در فصل گذشته با انواع مواد و برخی کاربردهای آن آشنا شدید، در این فصل در مورد این صحبت میکنیم که این مواد از کجا می آیند. همۀ موادی که ما استفاده می کنیم به طور مستقیم و یا غیر مستقیم از زمین، به دست می آیند، برخی مواد از خاک، برخی از نفت و برخی از گیاهان و یا حیوانات به دست می آیند. بیشتر موادی که در اطرافمان می بینیم از معادن مختلف استخراج می شوند، مانند معادن آهن، مس، طلا، آلومینیم، گچ، زغال سنگ و … .
در این معادن مواد، معمولاً به صورت ترکیب با مواد دیگر وجود دارند و پس از استخراج باید مراحلی را طی کنند تا خالص شوند و یا باید با مواد دیگری ترکیب شوند تا خواص بهتری پیدا کنند. در مرحله اول با فلز آهن و روش استخراج آهن آشنا می شویم. همچنین آن را با مواد دیگری مثل کربن، کروم و نیکل مخلوط می کنند تا به موادی با خواص بهتری دست یابند.
مراحل استخراج آهن
استخراج آهن در کوره بلند
آهن فلزی است خاکستری که به ندرت به صورت خالص در طبیعت یافت می شود و در پوستۀ زمین، بیشتر به صورت ترکیب با عناصر دیگر ، به ویژه اکسیژن (یعنی اکسید آهن) موجود است. در این اکسیدها، اتم های آهن و اکسیژن به هم متصل اند. برای دستیابی به فلز آهن باید اتم های اکسیژن را از اکسید آهن جدا کنیم. با حذف اکسیژن از اکسیدهای آهن ، می توان به فلز آهن دست پیدا کرد.
تولید آهن از سنگ معدن آهن (که بیشتر به صورت اکسیدآهن است)، در فرآیندهای خاص و در کورههای بلند صورت می پذیرد. سنگ آهن در ابتدا از معادنِ سنگ آهن استخراج می شود و به کمک آسیاب های بزرگ و سنگ شکن ها، خرد و شکسته می شود . به طور معمول سنگ آهن حداکثر دارای 50 درصد وزنی آهن است . یعنی از هر 1000 کیلوگرم سنگ معدن آهن ، حدود 500 کیلوگرم فلز آهن به دست می آید.
آماده سازی صرفاً به خرد کردن و شکستن سنگ ها محدود نمی شود و پس از آن ، خرده های سنگ با آب شسته می شوند تا ناخالصی های آن شسته و رفع شود .جداسازی به روش های دیگر از جمله میدان مغناطیسی ، از روش های مرسوم در این زمینه است .
پس از استخراج و شستن سنگ ها ، آنها را به همراه کربن (کُک) و سنگ آهک ، درون سازه آی برج مانند و استوانه ای که در داخل آن عایق حرارتی خاصی قرار گرفته است می ریزند . این استوانه ،همان کوره بلند ذوب آهن است که ارتفاع آن به بیش از 30 متر می رسد.
فلزآهن + کربن دی اکسید→اکسید های آهن+ کربن