تتميز المعادن في خصائصها الكيميائية والفيزيائية، مما يجعلها عناصر حيوية في العديد من الصناعات، مثل الحديد والفولاذ والماجنتيت والهيماتيت. في هذا المقال، سنتناول هذه المعادن واستخداماتها بشكل مفصل.
الاستخدامات العملية للمعادن الحديدية
- يمتد تاريخ استخدام المعادن الحديدية لأكثر من 2000 سنة قبل الميلاد، حيث استخدمها الإنسان القديم في بناء المعابد والهياكل المختلفة خلال العصر البرونزي.
- ما زالت المعادن الحديدية تلعب دوراً مهماً في البناء والصناعات بمختلف مجالاتها الحديثة.
- بالرغم من أن هذه المعادن غير متجددة وصعوبة العثور عليها في القشرة الأرضية، إلا أن الطلب عليها لا يزال في تزايد مستمر.
- تعمل العديد من المنظمات على إعادة تدوير المعادن الحديدية، وذلك للصعوبة المرتبطة باستخراجها من باطن الأرض وخوفًا من استنفاد الموارد الصلبة الأساسية على كوكبنا.
للمزيد من المعلومات، نقدم لك قراءة مقالنا حول:
استخدامات عنصر الحديد
- يرمز الحديد برمز Fe في الجدول الدوري، ويصنف كعنصر انتقالي موجود في الدورة الرابعة.
- يعتبر الحديد الأكثر توافراً بين المعادن الحديدية في القشرة الأرضية.
- يحتوي جسم الإنسان على الحديد كجزء أساسي من هيموجلوبين الدم، كما أنه موجود في الكلوروفيل الخاص بالنباتات.
- تشمل أهم استخدامات الحديد صناعات القضبان الحديدية والجسور وهياكل السيارات والسفن والمعدات الثقيلة.
- يعاني الحديد من مشكلة الصدأ الناتجة عن تعرضه المستمر للأكسجين والماء.
- لذا تعتمد الشركات على تقنية القطب المضحي، حيث يتم إضافة قطب آخر قابل للصدأ ليكون هدفًا للتفاعل مع الأكسجين والماء بدلاً من الهيكل الأساسي.
الفولاذ
- يتكون الفولاذ من خليط الحديد والكربون، حيث تتراوح نسبة الكربون بين 1% إلى 2%. إذا زادت النسبة عن 2%، يصبح الفولاذ هشًا ويعرف بالفولاذ الزهر.
- يتم صهر الفولاذ في درجات حرارة عالية، تصل إلى 650 درجة مئوية، ويتم إنتاج حوالي 1500 مليون طن سنويًا.
- لعب الفولاذ دوراً في صناعة الأسلحة في العصور القديمة، وكان يستخدم في تصنيع السيوف والدروع والخناجر.
- يُستخدم الفولاذ أيضًا لصناعة الآلات والأدوات الكبيرة والخرسانة المستخدمة في البناء.
- كما يدخل في صناعة الأدوات المنزلية مثل المكانس الكهربائية والمكاوي وبعض المروحيات.
الحديد الزهر
- تصل درجة انصهار الحديد الزهر إلى 1500 درجة مئوية، ويحتوي على نسبة كربون تتجاوز 2%.
- يتميز الحديد الزهر بسهولة كسره وصعوبة تشكيله مرة أخرى بسبب ارتفاع درجة انصهاره.
- يستخدم الحديد الزهر في تصنيع أواني الطهي والصحون والمقالي للمطابخ والمطاعم.
الماجنتيت
- يعتبر الماجنتيت أحد أقوى المعادن المغناطيسية على وجه الأرض، ويتميز بلونه الأسود ويرمز له بالرمز Fe3O4.
- يدخل الماجنتيت في مجموعة من الاستخدامات مثل تصنيع المغناطيس.
- يستخدم أيضًا في تنقية المياه، حيث يُضاف الماجنتيت لسحب النفايات والملوثات إلى قاع المجال المائي، ثم يتم إزالتها.
- كما استُخدم الماجنتيت في الطب، خصوصًا في تطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي.
- يستعمل في تعدين الفحم بواسطة جذب الشوائب الموجودة بين الكتل، مما يسمح للفحم النقي بالطفو إلى السطح.
الهيماتيت
- يعد الهيماتيت مصدرًا رئيسيًا للحديد ويتميز بتوافره بكثرة على كوكب الأرض، حيث يحتوي على نسبة 70% من الحديد، ويرمز له بالرمز Fe2O3.
- يستخدم في صناعة مستحضرات التجميل والدهانات، حيث يحافظ على لونها.
- كما يُستخدم في الزينة نظرًا لمظهره الشبيه بالبلورات الرائعة.
- يدخل الهيماتيت أيضًا في صناعة المجوهرات الرجالية.
- ويستخدم في الطب للحماية من الإشعاعات الضارة، حيث يسهم في التصدي للإشعاعات السينية.
لا تتردد في الاطلاع على مقالنا حول:
الكربون الصلب
- يعتبر الكربون الصلب من العناصر الأساسية في الفولاذ، حيث تكون نسبة الكربون مرتفعة بجوار الحديد، بالإضافة إلى وجود عناصر أخرى بنسب صغيرة.
- يوجد ثلاثة أنواع من الكربون، هي: الكربون العالي والمتوسط والمنخفض، وكل نوع يتميز بنسب كربون مختلفة.
- يستخدم الكربون الصلب في تصنيع الهياكل المعدنية الصغيرة المتعلقة بالمعدات والسيارات والأدوات الميكانيكية.
الاستانلس
- الاستانلس هو أحد أحدث أنواع المعادن الحديدية المعروفة بمقاومتها العالية للصدأ والتآكل.
- يتكون الاستانلس من عنصر الكروم، الذي يقوم بعزل الفولاذ عن الماء والأكسجين، مما يبطئ عملية الصدأ والتآكل.
- يستخدم الاستانلس في تصنيع السكاكين والملاعق وبعض أواني الطهي.
- يمكن استخدامه أيضًا في صناعة بوابات المنازل والمحلات التجارية.
الألومنيوم
- يستعمل الألومنيوم في مجموعة متنوعة من الصناعات، ويتميز بأنه لا يتآكل ولا يصدأ، لكنه يتطلب عمليات تصنيع معقدة.
- يدخل الألومنيوم في صناعة الطائرات وسفن الفضاء.
- بسبب مقاومته العالية للماء وعدم تعرضه للتآكل، يُستخدم أيضًا في صنع القوارب.
- يستخدم في تصنيع علب الصودا والتونة وأيضًا للتغليف في الصناعات الغذائية للحفاظ على رطوبة المنتجات.
النحاس
- يعد النحاس من أقدم المعادن المستخدمة على كوكب الأرض، وقد تم استخدامه في صنع التماثيل التاريخية مثل تمثال الحرية.
- يُستخدم النحاس حاليًا في تصنيع الكابلات والأسلاك الكهربائية والإلكترونية، بفضل كونه موصلًا جيدًا للكهرباء.
- يستخدم النحاس أيضًا في صناعة أنابيب المياه لتوصيل المياه إلى المنازل.
النحاس الأصفر
- يُعرف النحاس الأصفر أيضًا بالبراس، وهو مزيج من المعادن الحديدية القابلة للطي والتي تتميز بالمرونة.
- يُعتبر النحاس الأصفر غير قابل للاشتعال، مما يجعله آمنًا للاستخدام في تصنيع الأثاث والديكورات المنزلية.
- يُستخدم في صنع براويز الزخارف في الأثاث التقليدي كما يُستخدم في المقابض لتمييزه بلونه الذهبي اللامع.
- يدخل النحاس الأصفر أيضًا في صناعة الآلات الموسيقية والأدوات النحاسية.
مصادر المعادن الحديدية في القشرة الأرضية
- توفر لنا القشرة الأرضية عدة مصادر طبيعية للمعادن الحديدية عبر عمليات تبلور ناتجة عن السوائل الصهارية مثل البراكين أو المحاليل الساخنة.
- يمكن العثور على المعادن الحديدية في البحار نتيجة ترسيب المركبات البحرية إلى قاع المحيطات، أو اكتشاف منشآت قديمة تحت الماء تحتوي على الحديد.
- تنتجُ المعادن الحديدية أيضًا عن طريق عمليات التحول الناتجة عن تفاعلات بين عناصر أخرى أو معادن ناتجة عن الغازات الناتجة من البراكين.
- تصنف المعادن الحديدية إلى أنواع منها: السيليكات، الكربونات، الفوسفات، الأكاسيد، الكبريتيدات، والكبريتات، إضافة إلى الهاليدات والمعادن الأحادية الخالصة.
- من أبرز المعادن الأحادية الخالصة هي الذهب والفضة والماس، مما يجعلها الأغلى والأكثر قيمة.
مواصفات المعادن الحديدية
- تطلق تسميتها على المعادن الحديدية نظرًا لاحتوائها على عنصر الحديد بشكل أساسي.
- تتميز المعادن الحديدية بكونها في حالتها الطبيعية صلبة، وقوة تحملها لدرجات الحرارة العالية، وقدرتها الجيدة على توصيل الحرارة والكهرباء.
- يمكن تشكيل المعادن الحديدية وفق الأشكال المطلوبة من خلال تسخينها وتحويلها إلى سائل لزج عند درجة الغليان الخاصة بها.
