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 بتركيبته المعدنية ونسبة المعادن والشوائب وكذلك فائدة المواد المضافة نفسها.
مثل الحديد عنصر كيميائيهي جزء من العديد من الصخور ، ومع ذلك ، لا تعتبر جميعها مواد خام للتعدين. كل هذا يتوقف على النسبة المئوية لتكوين المادة. على وجه التحديد ، تسمى تشكيلات الحديد التكوينات المعدنية التي يجعل حجم المعدن المفيد استخراجه مجديًا اقتصاديًا.
بدأ تعدين هذه المواد الخام منذ 3000 عام ، لأن الحديد جعل من الممكن إنتاج منتجات متينة أفضل مقارنة بالنحاس والبرونز (انظر). وبالفعل في ذلك الوقت ، ميز الحرفيون الذين كان لديهم مصاهر أنواع الخام.
الملغومة اليوم الأنواع التاليةالمواد الخام لمزيد من صهر المعادن:
- التيتانيوم المغنتيت.
- أباتيت أكسيد الحديد الأسود.
- 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٪.
غالبًا ما يكون الحديد في تكوين الصخور على شكل أكاسيد ، والإضافات المتبقية هي السيليكا والكبريت والفوسفور.
تم تشكيل جميع أنواع الخامات المعروفة حاليًا بثلاث طرق:
- نارية. تم تشكيل هذه الخامات نتيجة للتأثير درجة حرارة عاليةالصهارة أو النشاط البركاني القديم ، أي إعادة صهر الصخور الأخرى وخلطها. هذه المعادن هي معادن بلورية صلبة مع نسبة عالية من الحديد. عادة ما ترتبط رواسب الخام ذات الأصل البركاني بمناطق بناء الجبال القديمة حيث تقترب المواد المنصهرة من السطح.
تكون عملية تكوين الصخور النارية على النحو التالي: ذوبان المعادن المختلفة (الصهارة) مادة شديدة السيولة ، وعندما تتشكل الشقوق عند الصدوع ، تملأها وتبرد وتكتسب بنية بلورية. 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 نقل الأقسام الفردية قشرة الأرضبعض طبقاته التي تحتوي على العناصر الضرورية تقع 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.
عادة ، لا يكون خام الحديد من هذا الأصل عميقًا جدًا وله 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 ، يتم تكوين خام الحديد البني - خام متفتت وفضفاض يحتوي على 30٪ إلى 40٪ حديد ، مع عدد كبير من الشوائب المختلفة.
غالبًا ما يتم خلط المواد الخام الناتجة عن طرق التكوين المختلفة في طبقات مع الطين والحجر الجيري والصخور النارية. 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. مثل ، على سبيل المثال ، شذوذ Kursk المغناطيسي ، أو حوض Krivoy Rog ، 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.
الأنواع الرئيسية لرواسب خام الحديد التجارية
وتشمل هذه الودائع التالية:
- رواسب أنواع مختلفة من خام الحديد (كوارتزيت حديدية ، خام حديد مغناطيسي) ، تتشكل بطريقة متحولة ، مما يجعل من الممكن استخراج الخامات الغنية جدًا منها. عادةً ما ترتبط الرواسب بأقدم عمليات تكوين صخور قشرة الأرض وتقع على تكوينات تسمى الدروع.
الدرع الكريستالي عبارة عن عدسة منحنية كبيرة الحجم. يتكون من صخور تشكلت في مرحلة تكوين قشرة الأرض منذ 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 الخزان صخور رسوبية. تشكلت هذه الرواسب نتيجة لترسب المركبات الغنية بالحديد الموجودة في تكوين المعادن التي دمرتها الرياح والمياه. ومن الأمثلة الصارخة لخام الحديد في هذه الرواسب خام الحديد البني.
وأشهر وأكبر الرواسب هي حوض لورين في فرنسا وكيرتش في شبه الجزيرة التي تحمل نفس الاسم (روسيا).
- رواسب سكارن. 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. ذو شكل غير منتظم. تشكلت بواسطة الصهارة. ممثلو هذه الودائع: Magnitogorsk (الأورال ، روسيا) ، Sarbayskoye (كازاخستان) ، Iron Springs (الولايات المتحدة الأمريكية) وغيرها.
- رواسب التيتانيوم مغنتيت من الخامات. أصلهم ناري ، وغالبًا ما توجد في نتوءات صخرية قديمة - دروع. وتشمل هذه الأحواض والودائع في النرويج وكندا وروسيا (Kachkanarskoye و Kusinskoye).
تشمل الرواسب الطفيفة: الأباتيت - المغنتيت ، الماغنوتيت ، السديريت ، رواسب المنغنيز الحديدي التي تم تطويرها في روسيا وأوروبا وكوبا وغيرها.
احتياطيات خام الحديد في العالم - الدول الرائدة
اليوم ، وفقًا لتقديرات مختلفة ، تم استكشاف رواسب بحجم إجمالي يبلغ 160 مليار طن من الخام ، يمكن الحصول منها على حوالي 80 مليار طن من المعدن.
تقدم هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية بيانات تفيد بأن روسيا والبرازيل تمثلان حوالي 18٪ من احتياطيات خام الحديد في العالم.
من حيث احتياطيات الحديد ، يمكن التمييز بين الدول الرائدة التالية
صورة احتياطيات خام العالم على النحو التالي
كما أن معظم هذه البلدان هي أيضًا أكبر مصدّر لخام الحديد. بشكل عام ، يبلغ حجم المواد الخام المباعة حوالي 960 مليون طن سنويًا. أكبر المستوردين هم اليابان والصين وألمانيا كوريا الجنوبيةوتايوان وفرنسا.
عادة ، تعمل الشركات الخاصة في استخراج وبيع المواد الخام. على سبيل المثال ، أكبر شركة في بلادنا ، Metallinvest و Evrazholding ، تنتج ما مجموعه حوالي 100 مليون طن من منتجات خام الحديد.
وفقًا لتقديرات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، تتزايد أحجام التعدين والإنتاج باستمرار ، يتم استخراج حوالي 2.5-3 مليار طن من الخام سنويًا ، مما يقلل من قيمتها في السوق العالمية.
يبلغ سعر طن واحد اليوم حوالي 40 دولارًا. تم تحديد السعر القياسي في عام 2007 - 180 دولار / طن.
كيف يتم تعدين خام الحديد؟
تقع طبقات خام الحديد على أعماق مختلفة تحدد طرق استخلاصها من الأمعاء.
الطريق الوظيفي.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.
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.
التعدين الهيدروليكي في قاع البئر.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 لديها جدا انخفاض الكفاءةونادرا 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.
نظرًا لأن تركيبة الخامات ، بالإضافة إلى الحديد اللازم ، تحتوي على العديد من الشوائب ، من أجل الحصول على أقصى عائد مفيد ، فمن الضروري تنظيف الصخور عن طريق تحضير المادة (المركز) للصهر. يتم تنفيذ العملية برمتها في مصانع التعدين والمعالجة. إلى أنواع مختلفةالخامات ، تطبيق تقنياتهم الخاصة وطرق تنقية وإزالة الشوائب غير الضرورية.
على سبيل المثال ، فإن السلسلة التكنولوجية لتخصيب خام الحديد المغناطيسي هي كما يلي:
- في البداية ، يمر الخام بمرحلة التكسير في مصانع التكسير (على سبيل المثال ، الكسارات الفكية) ويتم تغذيته بواسطة حزام ناقل إلى محطات الفصل.
- باستخدام الفواصل الكهرومغناطيسية ، يتم فصل قطع خام الحديد 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 ، هنا خام مفيدمنخل ، ويفصل عن الصخور الخفيفة غير الضرورية.
- المرحلة التالية هي قادوس الخام الناعم ، حيث يتم فصل جزيئات الشوائب الصغيرة بالاهتزازات.
- تشمل الدورات اللاحقة الإضافة التالية للماء ، وسحق كتلة الخام وتمريرها من خلال مضخات الطين ، والتي تزيل الحمأة غير الضرورية (نفايات الصخور) مع السائل ، ثم تكسير مرة أخرى.
- بعد التنظيف المتكرر بالمضخات ، يدخل الخام ما يسمى الشاشة التي طريقة الجاذبيةفي تكراراينقي المعادن.
- يدخل الخليط المنقى بشكل متكرر إلى جهاز التجفيف الذي يزيل الماء.
- يصل الخام المصفى مرة أخرى إلى الفواصل المغناطيسية ، وعندها فقط إلى محطة الغاز والسائل.
يتم تنقية خام الحديد البني وفقًا لمبادئ مختلفة نوعًا ما ، 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.
ما يصنع من خام الحديد - استخدام خام الحديد
من الواضح أن خام الحديد يستخدم للحصول على المعدن. ولكن ، منذ ألفي عام ، أدرك علماء المعادن ذلك في شكل نقيالحديد مادة ناعمة نوعًا ما ، منتجاتها أفضل قليلاً من البرونز. وكانت النتيجة اكتشاف سبيكة من الحديد والفولاذ الكربوني.
يلعب الكربون للصلب دور الأسمنت ، مما يعزز المواد. عادةً ما تحتوي 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 ، مع مرونة ممتازة ، ليونة ، وغيرها من التقنيات والفيزيائية و الخصائص الكيميائية. اليوم ، يحتوي المعدن عالي الجودة على إضافات أخرى تصنعه ، مما يضيف الصلابة ومقاومة التآكل.
المادة الثانية التي يتم إنتاجها من خام الحديد هي الحديد الزهر. كما أنها سبيكة من الحديد بالكربون والتي تحتوي على أكثر من 2.14٪.
لفترة طويلة ، كان الحديد الزهر يعتبر مادة عديمة الفائدة ، والتي تم الحصول عليها إما عن طريق انتهاك تقنية صهر الصلب ، أو كمنتج ثانوي يستقر في قاع أفران الصهر. في الأساس ، تم إلقاؤه بعيدًا ، ولا يمكن تزويره (هش وعمليًا غير مطيل).
قبل ظهور المدفعية ، حاولوا إرفاق الحديد الزهر بالمزرعة طرق مختلفة. على سبيل المثال ، في البناء ، تم صنع كتل الأساس منه ، وصُنعت التوابيت في الهند ، وفي الصين ، تم سك العملات المعدنية في الأصل. أتاح ظهور المدافع استخدام الحديد الزهر في صب قذائف المدفعية.
اليوم ، يستخدم الحديد الزهر في العديد من الصناعات ، وخاصة في الهندسة الميكانيكية. يستخدم هذا المعدن أيضًا في إنتاج الصلب (أفران الموقد المفتوح وطريقة بسمر).
مع نمو الإنتاج ، هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من المواد ، مما يساهم في التطوير المكثف للرواسب. ولكن الدول المتقدمةيعتبرون أنه من الأنسب استيراد مواد خام رخيصة الثمن نسبيًا ، مما يقلل من حجم إنتاجهم. وهذا يسمح للدول المصدرة الرئيسية بزيادة إنتاج خام الحديد مع زيادة تخصيبه وبيعه كمركز.
يعمل فرع علم المعادن الحديدية - صناعة خام الحديد - في استخراج خام الحديد ومعالجته ، بحيث يمكن أن يتحول هذا المعدن بعد ذلك إلى حديد وفولاذ. نظرًا لأن الحديد عنصر شائع إلى حد ما ، فإنه يتم الحصول عليه فقط من تلك الصخور التي يوجد فيها المزيد منه.
لقد تعلمت البشرية استخراج ومعالجة هذا التكوين المعدني في الآونة الأخيرة ، على ما يبدو لأن خام الحديد لا يشبه المعدن إلا قليلاً. الآن ، بدون الحديد ، أصبح من الصعب تخيل ذلك العالم الحديث: النقل ، صناعة البناء ، زراعةوالعديد من المجالات الأخرى لا تستطيع الاستغناء عن المعدن. كيف وماذا يتحول خام الحديد في عملية العمليات الكيميائية البسيطة سيتم مناقشتها بمزيد من التفصيل.
أنواع خامات الحديد.
يختلف خام الحديد من حيث كمية الحديد التي يحتوي عليها. إنها غنية ، حيث تزيد عن 57٪ ، وفقيرة - من 26٪. تستخدم الخامات الفقيرة في الصناعة فقط بعد تخصيبها.
حسب الأصل ، ينقسم الخام إلى:
- Magmatogenic - خام ناتج عن عمل درجات حرارة عالية.
- خارجية - رواسب في الأحواض البحرية.
- متحولة - تشكلت نتيجة الضغط العالي.
تنقسم خامات الحديد أيضًا إلى:
- خام الحديد الأحمر ، وهو الأكثر شيوعًا وفي نفس الوقت خام الحديد الأكثر ثراءً ؛
- خام الحديد البني
- مغناطيسي؛
- خام الحديد الصاري
- تيتانومنتيت.
- الكوارتزيت الحديدي.
مراحل الإنتاج المعدني.
الجواب على السؤال الرئيسي لمقال "خام الحديد: ما هو مصنوع منه" بسيط للغاية: يتم استخراج الفولاذ ، والحديد الخام ، والحديد الزهر الصلب ، والحديد من خامات الحديد.
في الوقت نفسه ، يبدأ الإنتاج المعدني باستخراج المكونات الرئيسية لإنتاج المعادن: الفحم ، وخام الحديد ، والتدفق. ثم ، في مصانع التعدين والمعالجة ، يتم استخراج خام الحديدالتخصيب والتخلص من فضلات الصخور. يتم تحضير فحم الكوك في مصانع خاصة. في أفران الصهر ، يتم تحويل الخام إلى حديد خام ، يتم إنتاج الفولاذ منه بعد ذلك. ويتحول الفولاذ بدوره إلى منتج نهائي: الأنابيب ، وصفائح الفولاذ ، والمنتجات المدلفنة ، وما إلى ذلك.
ينقسم إنتاج المعادن الحديدية بشكل مشروط إلى مرحلتين ، في أولهما يتم الحصول على الحديد الزهر ، وفي الثانية يتم تحويل الحديد الزهر إلى صلب.
عملية إنتاج الحديد.
الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الكربون والحديد ، والتي تشمل أيضًا المنغنيز والكبريت والسيليكون والفوسفور.
يتم إنتاج الحديد الزهر في أفران الصهر ، حيث يتم تقليل خام الحديد من أكاسيد الحديد عند درجات حرارة عالية ، بينما يتم فصل الصخور المتبقية. تستخدم التدفقات لتقليل نقطة انصهار صخور النفايات. يتم تحميل الخام والتدفق وفحم الكوك في طبقات الفرن العالي.
يتم توفير الهواء الساخن إلى الجزء السفلي من الفرن ، مما يدعم الاحتراق. هذه هي الطريقة التي تحدث بها سلسلة من العمليات الكيميائية ، ونتيجة لذلك يتم الحصول على الحديد والخبث المنصهر.
الحديد الزهر الناتج من أنواع مختلفة:
- التحويل المستخدم في إنتاج الصلب ؛
- السبائك الحديدية ، والتي تستخدم أيضًا كمادة مضافة في إنتاج الصلب ؛
- يصب.
إنتاج الصلب.
ما يقرب من 90 ٪ من جميع الحديد المنتج هو الحديد الخام ، أي أنه يستخدم في إنتاج الصلب ، الذي يتم الحصول عليه في المواقد المفتوحة أو الأفران الكهربائية ، في المسخنات الحرارية. في الوقت نفسه ، تظهر طرق جديدة للحصول على الفولاذ:
- ذوبان شعاع الإلكترون ، والذي يستخدم للحصول على معادن عالية النقاء ؛
- كنس الصلب
- صهر الخبث الكهربائي.
- تكرير الصلب.
في الفولاذ ، عند مقارنته بالحديد الزهر ، يوجد القليل من السيليكون والفوسفور والكبريت ، أي عند إنتاج الفولاذ ، من الضروري تقليل الكمية باستخدام الصهر التأكسدي الناتج في أفران الموقد المفتوحة.
Marten هو فرن يحترق فيه الغاز فوق مساحة الانصهار ، مما ينتج عنه درجة الحرارة المطلوبة من 1700 إلى 1800 درجة مئوية. تتم عملية إزالة الأكسدة باستخدام المنغنيز الحديدي والفيروسيليكون ، ثم يتم إجراؤها المرحلة الأخيرة- استخدام الفيروزيليكون والألمنيوم في مغرفة فولاذية.
يتم إنتاج الفولاذ عالي الجودة في أفران الحث والقوس الكهربائي ، حيث تكون درجة الحرارة أعلى ، وبالتالي يكون الناتج صلبًا حراريًا. في المرحلة الأولى من إنتاج الفولاذ ، تحدث عملية الأكسدة بمساعدة الهواء والأكسجين وأكسيد الشحنة ، في المرحلة الثانية - عملية الاختزال ، والتي تتكون من إزالة أكسدة الفولاذ وإزالة الكبريت.
منتجات المعادن الحديدية.
تلخيصًا لموضوع "خام الحديد: ما هو مصنوع منه" ، تحتاج إلى سرد المنتجات الرئيسية الأربعة للمعادن الحديدية:
- الحديد الزهر ، الذي يختلف عن الفولاذ فقط في محتوى الكربون العالي (أكثر من 2٪) ؛
- حديد المسبك
- سبائك الصلب ، التي تخضع للمعالجة بالضغط للحصول على المنتجات المدرفلة المستخدمة ، على سبيل المثال ، في الهياكل الخرسانية المسلحة ، وتصبح المنتجات المدرفلة أنابيب ومنتجات أخرى ؛
- السبائك الحديدية ، والتي تستخدم في إنتاج الصلب.
من الصعب للغاية المبالغة في تقدير دور الحديد في تاريخ الحضارة الإنسانية. لقد أتاح ذلك للناس مقاومة العالم من حولهم ، وكان بمثابة الأساس لكل ما تم إنشاؤه في المستقبل. بالطبع ، كان البرونز هو الأول ، ولكن نظرًا لتوزيعه الضيق نوعًا ما ، فقد أصبح ، كما كان ، مادة للنخبة ، الذين لديهم إمكانية الوصول إلى مصدر المواد الخام. بينما الحديد لوجوده في أي مكان تقريبا كان يستخدمه الجميع متجاوزا البرونز في إمكانياته. مصدر المعدن هو المعادن الموزعة على نطاق واسع. لكن المسار من هذه المنتجات إلى المنتجات النهائية طويل جدًا ، لذا فمن المعقول أن نسأل كيف وماذا يصنع من خام الحديد.
بضع كلمات عن الخام
بدون لمس صخور معينة من المعادن ، تجدر الإشارة إلى التقسيم إلى:
- خامات غنية (محتوى الحديد أكثر من 50٪) ؛
- الأفراد (25-50٪) ؛
- فقير (الحديد أقل من 25٪).
نهج آخر لتصنيف الخام هو التكوين. عادة ما يكون:
- هيدرات أكسيد
- أكاسيد الحديد؛
- الأملاح الكربونية لأكسيد الحديدوز.
من أجل اكتمال المعلومات حول الخامات ، تجدر الإشارة إلى أهمها:
- خام الحديد المغناطيسي
- الهيماتيت.
- خام الحديد البني
- سبار الحديد.
تنتشر رواسب الحديد في جميع أنحاء العالم. لاحتياجات الصناعة ، أولاً وقبل كل شيء ، يتم استخدام الخامات الغنية ، ولكن يتم استخدام الباقي أيضًا بنجاح كبير. صحيح أنها تمر من أجل ذلك بدورة تخصيب تشمل عددًا من العمليات (الطحن ، والغسيل ، والنفخ ، والتحميص) ، ونتيجة لذلك يزداد تركيز الحديد في المواد الأولية ويقل محتوى النفايات الصخرية والشوائب.
ما الذي يتم الحصول عليه من خام الحديد؟
أبسط إجابة - الحديد - على الرغم من أنها ستكون صحيحة ، إلا أنها ليست كاملة. حدث هذا في المرحلة الأولى ، عندما بدأ الناس للتو في فهم جوهر المعدن.
حول أصناف الحديد
بادئ ذي بدء ، يجب القول أن الحديد معدن مرن فضي اللون يتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى ، لا سيما مع الأكسجين. تعيينها هو Fe. في الواقع ، لا يستخدم الحديد في الصناعة بشكله النقي ، ولكنه يستخدم بشكل أساسي كسبيكة ، وبشكل أساسي مع الكربون (C). بحسب محتواه يتحدثون عن:
- نقي الحديد ، ج< 0,8 %;
- عندما الصلب< 2,1 %;
- حديد الزهر ، بمحتوى C> 2.14٪.
لذلك ، فإن المنتج الرئيسي للصهر في علم المعادن الحديدية الحديث هو الحديد الزهر ، والذي يتم الحصول على الفولاذ منه لاحقًا. غالبًا ما يتم استخدام كل من هي والحديد الزهر كمواد انطلاق في مجالات مختلفة من الاقتصاد. لكن مع ذلك ، إذا نظرت إلى العملية التاريخية ، ستجد أن الأولى كانت الحديد.
طريقة خام للحصول على الحديد
في هذه القضيةفي كثير من الأحيان كانت المادة الخام عبارة عن خام مستنقعات منتشرة في جميع أنحاء أوروبا. وقد أتاح ذلك الحصول على الأسلحة المعدنية وأدوات الإنتاج والأدوات المنزلية في كل مكان تقريبًا ، مما أدى إلى تسريع تطور المجتمع بشكل كبير ، وفتح أيضًا الطريق أمام تطوير مناطق جديدة كان يتعذر الوصول إليها سابقًا.
جوهر العملية نفسها بسيط للغاية - في فرن من الطين ، يشبه أسطوانة صغيرة يبلغ قطرها حوالي متر ، يُسكب الخام والفحم فوقها في طبقات. تم توفير ثقوب (tuyeres) على الجانب لإمداد الهواء باستخدام منفاخ. تم إشعال الفرن وبدأ صهر الخام ، ونفخ الهواء باستمرار في الفرن.
كانت ميزات التكنولوجيا:
- الإمداد بالهواء البارد "الخام" ، ولهذا اختفى اسم العملية ؛
- كافي درجة حرارة منخفضةذوبان ، حوالي 950 درجة مئوية.
وكانت النتيجة قطعة متكلسة من خليط من الحديد والخبث تسمى كريتسا. تم تزويره لإزالة جميع الحطام ، مما يترك الحديد النقي نتيجة لذلك. في وقت لاحق ، تم صنع الأواني المنزلية منه ، أو تم استخدام المعدن كفراغ لصنع الفولاذ. كانت تقنيات هذا مختلفة. كثير من الناس على دراية بكلمات مثل haralug أو هيكل (أشياء مصنوعة من مادة معينة): كانوا يقصدون أسلحة فولاذية ، فقط طرق إنتاجها كانت مختلفة في كل حالة.
الحديد الزهر وتقسيمه
تميز إنتاج الجبن بإنتاجية منخفضة للمنتج النهائي وكمية كبيرة من المواد الخام التي ذهبت هباءً (الخبث). في النهاية ، بدأ استخدام تقنية أخرى على نطاق واسع في علم المعادن ، والتي تتمثل في حقيقة أن خام الحديد تم الحصول عليه أولاً من الحديد ، ثم الصلب منه. للقيام بذلك ، كان من الضروري بناء أفران خاصة ، ما يسمى بالأفران العالية ، والتي يتم فيها صهر المواد الخام.
مع هذا النهج ، تم تطوير درجة حرارة في حدود 1500 درجة مئوية ، ونتيجة لذلك انصهر الخام تمامًا ، تم تقليل أكاسيد الحديد الموجودة في تركيبته إلى معدن نقي ، وتم تشبعه بالكربون. تم الحصول على الحديد الزهر ، سبيكة من الحديد مع C. عادة ، يتم إرسال 90 ٪ من الحديد السائل للمعالجة ، أي بعد معالجتها وفقًا لتقنية خاصة ، ينخفض محتوى الكربون فيها ، مما يؤدي إلى تكوين الفولاذ .
يتم تنظيم جودتها من خلال محتوى C في التركيبة ، بالإضافة إلى إضافات صناعة السبائك الخاصة ، والكروم ، والفاناديوم وغيرها ، والتي تمنح المعدن النهائي الخصائص الضرورية.
أتاح إتقان صهر الحديد للإنسان تلك الأدوات والأسلحة التي سمحت له بتوسيع قدراته بشكل كبير. ومع ذلك ، تبين أن الطريقة الأصلية لم تكن مريحة للغاية وتتطلب الكثير من استهلاك المواد الخام. لذلك ، بمرور الوقت ، تم اعتماد تقنية أخرى ، عندما يتم الحصول على الحديد الزهر من خام الحديد ، ويتم الحصول على الفولاذ بالخصائص اللازمة منه.
صفحة 1
تتم معالجة خامات الحديد من خلال عدة عمليات متتالية: أولاً ، يتم صهر الحديد من الخام ، ثم معالجته ، والحصول على الفولاذ والحديد القابل للطرق.
تتم معالجة خام الحديد في أفران عمودية خاصة تسمى أفران الصهر ، وبالتالي فإن عملية الحصول على الحديد الخام من خامات الحديد تسمى عملية فرن الصهر. يتم إدخال خام الحديد وفحم الكوك والتدفق بالكميات المطلوبة إلى جهاز الشحن في الجزء العلوي من الفرن العالي. يدخل الهواء المسخن في سخانات الهواء إلى فرن الصهر من الأسفل. نتيجة لتفاعل كيميائي معقد بين الركاز والتدفق والوقود وأكسجين الهواء ، يتم تكوين الحديد الخام والخبث. يتدفق الحديد الزهر إلى الجزء السفلي من الفرن ، حيث يتم تصريفه من خلال فتحة الصنبور إلى المغرفة.
| مخطط عملية المجال. |
تتم معالجة خامات الحديد من خلال عدة عمليات متتالية: أولاً ، يتم صهر الحديد الزهر من الخام ، ثم تتم معالجة جزء منه ، والحصول على الفولاذ والحديد القابل للطرق.
عند معالجة خامات الحديد ، يتم الحصول على الحديد الزهر - سبيكة من الحديد بالكربون (2-5٪ كربون) ، فولاذ صلب - سبيكة من الحديد الكربوني (0 2 - 2٪ كربون) وفولاذ طري (حديد) يحتوي على أقل من 0 2٪ كربون.
أثناء معالجة خامات الحديد ، يتم الحصول على الحديد الزهر - سبيكة من الحديد بالكربون ، تحتوي على 17 إلى 5 ٪ كربون وشوائب من الكبريت والسيليكون والفوسفور والمنغنيز وبعض العناصر الأخرى. نظرًا لارتفاع نسبة الكربون ، فإن الحديد الزهر ليس مرنًا وغير قابل للطرق.
أثناء معالجة خامات الحديد المحتوية على الزنك في عدد من مؤسسات المعادن الحديدية ، أثناء تنقية الغازات من أفران الصهر وإنتاج المجمرة المفتوحة ، تتشكل الحمأة ، والتي يتم تخزينها في مساحات كبيرة من الأرض. نسبة عالية من الزنك والحديد فيها (تصل إلى 13 و 35٪ ، على التوالي) تجعلها مادة خام قيمة ، يمكن استخدامها في اقتصاد وطنييتطلب تطوير مخططات مجدية اقتصاديًا للمعالجة المعقدة.
تتطلب العملية المكونة من مرحلتين لمعالجة خام الحديد إلى صلب عن طريق إنتاج الحديد الخام في أفران الصهر وصهر الفولاذ منه في المحولات ، وتتطلب أفران صهر الفولاذ الكهربائية والموقرة المفتوحة زيادة استهلاك الطاقة وهي غير مثالية بيئيًا ، وخاصة مرحلة الانفجار- إنتاج الفرن من الحديد الخام. لذلك ، بدأ استخدام عمليات أكثر اقتصادا من الاختزال المباشر للحديد من الخامات مع صهره اللاحق في الأفران الكهربائية للحصول على الفولاذ على نطاق واسع.
العملية التكنولوجيةيمكن تقسيم معالجة خام الحديد والفحم والحجر الجيري والوقود الهيدروكربوني إلى المنتج النهائي إلى 3-4 مراحل رئيسية ، والتي تتم بشكل منفصل للحصول على منتج معين ، في المرحلة التالية تتم معالجتها في نوع جديد من المنتجات. يمكن أن تتم خطوات العملية المختلفة في نفس وحدة المعالجة.
تم تصميم أفران الصهر لمعالجة خام الحديد وتحويله إلى حديد خام. يتم إدخال مواد التكتل وفحم الكوك والصهور في جهاز الشحن الموجود في الجزء العلوي من الفرن باستخدام مصعد خاص مجهز بعربات التخطي التي تتحرك على طول جسر مائل.
في الأفران الدوارة ، من الممكن معالجة خامات الحديد المختلفة ، بما في ذلك الخامات عالية السيليكا المعقدة ، ورماد البايريت ، وغبار المداخن ، والخبث. يمكن استخدام فحم الكوك وغرامات الفحم ، وشبه فحم الكوك والفحم البني وأنواع أخرى من الوقود منخفض الدرجة كعوامل اختزال.
تشكل خبث الفوسفات المعدني أثناء معالجة خامات الحديد عالية الفوسفور مصدرًا إضافيًا للأسمدة الفوسفاتية. في هذا الصدد ، فهي ذات أهمية كأسمدة قلوية ، تتميز بكفاءة عالية في الكيماويات الزراعية على التربة الحمضية الحمضية.
تم التخطيط لزيادة كبيرة في إنتاجهم بناءً على معالجة خامات الحديد الفوسفور من رواسب Kerch و Kustanai و Angarsk. كما يتطور الإنتاج المحلي للفوسفات المنزوع الفلور.
عصر جديدبدأ التنقيب عن خامات الحديد وتعدينها ومعالجتها في الثلاثينيات ، عندما بدأ التاجر الهولندي أ.د. من كتلة خام الحديد Dedilovsky التي تم استكشافها سابقًا.
