المعادن في الصناعة

يأتي الحديد على قمة ما يعرف باسم الفلزات الحديدية والتي تضم بالإضافة إلى الحديد فلزات المنجنيز و الكروميوم و التيتانيوم و النيكل و الكوبالت و التنجست و المولبندنوم ، بينما يأتي النحاس على قمة الفلزات غير الحديدية و الزئبق و الأنتيمون.

أما بقية الفلزات فتضمها مجموعات الفلزات الثمينة (الذهب و الفضة و البلاتين) ، والفلزات الخفيفة (البيرليوم و اللثيوم و الروبيدويم و السيزيوم و المغنسيوم) ، والفلزات النادرة (الزركونيوم و التانتلوم و النيوبيوم) ، ثم الفلزات المشعة (اليورانيوم و الثوريوم).

يعتبر الحديد بدون منازع العمود الفقري لقوة الدولة العسكرية والاقتصادية.

قال الله تعالى:  لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمُ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ  

ويتم إنتاج الحديد من خاماته المعدنية على مراحل أربع:

• الحديد الغفل.
• الحديد الزهر.
• الحديد المطاوع.
• الحديد الصلب.

لكل مرحلة نوعها الخاص من الأفران والمحولات.

ويعتبر الهيماتيت والجوثيت (الليمونيت) و الماجنتيت أهم المعادن المكونة لخامات الحديد. ويعتبر الكبريت و الفوسفور و الزرنيخ شواب ضارة غير مرغوب في تواجدها في الخام ، بينما يعتبر النيكل و الكروميوم و التيتانيوم و الموبلدنوم و الفانديوم عناصر مرغوب في تواجدها في الخام. يقدر احتياطي العالم من خامات الحديد الغنية بحوالي 150 بليون طن، وتتوافر معظم هذه في دول الاتحاد السوفيتي ووسط أوروبا (إقليم الألزاس واللورين) و كندا و فنزويلا و الصين و إنجلترا و الهند و البرازيل.

وقد بلغ إنتاج العالم من الحديد عام 1980 ما يقرب من 700 مليون طن ويأتي الإتحاد السوفيتي (149 مليون طن) و اليابان (111 مليون طن) و.الولايات المتحدة الأمريكية (100 مليون طن) في القمة، بينما تنتج الجزائر مليونا ونصف المليون طن ولا يتجاوز إنتاج مصر المليون طن. وذلك في الوقت الذي يتجاوز احتياطي الدول العربية ثلاثة بلايين طن (معظمها في الجزائر). وتدخل الفلزات الحديدية التالية في صناعة أنواع متميزة من سبائك الصلب تستعمل في أغراض معينة تبعا لخواصها من مقاومة الصدأ إلى مقاومة انصهار إلى الصلادة العالية جدا.

ومعادن البيرولوست ، و المانجانيت و البسيولوميلين ويدخل في صناعة قضبان السكك الحديدية والمنشأت الحديدية والصلب على المنجنيز الذي يستخدم في الكسارات وعمليات وتجهيزات المناجم التي تحتاج أدواتها إلى صمود للتآاكل وتحمل لضغوط. ويقدر ما ينتجه العالم من خام المنجنيز ما يقرب من خمسة ملايين طن، ينتج الإتحاد السوفيتي منها النصف. وينتج المغرب حوالي 150 ألف طن بينما تنتج مصر نصف هذا الرقم تقريبا.

يستخدم الكروميوم في صناعة السبائك (40% من إنتاج العالم من الكروميت) وفي صناعة الحراريات (45%) وفي الصناعات الكيميائية (15%) . تتميز سبائك الكروميوم باكتسابها صلادة القابلية للطرق ولاسحب ومقاومة التأكل والمقاومة العالية للكهرباء ومقاومة الصدأ. ويستخلص الكروميوم من معدن الخام المعروف باسم كروميت. ويبلغ إنتاج العالم من خام الكروميت خمسة ملايين طن، تسعين بالمائة منها تنتجه ست دول هي: الإتحاد السوفيتي (22%) ، جنوب أفريقيا (21%) ، الفلبين (15%) ، زيمبابوي (13%) ، تركيا (12%) ، ألبانيا (5%). يلاحظ أنه بإستثناء الإتحاد السوفيتي فإن جميع الدول الكبرى المنتجة للحديد والصلب في العالم تفتقر إلى إنتاج الكروميت مما يجعلها تعتمد كليا على استيراد احتياجاتها من الكروميت.

تتنوع إستخادمات النيكل في الصناعة لدرجة تجعل هذا الفلز ذو أهمية كبيرة.

يستخدم النيكل في إنتاج:

• السبائك الحديدية المستخدمة في الصلب الذي لا يصدأ والصلب ذو المقاومة العالية والقابلية للسحب والطرق وكلها أنواع تستخدم في صناعة السيارات والطائرات وقضبان السكك الحديدية والطوحين ومعدات المناجم.
• السبائك غير الحديدية فيخلط النيكل بالنحاس و الزنك لتستخدم في أغراض الزينة، بينما يستخدم برونز النيكل في الهندسة البحرية.
• النيكل النقي فيستخدم في الطلاء بالنيكل.

يأتي معظم إنتاج العالم الآن من النيكل من كندا و الإتحاد السوفيتي و كوبا و الولايات المتحدة الأمريكية و جزيرة نيوكاليدونيا و أستراليا ، ويبلغ إنتاج العالم من خام النيكل (معادن بنتلانديت ، ميلليريت ، نيكوليت ، جارنيريت) ما يقرب من أربعمائة ألف طن.

كانت إستخدامات التيتانيوم حتى عام 1950 محدودة جدا، وربما كان الاستعمال الوحيد حتى ذلك الوقت هو في صناعة طلاء (بوية) اللاكيه الأبيض ذو قوة الحجب المتميز من أكسيد التيتانيوم والذي يتميز عن الطلاءات الأخرى البيضاء التي يدخل في صناعتها الرصاص و الزنك. يعتبر أهم استخدام للتيتانيوم في الوقت الحاضر هو في صناعة محركات الطائرات النفاثة و الصواريخ خزانات الوقود حيث لا تحدث شروخ في هذه الخزانات المصنوعة من سبائك التيتانيوم من معدني الألمنينيت و الروتيل حيث يبلغ إنتاج العالم السنوي من هذه المعدنين أقل من مليوني طن وتنتج الولايات المتحدة الأمريكية و كندا أكثر من نصف هذه الكمية.

يستخدم الكوبلت حاليا في صناعة سبائك الكوبلت المتنوعة وأهمها سبيكة الكوبلت (الحديدية وغير الحديدية) المستخدمة في صناعة المغناطيسات الدائمة والقادرة على رفع حمولات كبيرة تصل غلى 60 ضعف وزن المغناطيس المستخدم. ويحصل العالم على الكوبلت من معادن خام الكوبالت (لنيت ، كوبالتيت ، سمالتيت). يحصل العالم على احتياجاته من خام الكوبلت التي تصل إلى خمسة عشر ألف طن سنويا من زائير و زامبيا و أوغندا و المغرب في أفريقيا ، ومن الولايات المتحدة و كندا.

ولو أن معرفتنا بالتنجستن تعود إلى استخدامنا له من وقت طويل في صناعة فتيلة المصابيح الكهربائية التي تضيئ لنا في البيوت إلا أن هذه الصناعة لا تستهلك أكثر من 2% من إنتاج العالم من خام التنجستين ، أما 95% من إنتاجه فيستهلك في صناعة الصلب. كذلك يستخدم الموليبدنيوم في صناعة الصلب. ويتميز صلب التنجستين و صلب الموليبدنيوم بكفاءة عالية في قطع الأشياء (فلزات وغير فلزات) حتى ولو كانت هذه العملية تتم عند درجة حرارة عالية دون أن تفقد الآلات المصنوعة منها فاعليتها (تقطع هذه الآلات الصلب العادي كما لو كنا نقطع قطعة من الجبن بسكين). كما تستخدم سبائك التنجستين و الموليبدنيوم في صناعة المكابس الثقيلة. الولوفراميت خام التنجستين ، أما الموليبدنيوم فهو خام الموليبدنيوم.

يحتمل أن يكون النحاس أول فلز استخدمه الإنسان في العصر الحجري الحديث (عصر النحاس و عصر البرونز). تعزى الأهمية الإستراتيجية للنحاس إلى مقدرته الفائقة على توصيل الكهرباء حيث تستخدم كميات ضخمة من النحاس في الصناعات الكهربائية وسبائك النحاس. سبائك النحاس كثيرة نذكر منها البرونز (80 – 88% نحاس والباقي قصدير) و النحاس الأصفر (سبيكة من النحاس و الزنك) و الفضة الألمانية (سبيكة من النحاس و الزنك و النيكل) و الكوميت (سبيكة من النحاس و الألومينيوم و الحديد).

يحصل العالم على النحاس الذي يستخلصه من خهاماته وأهم المعادن المكونة لهذه الخامات الكالكوبيريت و الكالكوسيت وبعض المعادن الكبريتيدية و الكربوناتية و الكلوريدية المتأكسدة ويبلغ الإنتاج السنوي العالمي لخام النحاس ما يقرب من خمسة ملايين طن تنتج الولايات المتحدة الأمريكة وحدها نصف هذا الرقم ويليها زامبيا و الإتحاد السوفيتي و كندا و شيلي. وتكون دول زائير و زامبيا و شيلي و بيرو منظمة تعرف باسم منظمة دول منتجي ومصدري النحاس.

يستخدم الرصاص في التكنولوجيا الذرية والنووية حيث تصنع منه ألواح الرصاص وتغليف الكابلات وسبائك متعددة، ودروع الوقاية من الأشعة السينية وأحرف الطباعة والبطاريات الكهربائبة في وسائل النقل.

أما الزنك فيستخدم في عمليات الجلفنة (أي تغطية ألواح الحديد بغشاء رقيق من فلز الزنك تمنع الحديد من الصدأ) . كما يستخدم الزنك في صناعة سبائك كثيرة، وكذلك في صناعة المواسير والألواح وفي الصناعات الكيميائية.

يرجع الجمع بين الرصاص و الزنك في عنوان واحد إلى تواجد الفلزين عادة مع بعضهما البعض في الطبيعة في رواسب معقدة من الخامات تحتوي أيضا على فلزات الفضة و الكادميوم و النحاس و الذهب و القصدير و الكوبالت وغيرها من العناصر الشحيحة بتركيزات متفاوتة. ولكن هناك أيضا رواسب منفصلة لكل من خامات الرصاص و الزنك.

يحصل العالم على الرصاص من معادن خامات الرصاص وأهما الجالينا ويكثر وجود الفضة في هذا المعدن بكميات تجعل إنتاجها كفلز جانبي عملا مربحا، ولا نبالغ إذا قلنا أن معظم الفضة التي يحصل عليها العالم تأتي من خامات الرصاص. وينتج العالم سنويات ما يقرب من ثلاثة ملايين طن من خامات الرصاص . وينتج العالم سنويا ما يقرب من ثلاثة ملايين طن من خامات الرصاص تستخرج من أستراليا و الإتحاد السوفيتي و الولايات المتحدة الأمريكية و المكسيك و كندا ومن الدول العربية المغرب و الجزائر و تونس (حزام جبال أطلس).

أما الزنك فيزيد إنتاج العالم السنوي له (سناليريت) عن ثلاثة ملايين طن قليلا والدول المنتجة له هي نفس الدول المنتجة للرصاص التي ذكرنا آنفا.

ترجع أهمية القصدير في الوقت الحاضر إلى استخدامته في صناعة البرونز وسبائك القصدير المختلفة ومنها ما هو قابل للصهر بعد الاستعمال الأول ليستخدم مرة أخرى ومواد اللحام والطلاء الكهربائي في صناعة الصفيح الذي يستخدم في صناعة حاويات المأكولات والمشروبات المحفوظة.

يعتبر الكاستريتي أهم معادن خامات القصدير ، ويأتي نصف إنتاج العالم (75 ألف طن) من ماليزيا وإندونيسيا ، بينما يأتي معظم الباقي من بوليفيا و الصين و زائير و نيجيريا.

منذ خمسة وثمانين عاما لم يكن يعرف الإنسان طريقة تجارية لإنتاج الألومينيوم بالرغم من أن الفلز أكثر انتشارا في الطبيعة من الحديد ، ولكن الحديد سبق الألومينيوم في الإنتاج التجاري بمئات السنين. يرجع السبب الرئيسي في ذلك إلى أن الفحم يمكنه أن يأخذ الأكسجين من أكاسيد الحديد بينما لا يمكنه أن يفعل ذلك بالنسبة لأكاسيد الألومينيوم. فقط في أواخر القرن التاسع عشر تمكن العلماء من استخلاص الألومينيوم بعد صهره مع الكريوليت (مادة مصهرة) في فرن خاص وتحليل الصهرة تحليلا كهربائيا. ويحتاج إنتاج طن من الألومينيوم إلى طاقة كهربائية مقدراها 25 ألف كيلو وات/ساعة أو ما يعادل إنتاج 20 طنا من الفحم (20 ضعف بالنسبة للحديد). لهذا نجد أن مصانع إنتاج الألومينيوم تشيد حيث مصادر الطاقة الكهربائية رخيصة (بالقرب من مساقط المياه الطبيعية أو الصناعية ومحطات توليد الكهرباء التوربينية التي تعمل بغازات حقول البترول). يجد الألومينيوم في الوقت الحاضر استخدامات كثيرة تعزى إلى انخفاض وزنه النوعي (2.68 – فلز خفيف) ، قوته الميكانيكية، مقاومته للتأكسد، وتوصيله الجيد للكهرباء. لذلك يستخدم في صناعة الطائرات والسيارات و الهندسة الكهربائية (خطوط نقل القوى الكهربائية) ، القضبان الحديدية، الإنشاءات الميكانيكية وغيرها. وتصل سبائك الألومينيوم إلى قوة الصلب بينما تزن فقط ثلث وزنه ويحصل العالم على الألومينيوم من خاماته المختلفة وأهمها البوكسيت وقدر الإنتاج العالمي السنوي منها ما يقرب من ثلاثين مليون طن تأتي من دول عديدة.

تفوق إستخدامات الزئبق الألف في عددها. يستخدم الزئبق في إستخلاص الذهب بطريقة الملغم في عمليات المناجم، في المفرقعات، استخلاص الفلزات غير الحديدية من خاماتها الفقيرة بطريقة المعالجة الفلزية المائية، كعامل محفز، في الهندسة الكهربائية وفي العديد من أجهزة القياس والتحكم الدقيقة، في مصابيح الكوارتز ، مكثفات التيار، مضخات التفريغ و المركبات الكيميائية المستخدمة في الأدوية والكيماويات وكثر غيرها. ويستخدم ثلث الإنتاج العالمي على هيئة فلز الزئبق.

يعتبر السنبار أهم معادن الزئبق . ويحصل العالم على الزئبق (16 ألف رطل سنويا أو ما يعادل ثمانية آلاف طن قصير تقريبا) من إيطاليا و إسبانيا (نصف الإنتاج) و الولايات المتحدة الأمريكية و يوغوسلافيا و المكسيك و اليابان و الصين. يباع الزئبق في قوارير من الحديد المطاوع سعة الواحدة 76 رطلا.

يستخدم الأنتيمون بصفة أساسية في إكساب مختلف سبائك الرصاص صلادة لها. هذا بالإضافة إلى استخدام الأنتيمون في صناعة الثقاب وفلكنة المطاط وصناعة البويات والأدوية وخلافها. يأتي الأنتيمون من معدن ستيبنيت حيث يبلغ إنتاج العالم من الخام ما يقرب من 55 ألف طن سنويا. يأتي معظمها من الصين و جنوب أفريقيا والإتحاد السوفيتي و بولينيا و المكسيك و يوغسلافيا.

يستخدم الجزء الأكبر من الذهب كاحتياطي الذهب للعملات الورقية المتادولة في دول العالم ، ويأخذا هذا الاحتياطي شكل العملات الذهبية وسبائك الذهب والتي تحفظها الحكومات المعنية في خزائن تحت حراسة مكثفة. ويبلغ الذهب المخزون لهذا الغرض حوالي ثلاثين ألف طن، بينما يتراوح الذهب المتداول في المصنوعات والمجوهرات ما بين 15 ، 25 ألف طن. ويكتسب الذهب المستخدم في الحلي صلادة أعلى بخلطه بالنحاس و الفضة و البلادسيوم أو النيكل. وللذهب عيار ينفرد به وهو 24 ، 21 ، 18 ، 12 قيراط عندما يكون نقيا أو به 3 أو أو 6 أو 12 جزءا من فلز آخر على الترتيب ويستخرج الذهب من خام الذهب الذي هو عبارة عن معدن الذهب الفطري المنبث في عروث المرو الحاملة له أو غيرها من الصخور. تنتج كثير من الدول الذهب ولكن يعتبر جنوب أفريقيا (حوالي 19 مليون أوقية) و الإتحاد السوفيتي (12 مليون أوقية و كندا (خمسة مليون أوقية) أكبر ثلاثة دول منتجة للذهب في العالم. كانت الفضة حتى عام 1940 تستخدم في صناعة العملة الفذية (ثلثا الإنتاج العالمي). ودائما تخلط الفضة بالنحاس لتكتسب السبيكة صلادة وقوة تحمل. ومعيار الفضة في إنجلترا في المصنوعات الفضية هو 925 جزء فضة، 75 جزء نحاس. كما تستخدم الفضة في إنتاج بطاريات الفضة و الزنك التي تستخدم كمصادر رئيسية للقوى في نظم الحكم في الأقمار الصناعية وغيرها من سفن الفضاء.

وأهم معادن خام الفضة هو الأرجنيت ، ولو أن نصف إنتاج العالم من الفضة يأتي كمنتج جانبي من معادن الرصاص و الزنك و النحاس. يبلغ إنتاج العالم السنوي من الفضة ما يقرب من 200 مليون أوقيت تأتي من دول كثيرة أهمها المكسيك و الولايات المتحدة الأمريكية و كندا و الإتحاد السوفيتي و بيرو و أستراليا و اليابان و بوليفيا و المغرب.

يستخدم البلاتين في صناعة الحلي وأغراض الأسنان والسبائك الكهربائية والصناعات الكيميائية. وتمتاز كل فلزات مجموعة البلاتين بثقلها (يعتبر البلاتين و الأريديوم و الأزميوم أثقل ثلاثة فلزات معروفة: 21.5 ، 22.4 ، 22.5 على التوالي) وعدم تأثرها بالأحماض ودرجات انصهار العالية ومقاومتها للحرارة والتأكسد. نحصل على البلاتين من المعدن الفطري ومن معدن سبيريلايت ويبلغ إنتاج العالم سنويا من البلاتين حوالي مليون ونصف المليون أوقية يأتي معظمها من جنوب أفريقيا و كندا و الإتحاد السوفيتي.

يعتبر الزرنكونيوم من أحسن الفلزات المستخدمة في صناعة أرقى أنواع الصلب والدروع والآلات السريعة والمحركات النفاقة والمصابيح الكهربائية وغيرها. يحصل العالم على الزركونيوم باستخلاصه من معدن الزركون الذي يوجد بوفرة في الرمال السوداء بخليج بيرون بأستراليا. كما يوجد في رواسب مشابهة في الولايات المتحدة الأمريكية و البرازيل وجنوب أفريقيا و الهند.

توجد هذه الفلزات معا في الطبيعة في معدني متسلسلة الكولومبيت – التنتاليت. يستخدم الفلزان في أغراض شتى مثل صناعة الأنواع الراقية من الصلب والسبائك غير الحديدية والأقطاب الكهربائبة في مصابيح التفريع وفي صناعة «ريش» التوربينات ولاصواريخ والأجهزة الكيميائية (التي لا تتأثر بالمواد الكيميائية) .وتصل صلادة كربيد التنتالوم وكربيد الثيوبيوم إلى مثل صلادة الألماس. يستعمل فلز التنتالوم في الأغراض الجراحية لاصلاح بعض الأجزاء العظمية في الإنسان.

يستخرج هذان الفلزان من معادن الخام الموجودة في زائير و نيجيريا و البرازيل و النرويج. ويقرب الإنتاج العالمي من 6000 طن سنويا.

حتى الحرب العالمية الثانية لم يكن يستخرج اليورانيوم إلا من قلة من رواسب الخام التي كانت معروفة حتى ذلك الوقت، ولم يكن يتعدى الإنتاج العالمي السنوي 200 طن، وكان هذا اليورانيوم يستخدم في إمداد العالم بفلز الراديوم الذي لم يكن يحتاج إلى إلى 100 جم منه (تكافئ 150 طن من أكسيد اليورانيوم تقريبا). وما إن تم اكتشاف خاصية الانشطار النووي عام 1939 (انفجار ذرات اليورانيوم) حتى كان ذلك إيذانا بإمكانية إطلاق «مارد» الطاقة الذرية من عقاله. وتستخدم الطاقة الذرية الآن في الأغراض الحربية المدمرة وفي الأغراض المدينة ولو أنه في كلتا الحالتين تبقى مشكلة التخلص من النفايات الذرية المشعة والملوثة لبيئة الإنسان.

يحصل العالم على اليورانيوم من معادن كثيرة حاملة للفلز أهمها أكسيد اليورانيوم المعروف باسم يورانينيت و بتشبلند . يزيد احتياطي خام اليورانيوم في العالم على ألف طن موزعة في كندا و الولايات المتحدة الأمريكية و زائير و جنوب أفريقيا وبعض البلدان الأخرى.

يستخدم الثوريوم كمصدر للطاقة النووية أيضا. كما يستخدم كمحفز في تكرير النفط وفي صناعة فتائل المصابيح الكهربائية وفي عديد من السبائك. ويعتبر المونازيت أهم مصدر للثوريوم حيث يستخرج العالم سنويا ما يقرب من خمسية ألف طن من الخام. يأتي أكثر من نصفها من الولايات المتحدة الأمريكية بينما ينتج النصف الآخر جنوب أفريقيا و البرازيل و الهند.