إنتاج الحديد أو الصلب هو عملية تتضمن مرحلتين أساسيتين، ما لم يكن المنتج المطلوب هو الحديد الزهر. المرحلة الأولى هي إنتاج الحديد الخام في الفرن العالي، أو بالاختزال المباشر، والمرحلة الثانية هي جعل إنتاج الحديد المطاوع أوالصلب من الحديد الغفل من خلال عمليات أخرى.
في بعض الأحيان مثل لإنتاج المغناطيس الكهربي، ويتم إنتاج الحديد النقي بواسطة التحليل الكهربائي للزاج الأخضر.[17]
طريقة الفرن اللافح
صناعياً، ينتج الحديد في الفرن اللافح عن طريق إختزال خامات الحديد وخاصة الهيماتيت (Fe2O3) والماغنتيت(Fe3O4) بالكربون عند 2000 درجة مئوية.
في الفرن اللافح، تلقى خامات الحديد، والكربون في هيئة فحم كوك، والحجر الجيري (الذي يعمل كـمخبث ويستخدم لإزالة شوائب ثاني أكسيد السيليكون التي قد تتسبب في انسداد الفرن) من أعلى الفرن، وفي ذاته يتم الدفع بـ 4 أطنانهواء ساخن لكل طن من خامات الحديد من أسفل الفرن.[51] يدخل تيار من الهواء الساخن عبر أنابيب النفخ الواقعة أسفله حيث يتفاعل الأكسجين مع الكوك مكونا أول أكسيد الكربون
يختزل أول أكسيد الكربون الهيماتيت لينتج حديد منصهر وثاني أكسيد الكربون:
ويختزل بعض الهيماتيت مباشرة بالكوك قرب قاعدة الفرن اللافح مستغلاً الحرارة العالية لهذه المنطقة
يعمل المخبث (الحجر الجيري الدولوميت) على إزالة الشوائب المتمثلة في الرمل والسيليكات الأخرى. تتسبب حرارة الفرن في تحلل الحجر الجيري إلى أكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون.
ثم يتحد أكسيد الكالسيوم مع الرمل ليكون الخبث.
يطفوا الخبث على سطح الحديد المنصهر، نظراً لأن كثافته أقل من كثافة الحديد. يزال بعد ذلك كل من الحديد والخبث من فتحات جانبية في الفرن. يسمى الحديد الناتج بالحديد الغفل والذي يستخدم كخام للحديد في مراحل تصنيع الحديد التالية، بينما يستخدم الخبث في رصف الطرق أو كمادة مخصبة لبعض التربات الفقيرة بالمعادن وفي صناعة الاسمنت.[51] ينتج عن الفرن اللافح غازات كثيفة بمعدل 4000 م3/طن.
طبقاً لإحدى الإحصائيات البريطانية، فإن الصين هي أكبر منتج لخامات الحديد (نحو ربع الإنتاج العالمي) تليها البرازيل واستراليا والهند.
إنتاج الحديد بالاختزال المباشر
بسبب المخاوف البيئية، أصبح هناك إتجاهاً للحد من استخدام فحم الكوك. ظهرت أساليب بديلة لمعالجة الحديد، أحدها هو اختزال الحديد مباشر باستخدام الغاز الطبيعي.[51]تختزل خامة الحديد إلى مادة تشبه المسحوق تسمى الحديد الاسفنجي، التي تستخدم في صناعة الصلب. تتكون العملية من تفاعلين رئيسيين:
- أولاً: أكسدة الغاز الطبيعي بمساعدة عامل محفز وحرارة.
- ثانياً: هذه الغازات تدفع إلى فرن مشحون بخامة الحديد، عند درجة حرارة بين 800-900 درجة مئوية، لينتج الحديد الإسفنجي.
تزال السيليكا بإضافة مخبث كالحجر الجيري في خطوة تالية.
ومع نهاية ثمانينات القرن العشرين، وصل إنتاج حديد الاختزال المباشر إلى حوالي 50 مليون طن/سنة. تمتاز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بأنها:
- لا تحتاج إلى فحم الكوك غالي الثمن والغير متوافر.
- تكلفة إنشائها أقل بكثير من تكلفة إنشاء الفرن اللافح.
- تقنيته بسيطة ويسهل استخدامها.
- الحديد الناتج من هذه العملية خال من الكربون بينما الحديد الغفل الناتج عن الفرن اللافح يحتوي تقريبا على 4 % كربون.
ساحة النقاش