Histudy is a education website template. You can customize all.

عربة التسوق

المجموع: 0,00 د.ا
عرض العربة
اتمام الطلب
الإثراء والتوسع: استخلاص الحديد

الإثراء والتوسع: استخلاص الحديد

المتوسط - الصف التاسع

إعداد المعلم أ. عبدالفتاح مطر
شرح الدرس (صوت)

الإثراء والتوسع: استخلاص الحديد

تمهيد

الحديد من أكثر الفلزات استخدامًا في حياتنا، لكنه لا يوجد في الطبيعة بشكل حر (نقي) غالبًا، بل يوجد على شكل خامات مثل الهيماتيت (Fe₂O₃). لاستخلاص الحديد من خاماته، يتم استخدام الفرن العالي، وهي عملية كيميائية تعتمد على تفاعلات الاختزال باستخدام فحم الكوك.

مكونات الفرن العالي والمواد الداخلة

1. خام الحديد

مثل الهيماتيت (Fe₂O₃) بعد سحقه وطحنه.

2. فحم الكوك

مصدر للكربون والطاقة.

3. الحجر الجيري

(CaCO₃) يستخدم لإزالة الشوائب (مثل الرمل) وتكوين الخبث.

4. هواء ساخن

يُضخ من أسفل الفرن لرفع درجة الحرارة وتوفير الأكسجين.

مراحل التفاعل في الفرن العالي

تتم العملية على ثلاث مراحل رئيسية داخل الفرن، حيث تصل درجة الحرارة إلى حوالي 2000°C في الأسفل.

المرحلة الأولى: احتراق فحم الكوك

عند دخول الهواء الساخن من أسفل الفرن، يحترق فحم الكوك (الكربون) بشدة مكونًا غاز ثاني أكسيد الكربون وكمية كبيرة من الحرارة.

C(s) + O₂(g) → CO₂(g)

المرحلة الثانية: تكوين أول أكسيد الكربون

يتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون إلى أعلى، حيث يصادف طبقات من فحم الكوك الساخن، فيتفاعل معها مكونًا غاز أول أكسيد الكربون (CO)، وهو العامل المختزل الحقيقي.

CO₂(g) + C(s) → 2CO(g)

المرحلة الثالثة: اختزال خام الحديد

يتفاعل غاز أول أكسيد الكربون مع أكسيد الحديد (Fe₂O₃)، فيختزل الحديد ويتحول إلى حديد منصهر، ويتكون ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى.

Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g)

دور الحجر الجيري (إزالة الشوائب)

يحتوي خام الحديد على شوائب مثل الرمل (SiO₂). يتحلل الحجر الجيري (CaCO₃) بالحرارة إلى أكسيد الكالسيوم (CaO) وثاني أكسيد الكربون. ثم يتحد أكسيد الكالسيوم مع الرمل ليكوّن خبثًا (CaSiO₃) يطفو فوق الحديد المنصهر، مما يسمح بفصله بسهولة.

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)
CaO(s) + SiO₂(s) → CaSiO₃(l) (الخبث)

المعادلة الكلية للتفاعل

بجمع التفاعلات، يمكن كتابة المعادلة الإجمالية لاختزال الهيماتيت بالكربون (فحم الكوك) على النحو التالي:

2Fe₂O₃(s) + 3C(s) → 4Fe(s) + 3CO₂(g)

المنتجات النهائية

  • الحديد المنصهر: يتجمع في قاع الفرن، ويسحب من فتحات خاصة ليصب في قوالب (حديد خام).
  • الخبث: يطفو فوق الحديد، ويسحب أيضًا ليستخدم في صناعة الأسمنت أو رصف الطرق.
  • غازات العادم: تخرج من أعلى الفرن، وتُستخدم أحيانًا في تسخين الهواء الداخل.

خواص الحديد الناتج

الحديد الناتج مباشرة من الفرن العالي يُسمى حديد غفل (حديد خام)، ويحتوي على نسبة عالية من الكربون (حوالي 4%)، مما يجعله هشًا. بعد ذلك يُعاد معالجته وتحويله إلى فولاذ (سبائك حديدية) بإضافة عناصر أخرى أو تقليل نسبة الكربون حسب الاستخدام المطلوب.

نشاط مقترح

أبحث عن خصائص سبائك الفولاذ وأهم الفلزات الداخلة في تركيبها، ثم أصمم عرضًا تقديميًا.

يمكن الاستعانة بالإنترنت والمصادر العلمية لمعرفة أنواع الفولاذ (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، فولاذ الأدوات) والمعادن المضافة (الكروم، النيكل، المنجنيز) ودور كل منها.

ملخص العملية في الفرن العالي

المواد: خام الحديد + فحم الكوك + الحجر الجيري.
العامل المختزل: أول أكسيد الكربون (CO).
المنتج الرئيسي: حديد منصهر.
المنتج الثانوي: خبث (يستخدم في البناء).

المعادلة الأساسية:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
مرحباً، مرحبًا بعودتك!
نسيت كلمة السر؟
ليس لديك حساب؟
سجّل الآن