات عام 2010 مراجعة مستمرة لمراعاة تحول الطلب على خام الحديد منخفض الدرجة وتحسين تقنيات التعدين والاسترداد (السماح بالتعدين على عمق أكبر تحت منسوب المياه الجوفية).

لا تزال التوترات عالية بين الإدارة والنقابات العمالية.

إيداع Pilbaraعدل

في عام 2011 ، أعلنت شركات تعدين خام الحديد الرائدة في بيلبارا - ريو تينتو ، بي إتش بي وفورتسكو ميتالز جروب (FMG) - عن استثمارات رأسمالية كبيرة في تطوير المناجم الحالية والجديدة والبنية التحتية المرتبطة بها (السكك الحديدية والموانئ). بشكل جماعي ، سيصل هذا إلى إنتاج 1,000 مليون طن سنويًا (Mt / y) بحلول عام 2020. من الناحية العملية ، سيتطلب ذلك مضاعفة الطاقة الإنتاجية من التيار [ متى؟ ] مستوى الإنتاج من 470 مليون طن / سنة إلى 1000 مليون طن / سنة (بزيادة 530 مليون طن / سنة). تستند هذه الأرقام على التيار[ متى؟ ]معدلات إنتاج ريو 300 مليون طن في السنة ، 240 مليون طن في السنة ، FMG 55 مليون طن في السنة وغيرها من 15 مليون طن في السنة ، تتزايد إلى ريو 360 مليون طن في السنة ، BHP 356 مليون طن في السنة ، FMG 155 مليون طن في السنة وغيرها 140 مليون طن في السنة y (الأخير 140 مليون طن في السنة يعتمد على الإنتاج المخطط من [ متى؟ ] الداخلين الجدد في الصناعة إلى هانكوك وأطلس وبروكمان عبر بورت هيدلاند و API وغيرها من خلال ميناء أنتيل المقترح). في مارس 2014 ، افتتحت Fortescue رسميًا مشروعها الذي تبلغ طاقته الإنتاجية 40 مليون طن سنويًا (mtpa) في Kings Valley ، مما يمثل الانتهاء من توسعة تبلغ 9.2 مليار دولار أمريكي زادت من قدرتها الإنتاجية إلى 155 مليون طن سنويًا. شمل التوسع بناء الحقول الخضراء Solomon Hub في Hamersley Ranges ، وهي واحدة من أكبر مشاريع خام الحديد في العالم التي تضم Kings Valley ومنجم Firetail القريب 20 mtpa ؛ توسعة منجم كريسماس كريك إلى 50 مليون طن سنويًا ؛ والتوسعات الرئيسية لموانئ Fortescue العالمية ومرافق السكك الحديدية.

يتطلب معدل إنتاج يبلغ 1000 مليون طن سنويًا زيادة كبيرة في الإنتاج من المناجم الحالية وفتح عدد كبير من المناجم الجديدة. علاوة على ذلك ، ستكون هناك حاجة أيضًا إلى زيادة كبيرة في قدرة البنية التحتية للسكك الحديدية والموانئ. على سبيل المثال ، ستكون شركة ريو مطالبة بتوسيع عملياتها في الموانئ في دامبير وكيب لامبرت بمقدار 140 مليون طن في السنة (من 220 مليون طن في السنة إلى 360 مليون طن في السنة). ستكون BHP مطلوبة لتوسيع عمليات ميناء Port Hedland بمقدار 180 مليون طن في السنة (من 180 مليون طن في السنة إلى 360 مليون طن في السنة). ستكون شركة FMG مطلوبة لتوسيع عملياتها في الموانئ في Port Hedland بمقدار 100 مليون طن في السنة (من 55 مليون طن في السنة إلى 155 مليون طن في السنة). ويمثل ذلك زيادة قدرها 420 مليون طن سنويًا في سعة الموانئ من قبل الشركات الثلاث الكبرى ريو ، و BHP ، و FMG وحوالي 110 مليون طن سنويًا من المنتجين غير الرئيسيين. بناءً على قاعدة التجربة البالغة 50 مليون طن / سنة لكل شاحنة قلابة ،

ستكون سعة السكك الحديدية الجديدة مطلوبة أيضًا. استنادًا إلى قاعدة الإبهام البالغة 100 مليون طن في السنة لكل خط سكة حديد ، فإن زيادة الإنتاج بحوالي 500 مليون طن في السنة تتطلب خمسة خطوط سكة حديد فردية جديدة. أحد السيناريوهات هو خط سكة حديد إضافي لجميع التخصصات: BHP (من مسار مزدوج إلى ثلاثي) ، وريو (مسار مزدوج إلى ثلاثي) ، و FMG (مسار فردي إلى مزدوج) وخطان جديدان على الأقل. Hancock Prospecting لديها مؤخرًا [ متى؟ ] بدأت الإنتاج من منجم ركاز الحديد روي هيل الواقع شمال نيومان. تضمن هذا المشروع تطوير رواسب روي هيل ، وإنشاء خط سكة حديد بطول 344 كم ومنشأة ميناء بإنتاجية سنوية تبلغ 55 مليون طن وريال قطري وطني لخدمة المنتجين غير الرئيسيين ، اعتبارًا من ديسمبر 2015 بسبب انخفاض سعر خام الحديد تم تعليق هذه الخطط إلى أجل غير مسمى.

يحتاج معدل الإنتاج 1000 مليون طن سنويًا إلى مزيد من الدراسة من قبل المؤيدين والحكومة. تشمل المجالات التي تحتاج إلى مزيد من الدراسة مساحة ميناء جديدة في Anketell لخدمة مناجم West Pilbara ، والنمو في Port Hedland (أعلنت BHP عن تطوير ميناء خارجي في Port Hedland) ، وترشيد السكك الحديدية ومتطلبات الموافقة التنظيمية لفتح وصيانة الاضطرابات الأرضية البصمة التي تدعم 1000 مليون طن / سنة من الإنتاج بما في ذلك ، من بين أمور أخرى ، ملكية السكان الأصليين وتراث السكان الأصليين ونتائج حماية البيئة.

الولايات المتحدة الأمريكيةعدل

في عام 2014 ، أنتجت المناجم في الولايات المتحدة 57.5 مليون طن متري من خام الحديد بقيمة تقدر بـ 5.1 مليار دولار.  يُقدر أن تعدين الحديد في الولايات المتحدة يمثل 2٪ من إنتاج خام الحديد في العالم. يوجد في الولايات المتحدة اثني عشر منجمًا لخام الحديد ، تسعة منها عبارة عن مناجم مفتوحة وثلاثة عمليات استصلاح.كان هناك أيضًا عشرة مصانع تكوير ، وتسعة مصانع تركيز ، ومصنعان مختزلان بشكل مباشر (DRI) ومصنع واحد لقطع الحديد التي كانت تعمل في عام 2014.  في الولايات المتحدة ، يقع معظم تعدين خام الحديد في نطاقات الحديدحول بحيرة سوبيريور . نطاقات الحديد هذه تحدث فيولاية مينيسوتاو Michigan التي شكلت مجتمعة 93 ٪ من خام الحديد القابل للاستخدام المنتج في الولايات المتحدة في عام 2014. توجد سبعة من المناجم المفتوحة التسعة العاملة في الولايات المتحدة في مينيسوتا بالإضافة إلى اثنين من عمليات استخلاص المخلفات الثلاثة. يقع المنجمان النشطان الآخران في حفرة مكشوفة في ميشيغان، وفي عام 2016 تم إغلاق أحد المنجمين.  وكانت هناك أيضا مناجم خام الحديد في ولاية يوتا وألاباما . ومع ذلك ، تم إغلاق آخر منجم لخام الحديد في ولاية يوتا في عام 2014  وتم إغلاق آخر منجم لخام الحديد في ولاية ألاباما في عام 1975.

كنداعدل

في عام 2017 ، أنتجت مناجم خام الحديد الكندية 49 مليون طن من خام الحديد في كريات مركزة و 13.6 مليون طن من الصلب الخام. ومن بين 13.6 مليون طن تم تصدير 7 ملايين طن ، وتم تصدير 43.1 مليون طن من خام الحديد بقيمة 4.6 مليار دولار. من خام الحديد المصدّر 38.5٪ من الحجم عبارة عن كريات خام الحديد بقيمة 2.3 مليار دولار و 61.5٪ من خام الحديد المركز بقيمة 2.3 مليار دولار.  معظم خام الحديد كندا تأتي من نونافوتومن ابرادور على طول كيبيك ونيوفاوندلاند ولابرادورالحدود.

البرازيلعدل

البرازيل هي ثاني أكبر منتج لخام الحديد وأستراليا هي الأكبر. في عام 2015 صدرت البرازيل 397 مليون طن من خام الحديد القابل للاستخدام.  في ديسمبر 2017 ، صدرت البرازيل 346,497 طنًا متريًا من خام الحديد ومن ديسمبر 2007 إلى مايو 2018 قاموا بتصدير متوسط شهري قدره 139,299 طنًا متريًا.

صهرعدل

تتكون خامات الحديد من ذرات الأكسجين والحديد المرتبطة ببعضها البعض في جزيئات. لتحويله إلى حديد معدني ، يجب صهره أو إرساله من خلال عملية الاختزال المباشر لإزالة الأكسجين. روابط الأكسجين والحديد قوية ، ولإزالة الحديد من الأكسجين ، يجب تقديم رابطة عنصرية أقوى لتلتصق بالأكسجين. يتم استخدام الكربون لأن قوة الرابطة بين الكربون والأكسجين أكبر من قوة الرابطة بين الحديد والأكسجين ، في درجات الحرارة العالية. وبالتالي ، يجب سحق خام الحديد وخلطه مع فحم الكوك ليتم حرقه في عملية الصهر.

أول أكسيد الكربون هو المكون الأساسي لنزع الأكسجين كيميائيًا من الحديد. وبالتالي ، يجب الحفاظ على صهر الحديد والكربون في حالة (تقليل) نقص الأكسجين لتعزيز احتراق الكربون لإنتاج ثاني أكسيد الكربون وليسثاني أكسيد الكربون

2.

  • انفجار الهواء والفحم (فحم الكوك): 2 C + O 2 → 2 CO
  • أول أكسيد الكربون (CO) هو عامل الاختزال الرئيسي.
    • المرحلة الأولى: 3 Fe 2 O 3 + CO → 2 Fe 3 O 4 + CO 2
    • المرحلة الثانية: Fe 3 O 4 + CO → 3 FeO + CO 2
    • المرحلة الثالثة: FeO + CO → Fe + CO 2
  • تكليس الحجر الجيري: CaCO 3 → CaO + CO 2
  • يعمل الجير كتدفق: CaO + SiO 2 → CaSiO 3

أثر العناصرعدل

يمكن أن يكون لإدراج كميات صغيرة من بعض العناصر تأثيرات عميقة على الخصائص السلوكية لمجموعة من الحديد أو تشغيل المصهر. يمكن أن تكون هذه الآثار جيدة وسيئة ، وبعضها سيء بشكل كارثي. تتم إضافة بعض المواد الكيميائية عمدا مثل التدفق مما يجعل الفرن العالي أكثر كفاءة. تتم إضافة البعض الآخر لأنها تجعل المكواة أكثر مرونة أو أكثر صلابة أو تمنحها بعض الجودة الأخرى المرغوبة. يحدد اختيار الخام والوقود والتدفق كيف يتصرف الخبث والخصائص التشغيلية للحديد المنتج. من الناحية المثالية ، يحتوي خام الحديد على الحديد والأكسجين فقط. في الواقع هذا نادرًا ما يحدث. عادة ، يحتوي خام الحديد على مجموعة من العناصر التي غالبًا ما تكون غير مرغوب فيها في الفولاذ الحديث.

السيليكونعدل

السيليكا ( SiO

2) موجود دائمًا تقريبًا في خام الحديد. يتم التخلص من معظمها أثناء عملية الصهر. في درجات حرارة أعلى من 1300 درجة مئوية (2370 درجة فهرنهايت) سيتم تقليل بعضها وتشكيل سبيكة مع الحديد. كلما زادت سخونة الفرن ، زاد وجود السيليكون في الحديد. ليس من غير المألوف العثور على ما يصل إلى 1.5٪ Si في الحديد الزهر الأوروبي من القرن السادس عشر إلى القرن الثامن عشر.

التأثير الرئيسي للسيليكون هو تعزيز تكوين الحديد الرمادي. الحديد الرمادي أقل هشاشة وأسهل في التشطيب من الحديد الأبيض. يفضل لأغراض الصب لهذا السبب. ذكر تيرنر (1900 ، ص 192 - 197) أن السيليكون يقلل أيضًا من الانكماش وتشكيل الثقوب ، مما يقلل من عدد المسبوكات السيئة.

الفوسفورعدل

للفوسفور (P) أربعة تأثيرات رئيسية على الحديد: زيادة الصلابة والقوة ، وانخفاض درجة حرارة المواد الصلبة ، وزيادة السيولة ، وقصر البرودة. اعتمادًا على الاستخدام المخصص للحديد ، تكون هذه التأثيرات إما جيدة أو سيئة. غالبًا ما يحتوي خام المستنقع على نسبة عالية من الفوسفور ( جوردون 1996 ، ص 57).

تزداد قوة وصلابة الحديد مع زيادة تركيز الفوسفور. 0.05٪ من الفوسفور في الحديد المطاوع يجعلها صلبة مثل الفولاذ الكربوني المتوسط. يمكن أيضًا تقوية الحديد عالي الفوسفور بالطرق على البارد. يكون تأثير التصلب صحيحًا لأي تركيز للفوسفور. فكلما زاد الفسفور ، أصبح الحديد أكثر صلابة وزادت قوته بالمطرقة. يمكن لصانعي الفولاذ الحديث زيادة الصلابة بنسبة تصل إلى 30٪ ، دون التضحية بمقاومة الصدمات من خلال الحفاظ على مستويات الفوسفور بين 0.07 و 0.12٪. كما أنه يزيد من عمق التصلب بسبب التبريد ، ولكنه في نفس الوقت يقلل أيضًا من قابلية ذوبان الكربون في الحديد عند درجات الحرارة العالية. هذا من شأنه أن يقلل من فائدته في صنع الفولاذ المنفّط (تدعيم) ، حيث تكون سرعة وكمية امتصاص الكربون هي الاعتبار الأول.

إضافة الفوسفور لها جانب سلبي. عند التركيزات الأعلى من 0.2٪ يصبح الحديد قصير البرودة بشكل متزايد أو هش في درجات الحرارة المنخفضة. قصير بارد مهم بشكل خاص لقضيب الحديد. على الرغم من أن حديد البار عادة ما يعمل ساخنًا ، إلا أن استخداماته [ مثال مطلوب ] تتطلب غالبًا أن يكون صلبًا وقابلًا للانحناء ومقاومًا للصدمات في درجة حرارة الغرفة. إن كسر المسمار عند اصطدامه بمطرقة أو عجلة عربة تنكسر عندما اصطدم بحجر لن يُباع جيدًا.[ بحاجة لمصدر ] تركيزات عالية بدرجة كافية من الفوسفور تجعل أي حديد غير قابل للاستخدام ( Rostoker & Bronson 1990، ص. 22). تتضخم آثار قصر البرودة حسب درجة الحرارة. وبالتالي ، قد تصبح قطعة الحديد التي يمكن استخدامها بشكل مثالي في الصيف هشة للغاية في الشتاء. هناك بعض الأدلة على أنه خلال العصور الوسطى ، ربما كان لدى الأثرياء سيف عالي الفوسفور في الصيف وسيف منخفض الفوسفور للشتاء ( Rostoker & Bronson 1990 ، ص 22).

يمكن أن تكون المراقبة الدقيقة للفوسفور ذات فائدة كبيرة في عمليات الصب. يعمل الفوسفور على خفض درجة حرارة السائل ، مما يسمح للحديد بالبقاء منصهرًا لفترة أطول ويزيد السيولة. يمكن أن تؤدي إضافة 1٪ إلى مضاعفة المسافة التي سيتدفق بها الحديد المنصهر ( Rostoker & Bronson 1990 ، ص 22). يتم تحقيق التأثير الأقصى ، حوالي 500 درجة مئوية ، بتركيز 10.2٪ ( Rostocker & Bronson 1990 ، ص 194) . لعمل المسبك تيرنر[من ؟ ]شعرت أن الحديد المثالي يحتوي على 0.2 - 0.55٪ فسفور. يتم تعبئة قوالب الحديد الناتجة مع عدد أقل من الفراغات وتقليل تقلصها أيضًا. في القرن التاسع عشر ، استخدم بعض منتجي الحديد الزهر المزخرف الحديد مع ما يصل إلى 5 ٪ من الفوسفور. سمحت لهم السيولة الشديدة بصنع مصبوبات معقدة وحساسة للغاية. لكنهم لم يكونوا قادرين على تحمل الوزن ، حيث لم يكن لديهم قوة ( Turner 1900 ، ص 202-204).

هناك نوعان من العلاجات [ على من؟ ] لحديد الفوسفور العالي.الأقدم والأسهل هو التجنب. إذا كان الحديد الذي أنتجه الخام قصيرًا ، فسيبحث المرء عن مصدر جديد لخام الحديد. تتضمن الطريقة الثانية أكسدة الفوسفور أثناء عملية الزعنفة بإضافة أكسيد الحديد. عادة ما ترتبط هذه التقنية بالتلطيخ في القرن التاسع عشر ، وربما لم يتم فهمها من قبل. على سبيل المثال ، يبدو أن إسحاق زاني ، مالك شركة مارلبورو لأعمال الحديد ، لم يعرف عنها شيئًا في 1772. نظرًا لسمعة زين [ وفقًا لمن؟ ] لمواكبة أحدث التطورات، وكانت هذه التقنية ربما غير معروفة للمصانع الحديد من ولاية فرجينيا وبنسلفانيا.

يعتبر الفوسفور ملوثًا ضارًا لأنه يجعل الفولاذ هشًا ، حتى عند تركيزات أقل من 0.6٪. لا يمكن إزالة الفوسفور بسهولة عن طريق الصهر أو الصهر ، لذا يجب أن تكون خامات الحديد منخفضة بشكل عام في الفوسفور لتبدأ.

الألومنيومعدل

توجد كميات صغيرة من الألومنيوم (Al) في العديد من الخامات بما في ذلك خام الحديد والرمل وبعض الحجر الجيري. يمكن إزالة الأول عن طريق غسل الخام قبل الصهر.حتى إدخال الأفران المبطنة بالطوب ، كانت كمية التلوث بالألمنيوم صغيرة بما يكفي بحيث لم يكن لها تأثير على الحديد أو الخبث. ومع ذلك ، عندما بدأ استخدام الطوب في المواقد وداخل الأفران العالية ، زادت كمية تلوث الألومنيوم بشكل كبير. كان هذا بسبب تآكل بطانة الفرن بواسطة الخبث السائل.

يصعب تقليل الألمنيوم. ونتيجة لذلك ، فإن تلوث الحديد بالألمنيوم ليس مشكلة. ومع ذلك ، فإنه يزيد من لزوجة الخبث ( Kato & Minowa 1969 ، p.37 and Rosenqvist 1983 ، p. 311). سيكون لهذا عدد من الآثار السلبية على تشغيل الفرن. سوف يؤدي الخبث السميك إلى إبطاء نزول الشحنة ، مما يؤدي إلى إطالة العملية. سيجعل الألمنيوم العالي أيضًا من الصعب الاستفادة من الخبث السائل. في أقصى درجات هذا يمكن أن يؤدي إلى فرن متجمد.

هناك عدد من الحلول لخبث الألمنيوم العالي. الأول هو التجنب. لا تستخدم مصدر خام أو جير يحتوي على نسبة عالية من الألومنيوم. تؤدي زيادة نسبة تدفق الجير إلى تقليل اللزوجة ( Rosenqvist 1983 ، ص 311).

الكبريتعدل

الكبريت (S) هو ملوث متكرر في الفحم. كما أنه موجود بكميات صغيرة في العديد من الخامات ، ولكن يمكن إزالته عن طريق التكليس . يذوب الكبريت بسهولة في كل من الحديد السائل والصلب في درجات الحرارة الموجودة في صهر الحديد. آثار حتى كميات صغيرة من الكبريت فورية وخطيرة. كانوا من أوائل من عملوا بواسطة صانعي الحديد.يتسبب الكبريت في جعل الحديد أحمرًا أو ساخنًا قصيرًا (جوردون 1996 ، ص 7).

الحديد القصير الساخن هش عندما يكون ساخنًا. كانت هذه مشكلة خطيرة لأن معظم الحديد المستخدم خلال القرنين السابع عشر والثامن عشر كان عبارة عن حديد أو حديد مشغول. يتم تشكيل الحديد المطاوع عن طريق الضربات المتكررة بمطرقة وهو ساخن. سوف تتكسر قطعة من الحديد القصير الساخن إذا عملت بمطرقة. عندما تتصدع قطعة من الحديد أو الفولاذ الساخن ، يتأكسد السطح المكشوف على الفور. هذه الطبقة من الأكسيد تمنع إصلاح الكراك باللحام. تتسبب الشقوق الكبيرة في تكسير الحديد أو الفولاذ. يمكن أن تتسبب الشقوق الأصغر في فشل الكائن أثناء الاستخدام. تتناسب درجة الحرارة المرتفعة بشكل مباشر مع كمية الكبريت الموجودة. اليوم يتم تجنب الحديد الذي يحتوي على أكثر من 0.03٪ من الكبريت.

يمكن عمل الحديد القصير الساخن ، ولكن يجب أن يعمل في درجات حرارة منخفضة. يتطلب العمل في درجات حرارة منخفضة مزيدًا من الجهد البدني من الحداد أو المسامح. يجب ضرب المعدن مرات أكثر وبصعوبة لتحقيق نفس النتيجة. يمكن عمل شريط ملوث بالكبريت بشكل معتدل ، ولكنه يتطلب الكثير من الوقت والجهد.

في الحديد الزهر الكبريت يعزز تكوين الحديد الأبيض. ما يصل إلى 0.5٪ يمكن أن يقاوم تأثيرات التبريد البطيء والمحتوى العالي من السيليكون ( Rostoker & Bronson 1990 ، ص 21). الحديد الزهر الأبيض أكثر هشاشة ، ولكنه أكثر صلابة أيضًا. يتم تجنبه بشكل عام ، لأنه من الصعب العمل ، باستثناء الصين حيث تم استخدام الحديد الزهر عالي الكبريت ، وبعضها يصل إلى 0.57 ٪ ، المصنوع من الفحم وفحم الكوك ، في صنع الأجراس والأجراس ( Rostoker، Bronson & Dvorak 1984 ، p 760). وفقًا لـ Turner (1900 ، pp.200) ، يجب أن يحتوي حديد السبك الجيد على أقل من 0.15٪ كبريت. في بقية أنحاء العالم ، يمكن استخدام الحديد الزهر عالي الكبريت في صناعة المسبوكات ، ولكنه يجعل الحديد المطاوع سيئًا.

هناك عدد من العلاجات للتلوث بالكبريت. الأول ، والأكثر استخدامًا في العمليات التاريخية وما قبل التاريخ ، هو التجنب. لم يتم استخدام الفحم في أوروبا (على عكس الصين) كوقود للصهر لأنه يحتوي على الكبريت وبالتالي يتسبب في تسخين الحديد القصير. إذا نتج عن خام معدن قصير ساخن ، يبحث صانعو الحديد عن خام آخر. عندما كان يستخدم الفحم المعدنية لأول مرة في أفران الأوروبية في 1709 (أو ربما قبل ذلك)، وكان ذلك تفحم . فقط مع إدخال الانفجار الساخن من عام 1829 تم استخدام الفحم الخام.

يمكن إزالة الكبريت من الخامات عن طريق التحميص والغسيل. يؤدي التحميص إلى أكسدة الكبريت لتكوين ثاني أكسيد الكبريت الذي إما يتسرب إلى الغلاف الجوي أو يمكن غسله. في المناخات الدافئة ، من الممكن ترك خام البيريت في المطر. العمل المشترك من المطر، والبكتيريا، والحرارة أكسدة كبريتيد ل حامض الكبريتيك والكبريتات ، والتي هي وترشح للذوبان في الماء ( تيرنر 1900 ، ص 77). ومع ذلك ، تاريخيا (على الأقل) ، كبريتيد الحديد (الحديد البايرايت FeS

2) ، على الرغم من أنه معدن حديد شائع ، إلا أنه لم يتم استخدامه كخام لإنتاج معدن الحديد. كما تم استخدام التجوية الطبيعية في السويد. نفس العملية ، بالسرعة الجيولوجية ، ينتج عنها خامات الجوسانليمونيت.

تتجلى الأهمية التي تعلق على انخفاض نسبة الكبريت في الحديد من خلال الأسعار المرتفعة باستمرار التي يتم دفعها مقابل الحديد في السويد وروسيا وإسبانيا من القرن السادس عشر إلى القرن الثامن عشر. اليوم لم يعد الكبريت مشكلة. العلاج الحديث هو إضافة المنجنيز . ولكن ، يجب أن يعرف المشغل مقدار الكبريت الموجود في الحديد لأنه يجب إضافة خمسة أضعاف كمية المنجنيز على الأقل لتحييده. تعرض بعض المكواة التاريخية مستويات المنجنيز ، لكن معظمها أقل بكثير من المستوى المطلوب لتحييد الكبريت ( Rostoker & Bronson 1990 ، ص 21).

يمكن أن يكون تضمين الكبريتيد في صورة كبريتيد المنغنيز(MnS) أيضًا سببًا لمشاكل التآكل الشديدة في التنقر فيالفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الجودة مثل فولاذ AISI 304 .  ظل ظروف الأكسدة وفي وجود الرطوبة ، عندما يتأكسد الكبريتيد ينتج أنيون ثيوسلفات كأنواع وسيطة ولأن أنيون ثيوسلفات له قدرة أكبر على الحركة الكهربية من أنيون كلوريد بسبب شحنته الكهربائية السالبة المزدوجة ، فإنه يعزز الحفرة نمو.  الواقع ، تم إطلاق الشحنات الكهربائية الموجبة الناتجة عن Fe 2+ الكاتيونات في محلول بواسطة Feيجب تعويض / تحييد الأكسدة على المنطقة الأنودية داخل الحفرة بسرعة بواسطة الشحنات السالبة الناتجة عن الهجرة الكهربية الحركية للأنيونات في الحفرة الشعرية. بعض العمليات الكهروكيميائية التي تحدث في الحفرة الشعرية هي نفسها التي تحدث في الرحلان الكهربائي الشعري . ارتفاع معدل هجرة الأنيون الكهربي ، ارتفاع معدل تأليب التآكل. يمكن أن يكون النقل الكهربي للأيونات داخل الحفرة هو الخطوة المحددة للمعدل في معدل نمو الحفرة.[5]

المصادرعدل

  1. أ ب http://www.chemguide.co.uk/inorganic/extraction/aluminium.html بالإنجليزية نسخة محفوظة 2020-11-14 على موقع واي باك مشين.
  2. ^ E. R.; Wells, M. A. (2014-01-01). Heinrich D.; Turekian, Karl K. (المحررون). Treatise on Geochemistry (Second Edition) (باللغة الإنجليزية). Oxford: Elsevier. صفحات 313–355. doi:10.1016/b978-0-08-095975-7.01115-3. ISBN 978-0-08-098300-4. مؤرشف من الأصل في 25 ديسمبر 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  3. ^ KATO, Makoto; MINOWA, Susumu (1969). "Viscosity Measurements of Molten Slag -Properties of Slag at Elevated Temperature (Part I)-". Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 9 (1): 31–38. doi:10.2355/isijinternational1966.9.31. ISSN 0021-1583. مؤرشف من الأصل في 24 ديسمبر 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ Uwadiale, G. G. O. O.; Whewell, R. J. (1988-10). "Effect of temperature on magnetizing reduction of agbaja iron ore". Metallurgical Transactions B (باللغة الإنجليزية). 19 (5): 731–735. doi:10.1007/BF02650192. مؤرشف من الأصل في 24 ديسمبر 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); تحقق من التاريخ في: |تاريخ= (مساعدة)
  5. ^ Rostoker, William; Bronson, Bennet; Dvorak, James (1984). "The Cast-Iron Bells of China". Technology and Culture. 25 (4): 750–767. doi:10.2307/3104621. ISSN 0040-165X. مؤرشف من الأصل في 6 يوليو 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)

روابط خارجيةعدل

روابط خارجية باللغة الإنجليزية:

روابط خارجية باللغة العربية:

اقرأ أيضاعدل