خام الحديد – أساس الصناعة الحديثة

محدث:
وقت القراءة 10 دقائق
خام الحديد – أساس الصناعة الحديثة
الصورة: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
يشارك

من الصعب اليوم تخيل الحياة بدون الفولاذ ، والتي تُصنع منها أشياء كثيرة من حولنا.

أساس هذا المعدن هو الحديد الذي يتم الحصول عليه عن طريق صهر الخام. يختلف خام الحديد في المنشأ والجودة وطريقة الاستخراج مما يحدد جدوى استخراجه. كما يتميز خام الحديد بتكوينه المعدني ونسبة المعادن والشوائب وكذلك فائدة المواد المضافة نفسها. الحديد كعنصر كيميائي هو جزء من العديد من الصخور ، ومع ذلك ، لا تعتبر جميعها مواد خام للتعدين. كل هذا يتوقف على النسبة المئوية لتكوين المادة.

خام الحديد هو تكوين معدني تجعل كمية المعدن المفيد استخراجه مجديًا اقتصاديًا.

بدأ تعدين هذه المواد الخام منذ 3000 عام ، حيث أتاح الحديد إنتاج منتجات متينة ذات جودة أفضل مقارنة بالنحاس والبرونز. وبالفعل في ذلك الوقت ، ميز الحرفيون الذين كان لديهم مصاهر أنواع الخام.

اليوم ، يتم تعدين الأنواع التالية من المواد الخام لمزيد من صهر المعادن:

  • التيتانيوم والمغنتيت ؛
  • الأباتيت المغنتيت ؛
  • المغنتيت ؛
  • المغنتيت – الهيماتيت ؛
  • الجيوثيتي-هيدروغويثيتيت.

يعتبر خام الحديد غنيًا إذا كان يحتوي على 57٪ على الأقل من الحديد. لكن يمكن اعتبار التطورات مناسبة بنسبة 26٪.

Iron ore
Iron ore. الصورة: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

غالبًا ما يكون الحديد في تكوين الصخور على شكل أكاسيد ، والإضافات المتبقية هي السيليكا والكبريت والفوسفور.

منشأ خام الحديد

ناري

تشكلت هذه الخامات نتيجة التعرض لدرجة الحرارة العالية للصهارة أو النشاط البركاني القديم ، أي إعادة صهر الصخور الأخرى وخلطها. هذه المعادن هي معادن بلورية صلبة مع نسبة عالية من الحديد. عادةً ما ترتبط رواسب الخام ذات الأصل البركاني بمناطق بناء الجبال القديمة ، حيث اقتربت المواد المنصهرة من السطح.

تكون عملية تكوين الصخور النارية على النحو التالي: ذوبان المعادن المختلفة (الصهارة) مادة شديدة السيولة ، وعندما تتشكل الشقوق عند نقاط الصدع ، تملأها وتبرد وتكتسب البنية البلورية. هذه هي الطريقة التي تشكلت بها طبقات الصهارة المجمدة في قشرة الأرض.

متحولة

هذه هي الطريقة التي يتم بها تحويل الأنواع الرسوبية من المعادن. وتتم العملية على النحو التالي: عند تحريك أجزاء معينة من القشرة الأرضية ، تقع بعض طبقاتها التي تحتوي على العناصر الضرورية تحت الصخور التي تعلوها. في العمق ، تخضع لدرجة الحرارة والضغط المرتفعين للطبقات العليا. خلال ملايين السنين من هذا التعرض ، تحدث هنا تفاعلات كيميائية تغير تكوين المادة المصدر ، بلورة المادة. ثم ، في عملية الحركة التالية ، تكون الصخور أقرب إلى السطح.

الفحم: أصل الفحم وخصائصه وتصنيفه
الفحم: أصل الفحم وخصائصه وتصنيفه
وقت القراءة 2 دقائق

عادة ، لا يكون خام الحديد من هذا الأصل عميقًا جدًا ويحتوي على نسبة عالية من التركيب المعدني المفيد. على سبيل المثال ، كمثال مشرق – خام الحديد المغناطيسي (حتى 73-75 ٪ حديد).

رسوبية

العاملان الرئيسيان في عملية تكوين الخام هما الماء والرياح. تدمير طبقات الصخور ونقلها إلى الأراضي المنخفضة حيث تتراكم في طبقات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للماء ، ككاشف ، تعديل مادة المصدر (الرشح). نتيجة لذلك ، يتشكل خام الحديد البني – خام متفتت وفضفاض يحتوي على 30٪ إلى 40٪ حديد ، مع عدد كبير من الشوائب المختلفة.

غالبًا ما يتم خلط المواد الخام في طبقات مع الطين والحجر الجيري والصخور النارية بسبب طرق التكوين المختلفة. في بعض الأحيان يمكن خلط الرواسب ذات الأصول المختلفة في حقل واحد. ولكن في أغلب الأحيان يسود أحد أنواع السلالات المدرجة.

بعد أن أنشأ الاستكشاف الجيولوجي صورة تقريبية للعمليات التي تحدث في منطقة معينة ، فإنهم يحددون الأماكن المحتملة مع حدوث خامات الحديد. على سبيل المثال ، شذوذ كورسك المغناطيسي ، أو حوض كريفوي روغ ، حيث تم تشكيل أنواع من خام الحديد ذي القيمة من الناحية الصناعية نتيجة للتأثيرات البركانية والمتحولة.

تعدين خام الحديد على نطاق صناعي

بدأت البشرية في استخراج الخام منذ وقت طويل جدًا ، ولكن في أغلب الأحيان كانت المواد الخام منخفضة الجودة مع شوائب كبيرة من الكبريت (الصخور الرسوبية ، أو ما يسمى بحديد “المستنقع”). تزايد حجم التطور والصهر باستمرار. اليوم ، تم بناء تصنيف كامل لمختلف رواسب الخامات الحديدية.

الأنواع الرئيسية للودائع الصناعية

تنقسم جميع رواسب الخام إلى أنواع اعتمادًا على أصل الصخر ، والذي بدوره يجعل من الممكن التمييز بين مناطق خام الحديد الرئيسية والثانوية.

Iron ore
Iron ore. الصورة: Samrat35 | Dreamstime

وتشمل هذه الودائع التالية:

  • رواسب أنواع مختلفة من خام الحديد (كوارتزيت حديدية ، خام حديد مغناطيسي) ، تكونت بطريقة متحولة ، مما يجعل من الممكن استخراج الخامات الغنية جدًا منها. عادةً ما ترتبط الرواسب بأقدم عمليات تكوين الصخور في قشرة الأرض وتقع على تكوينات تسمى الدروع.
الدرع الكريستالي عبارة عن تكوينات عدسة منحنية كبيرة. وتتكون من صخور تشكلت في مرحلة تكوين القشرة الأرضية قبل 4.5 مليار سنة.

أشهر الرواسب من هذا النوع هي: شذوذ كورسك المغناطيسي ، وحوض كريفوي روغ ، وبحيرة سوبيريور (الولايات المتحدة الأمريكية / كندا) ، ومقاطعة هامرسلي في أستراليا ، ومنطقة خام الحديد في ميناس جيرايس في البرازيل.

  • رواسب الصخور الرسوبية المبطنة بالفراش. تشكلت هذه الرواسب نتيجة ترسب المركبات الغنية بالحديد الموجودة في تكوين المعادن التي دمرتها الرياح والمياه. ومن الأمثلة الصارخة لخام الحديد في هذه الرواسب خام الحديد البني.
إزالة الغابات كمشكلة بيئية: العواقب والحلول
إزالة الغابات كمشكلة بيئية: العواقب والحلول
وقت القراءة 8 دقائق

وأشهر وأكبر الرواسب هي حوض لورين في فرنسا وكيرتش في شبه الجزيرة التي تحمل نفس الاسم (روسيا).

  • رواسب السكارن. عادة ما يكون الخام من أصل ناري ومتحور ، حيث تم إزاحة طبقاته بعد التكوين في وقت تكوين الجبال. أي ، خام الحديد ، الموجود في طبقات على عمق ، تم تجعيده إلى ثنايا ونقله إلى السطح أثناء حركة صفائح الغلاف الصخري. توجد هذه الرواسب في كثير من الأحيان في مناطق مطوية على شكل طبقات أو أعمدة ذات شكل غير منتظم. تشكلت بواسطة الصهارة. ممثلو هذه الودائع: Magnitogorsk (الأورال ، روسيا) ، Sarbayskoye (كازاخستان) ، Iron Springs (الولايات المتحدة الأمريكية) وغيرها.
  • رواسب خام التيتانيوم. أصلهم ناري ، وغالبًا ما توجد في نتوءات صخرية قديمة – دروع. وتشمل هذه الأحواض والودائع في النرويج وكندا وروسيا (Kachkanarskoye و Kusinskoye).
  • تم اكتشاف حوالي مائة رواسب معدنية في روسيا عام 2016

تشمل الرواسب الطفيفة: الأباتيت – المغنتيت ، الماغنوتيت ، السديريت ، رواسب المنغنيز الحديدي التي تم تطويرها في روسيا وأوروبا وكوبا وغيرها.

كيف يتم استخراج خام الحديد

تقع طبقات خام الحديد على أعماق مختلفة تحدد طرق استخلاصها من الأمعاء.

الطريقة المهنية

يتم استخدام طريقة المحاجر الأكثر شيوعًا عندما يتم العثور على الرواسب على عمق حوالي 200-300 متر. يتم التطوير من خلال استخدام الحفارات القوية ومحطات تكسير الصخور. بعد ذلك ، يتم تحميلها للنقل إلى مصانع المعالجة.

Iron ore
Iron ore. الصورة: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

طريقة الألغام

تستخدم طريقة الحفر للطبقات العميقة (600-900 متر). في البداية ، تم ثقب موقع المنجم ، حيث يتم تطوير الانجرافات على طول اللحامات. من حيث يتم تغذية الصخور المكسرة “إلى الجبل” بمساعدة الناقلات. كما يتم إرسال خام المناجم إلى مصانع المعالجة.

الاستخراج المائي

بادئ ذي بدء ، بالنسبة للإنتاج الهيدروليكي في قاع البئر ، يتم حفر بئر في التكوين الصخري. بعد ذلك ، يتم إدخال الأنابيب إلى الهدف ، ويتم سحق الخام بضغط قوي من الماء مع مزيد من الاستخراج. لكن هذه الطريقة اليوم ذات كفاءة منخفضة جدًا ونادرًا ما تستخدم. على سبيل المثال ، يتم استخراج 3٪ من المواد الخام بهذه الطريقة ، و 70٪ عن طريق المناجم.

بعد التعدين ، يجب معالجة مادة خام الحديد للحصول على المادة الخام الرئيسية لصهر المعدن.

تخصيب خام الحديد

نظرًا لوجود العديد من الشوائب في تركيب الخامات ، بالإضافة إلى الحديد اللازم ، من أجل الحصول على أقصى عائد مفيد ، من الضروري تنظيف الصخور عن طريق تحضير المادة (المركز) للصهر. يتم تنفيذ العملية برمتها في مصانع التعدين والمعالجة. بالنسبة لأنواع مختلفة من الخامات ، يتم تطبيق طرقها الخاصة وطرق تنقية وإزالة الشوائب غير الضرورية.

تأثير الاحتباس الحراري: الأسباب والعواقب والتأثيرات على المناخ وطرق حل المشكلة
تأثير الاحتباس الحراري: الأسباب والعواقب والتأثيرات على المناخ وطرق حل المشكلة
وقت القراءة 8 دقائق

على سبيل المثال ، فإن السلسلة التكنولوجية لتخصيب خام الحديد المغناطيسي هي كما يلي:

  • في البداية ، يمر الخام بمرحلة التكسير في وحدات التكسير (على سبيل المثال ، الكسارات الفكية) ويتم تغذيته بواسطة سير ناقل إلى محطة الفصل.
  • باستخدام الفواصل الكهرومغناطيسية ، يتم فصل أجزاء من الحجر الحديدي المغناطيسي عن نفايات الصخور.
  • بعد ذلك ، يتم نقل كتلة الخام إلى التكسير التالي.
  • يتم نقل المعادن المكسرة إلى محطة التنظيف التالية ، ما يسمى بالمناخل الاهتزازية ، وهنا يتم غربلة الخام النافع ، وفصله عن الصخور الخفيفة غير الضرورية.
  • المرحلة التالية هي قادوس الخام الناعم ، حيث يتم فصل الجزيئات الصغيرة من الشوائب بواسطة الاهتزازات.
  • تشمل الدورات اللاحقة الإضافة التالية للماء ، وسحق كتلة الخام وتمريرها عبر مضخات الطين ، وإزالة الحمأة غير الضرورية (النفايات الصخرية) جنبًا إلى جنب مع السائل ، والسحق مرة أخرى.
  • بعد التنظيف المتكرر بالمضخات ، يدخل الخام إلى ما يسمى الغربال ، والذي ينظف المعادن مرة أخرى بطريقة الجاذبية.
  • ينتقل المزيج المنقى بشكل متكرر إلى جهاز التجفيف الذي يعمل على إزالة الماء.
  • يذهب الخام المجفف مرة أخرى إلى الفواصل المغناطيسية ، وبعد ذلك فقط إلى محطة الغاز والسائل.
يتم تنقية خام الحديد البني وفقًا لمبادئ مختلفة قليلاً ، لكن جوهر هذا لا يتغير ، لأن المهمة الرئيسية للتخصيب هي الحصول على أنقى المواد الخام للإنتاج.

ينتج عن التخصيب تركيز خام الحديد المستخدم في الصهر.

استخدام خام الحديد

من الواضح أن خام الحديد يستخدم للحصول على المعدن. لكن ، منذ ألفي عام ، أدرك علماء المعادن أن الحديد في شكله النقي مادة ناعمة نوعًا ما ، ومنتجات منها أفضل قليلاً من البرونز. وكانت النتيجة اكتشاف سبيكة من الحديد والفولاذ الكربوني.

Iron ore
Iron ore. الصورة: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
بالنسبة للصلب ، يلعب الكربون دور الأسمنت الذي يقوي المادة. عادةً ما تحتوي مثل هذه السبيكة على 0.1 إلى 2.14٪ كربون ، وأكثر من 0.6٪ عبارة عن فولاذ عالي الكربون بالفعل.

اليوم ، قائمة ضخمة من المنتجات والمعدات والآلات مصنوعة من هذا المعدن. ومع ذلك ، ارتبط اختراع الفولاذ بتطور صناعة الأسلحة ، حيث حاول الحرفيون الحصول على مادة ذات خصائص قوية ، ولكن في نفس الوقت ، بمرونة ممتازة ، وقابلية للتطويع ، وخصائص تقنية وفيزيائية وكيميائية أخرى. اليوم ، يحتوي المعدن عالي الجودة على إضافات أخرى تصنعه ، مما يضيف صلابة ومقاومة للتآكل.

المادة الثانية التي يتم إنتاجها من خام الحديد هي الحديد الزهر. وهي أيضًا سبيكة من الحديد بالكربون ، حيث تحتوي على أكثر من 2.14٪.

البلاتين: تاريخ اكتشاف المعادن ، مجالات التطبيق ، تقنيات التعدين
البلاتين: تاريخ اكتشاف المعادن ، مجالات التطبيق ، تقنيات التعدين
وقت القراءة 7 دقائق

لفترة طويلة ، كان الحديد الزهر يعتبر مادة عديمة الفائدة ، والتي تم الحصول عليها إما عن طريق انتهاك تقنية صهر الفولاذ ، أو كمنتج ثانوي يستقر في قاع أفران الصهر. في الأساس ، تم إلقاؤه بعيدًا ، ولا يمكن تزويره (هش وعمليًا غير مطيل).

قبل ظهور المدفعية ، حاولوا ربط الحديد الزهر بالمزرعة بطرق مختلفة. على سبيل المثال ، في البناء ، صنعت منه كتل الأساس ، وصُنعت التوابيت في الهند ، وفي الصين ، تم سك العملات المعدنية في الأصل. أتاح ظهور المدافع إمكانية استخدام الحديد الزهر في صب قذائف المدفع.

اليوم ، يستخدم الحديد الزهر في العديد من الصناعات ، وخاصة في الهندسة الميكانيكية. كما يستخدم هذا المعدن في إنتاج الصلب (أفران الموقد المكشوفة وطريقة بسمر).

مع نمو الإنتاج ، هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من المواد ، مما يساهم في التطوير المكثف للرواسب. لكن الدول المتقدمة تعتبر أنه من الأنسب استيراد مواد خام رخيصة الثمن نسبيًا ، مما يقلل من حجم إنتاجها. وهذا يسمح للدول المصدرة الرئيسية بزيادة إنتاج خام الحديد مع زيادة تخصيبه وبيعه كمركز.

تقييم المقال
0.0
0 من التقييمات
قيم هذه المقالة
Editorial team
الرجاء كتابة رأيك حول هذا الموضوع:
avatar
  اشترك  
إخطار
محتوى قيمه التعليقات
يشارك