h1

نتاج المعادن الحديدية والغير الحديدية

09/06/2010

الباب الأول
إنتاج المعادن الحديدية والغير الحديدية
أولا: إنتاج الحديد الزهر

يتم إنتاج الحديد الزهر في الأفران العالية باستخدام خام الحديد والخامات المساعدة ويعتبر خام الحديد هو رابع معدن في القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسليكون والألمونيوم , والحديد المستخرج من باطن الأرض لا يوجد في صورته الفلزية بل يوجد على هيئة اكاسيد أو كربونات أو كبريتدات
أ) أهم أنواع خامات الحديد المستخرجة من باطن الأرض:
1- الهيماتيت
ويعرف باسم أكسيد الحديد الأحمر وذلك لأن نسبة الأكسجين تصل فيه الى 30% بينما تصل نسبة الحديد فى الحاله النقية به الى 70% وهو أكثر خامات الحديد انتشارا فى القشره الأرضية
2- الماجنتيت
ويعرف باسم أكسيد الحديد الأسود أو الحديد المغناطيسى ويعتبر من أغنى خامات الحديد فى صورته النقية لأن نسبة الحديد به تصل الى 72.4% لكنه نادر و يمثل 5% من خام الحديد فى العالم
3- الليمونيت
ويعرف باسم أكسيد الحديد المائى وذلك لأن نسبة الماء فيه تتراوح مابين (10الى20%) بينما تصل نسبة الحديد به فى صورته النقية (من40الى 60% )

4- السيدريت
ويعرف باسم كالبيت الحديد أو كربونات الحديد فهو يوجد على هيئة حبيبات مستديرة ذات لون بنيا أو رماديا ويحتوى على نسبه عاليه من الشوائب والحجر الجيرى وتصل نسبة الحديد به فى صورته النقية الى 48.3%
5- البيرليت
ويعرف باسم كبريتيد الحديد الأصفر أو الذهب الخادع وذلك لأن له بريق فلزى ويحتوى على نسبه من الكبريت والنيكل والكوبالت كما يحتوى على كميات ضئيلة من الذهب والنحاس ويعتبر مصدر رئيسي للكبريت المستخدم فى صناعة حامض الكبريتيك وتصل نسبة الحديد به الى 46.6%
6- الألمينيت
هو عبارة عن خليط من أكسيد الحديد والتيتانيوم وتصل نسبة الحديد به الى 36.8% لذلك فأنه لا يدخل من ضمن خامات الحديد الأساسية لكنه يعتبر مصدر رئيسي فى إنتاج التيتانيوم

أماكن تواجد الحديد فى مصر
1- شرق أسوان : ويستخرج منها خام الهيماتيت لكن توقف استخراج الخام منذ أواخر الستينات وذلك بسبب ارتفاع تكاليف النقل من أسوان الى مصنع الصلب بحلوان
2- الواحات البحرية : ويوجد بها أربع مناطق رئيسية هى الجديدة والحارة وناصر وجبل عرابي وخام الحديد المستخرج هو الليمونيت الهيماتيت الذى يستخدم فى تغذية مصنع حلوان
3- الصحراء الشرقية : ويوجد خام الحديد فى القطاع الأوسط من الصحراء الشرقية وجنوب القصير بالقرب من ساحل البحر ويوجد الخام على هيئة شرائط من الماجنتيت الهيماتيت والسيلكا لذلك لا يمكن الفصل بينهم إلا بعد الطحن الدقيق
ب) الخامات المساعدة
1- الوقود : هو عبارة عن مادة عضوية تتكون من جزء قابل للاشتعال وهو الكربون والهيدروجين وجزء أخر غير قابل للاشتعال وهو الرطوبة والرماد أما الكبريت فإن اشتعاله يتولد منه حرارة لكنه غير مرغوب فيه لأنه يؤثر على خواص المعدن وهناك نوعان رئيسيان من الوقود المستخدم فى الأفران العالية هم :(الفحم أو الغاز الطبيعي)
2- مساعدات الصهر : ومن أهم أنواع مساعدات الصهر أو الفلكس هو الحجر الجيرى فهو عبارة عن صخر رسوبى يتكون من كربونات الكالسيوم الذى يتحد مع الخبث ليطفو على السطح مع الشوائب كما تعمل مساعدات الصهر على خفض درجة حرارة انصهار المعدن داخل الأفران
مراحل تحضير وتجهيز المواد الخام :-

تتكون مراحل التحضير والتركيز من الخطوات الآتية :
1- التكسير: وتتم باستخدام كسارات ضخمة
2- الفرز : وتتم فى هزازات أو غرابيل خاصة وذلك للفصل بين القطع الكبيرة والصغيرة أما القطع التى تتراوح أقطارها ما بين
(30:100 مم) فيتم نقلها الى الفرن العالى حتى نحصل على خاما مساميا وسهل الاختزال وخاليا من الشوائب الضارة
3- التحميص: وتتم فى أفران خاصة وذلك للتخلص من الشوائب
4- الغسل: ويتم غسل الخام بالماء حتى نتخلص من الشوائب
5- التركيز الكهرومغناطيسى: وذلك باستخدام مغناطيسيات كهربية تقوم بالتقاط أجزاء الخام ونقلها الى مكان أخر
6- التلبيد : وتتم على الأحجار الصغيرة وغبار الخام وذلك لتكبير حجمه وإستخدامة كخام

الفرن العالى
ويستخدم الفرن العالى فى إنتاج الحديد الزهرأوالغفل الذى يدخل بعد ذلك فى إنتاج الصلب باستخدام أفران خاصة كما يعمل الفرن العالى بنظرية التيارين المتصادمين بحيث تهبط الشحنة من أعلى بينما يتم دفع الهواء الساخن أو الغازات المختزلة من أسفل ويصل ارتفاع الفرن الى أكثر من 35 متر وقطره الى 8 متر ويتراوح إنتاجه اليومى ما بين 1000 طن أو أكثر
• يتكون الفرن العالى من ثلاثة مناطق رئيسية هى :
1 – منطقة القمة :
فهى على هيئة ناقوسين وظيفتهم هى دخول الشحنة وعدم خروج الغازات
2- منطقة القصبة :
فهى عبارة عن مخروط طويل من الطوب الحرارى المغلف بصاج من الصلب 3 – منطقة القاع :
فهى التى يتجمع فيها المعدن المنصهر والخبث

• الوحدات الملحقة بالفرن العالى :
1- وحدة الشحن : فهى المسؤلة عن توصيل الشحنة داخل الفرن العالى وتتكون من عربة تشبه عربة السكة الحديد تسير على قضبان مائلة لتصل الى أعلى الفرن
2- وحدة التفريغ : فهى عبارة عن بوتقات ضخمة من الصلب مبطنة من الداخل بالطوب الحرارى وتستخدم فى نقل المعدن المنصهر الخارج من الفرن العالى
3- وحدة المسخنات : فهى عبارة عن مبادلين حرارين بجانب الفرن العالى والمبنية من الطوب الحرارى وذلك بطريقة خاصة تجعله يسخن بمجرد مرور الغازات الساخنة والخارجة من الفرن عليها ثم بعد ذلك مرور شحنة جديدة من الهواء والغازات داخل المبادلات حتى تسخن ويتم دفعها من جديد داخل الفرن العالى

شحنة الفرن العالى :
وتتكون الشحنة من أربع عناصر أساسية هي :-
1- خام الحديد 2- فحم الكوك 3- الحجر الجيرى 4- خردة الحديد
عمليات الاستخلاص داخل الفرن العالى :
1- دفع تيار من الهواء الساخن الى الفرن حتى يتفاعل الأكسجين مع الكوك مكونا أول أكسيد الكربون مما يؤدى الى رفع درجة الحرارة داخل الفرن الى 2000 درجة
2- تصاعد غاز أول أكسيد الكربون مما ينتج عنه اختزال الحديد فتنصهر مكونات الشحنة ماعدا الكوك ومساعدات الصهر فهناك نوعان من الاختزال هم اختزال مباشر ويتم على اكاسيد الحديد المنصهرة أو اختزال غير مباشر ويتم على الحديد فى حالته الصلبة بواسطة غاز أول أكسيد الكربون و الهيدروجين
3- تخرج الغازات الساخنة من أعلى الفرن لتمر على المبادلات الحرارية حتى ترتفع درجة حرارتها وذلك استعدادا لشحنة جديدة
4- يتجمع الحديد المنصهر فى قاع الفرن بينما يطفو الخبث على السطح
5- يتم صب الحديد والخبث فى بوتقات ضخمة من خلال فتحات الصب الموجودة فى قاع الفرن
نواتج الفرن العالى :-
1- الحديد الغفل: وهو إما حديد زهر يستخدم فى السباكة أو حديد زهر يستخدم فى إنتاج الصلب وذلك على حسب تركيبة الكيميائى
2-الخبث : وهو إما أن يستخدم كمادة مائلة فى صناعة الأسفلت أو فى صناعة الأسمنت الحديدى أو كمادة عازلة فى صناعة الطوب
3- الغازات : وهى إما أن تستخدم فى إنتاج بخار الغلايات أو تسخين المبادلات الحرارية وذلك بعد تنقيتها من الأتربة

ويمكن التعرف على مكونات وأجزاء الفرن العالى من خلال الشكل المبين

ثانيا : إنتاج الصلب:-
وفيه تستخدم أفران خاصة لهذا الغرض ويعتبر الحديد الزهر الناتج من الفرن العالى هو الخامة الأساسية فى إنتاج الصلب كما أنه فى بعض الأنواع يستخدم الحديد الخردة مع الحديد الزهر وذلك على حسب نوع الصلب المطلوب وهناك ثلاثة طرق رئيسية لإنتاج الصلب هى

1- طريقة التحويل :
وفيها يتم أكسدة الكربون والعناصر الأخرى الموجودة فى خام الحديد وذلك عن طريق نفخ الهواء أو الأكسجين داخل المعدن المنصهر وتنقسم طريقة التحويل الى ثلاثة أنواع من المحولات يمكن من خلالها إنتاج الصلب
أ) محول بسمر :
وهو عبارة عن إناء كمثرى الشكل مصنوع من الصلب ومبطن من الداخل بالطوب الحرارى هذه البطانة لابد أن تكون حامضية وتتكون من مسحوق الكوارتز أو الحجر الرملى ويدخل الهواء الى المحول من خلال فتحات موجودة بالقاع هذه الفتحات مغلقة من أسفل ويجب أن تكون شحنة المحول من الزهر السيلكى الذى يعطى خبثا حامضيا لا يسبب تأكل للبطانة وهذا المحول مثبت من جانبيه عن طريق محور إمالة يمكن من خلاله إمالة المحول الى الوضع الأفقى وذلك عند شحنة بالمعدن المنصهر أو لصب الصلب وتتم عملية التحويل بعد تفريغ الشحنة ثم إعادة المحول الى الوضع الرأسى وبدء ضخ الهواء من الفتحات الموجودة أسفل المحول و تنقسم عملية التحويل الى ثلاثة مراحل هى :
المرحلة الابتدائية : وهى تستغرق حوالى خمسة دقائق ويحدث بها تأكسد للسيلكون و المنجنيز الموجودين بالشحنة كما ينتج عنها شرر عند عنق المحول وارتفاع لدرجة حرارة المعدن
مرحلة الغليان : وتبدأ عند درجة حرارة 1500 ْم وفيها يتم احتراق الكربون ويتحول الى أول أكسيد الكربون كما يظهر لهب أبيض خاطف عند عنق المحول نتيجة تحول أول أكسيد الكربون الى ثانى أكسيد الكربون
المرحلة النهائية : وتبدأ عند ظهور دخان بنى داكن نتيجة التأكسد الشديد للحديد وفيها يتم إيقاف تيار الهواء تدريجيا وإمالة المحول الى الوضع الأفقى وإضافة كمية من الحديد المنجنيزى مثلا مع استمرار نفخ الهواء ثم تأخذ عينة من الصلب لتحليلها والتأكد من التركيب الكيميائى المطلوب وبعدها تكون الشحنة جاهزة للصب وأخذها الى مصنع الدرفلة

ويمكن التعرف على مكونات وأجزاء محول بسمر سواء كان الحامضى أو القاعدى من خلال الشكل المقابل :

ب) محول توماس أو( بسمر القاعدى ) :
يعتبر محول توماس هو نفسه محول بسمر لكنه يختلف عنه فى نوع البطانة الداخلية فهى بطانة قاعدية وليست حامضية ومصنوعة من الدولوميت ويستعمل محول توماس مع الزهر الذى يحتوى على نسب عالية من الفسفور لذلك يجب إضافة كمية من الجير لامتصاص الفسفور من الحديد وتتم عملية التحويل أيضا على ثلاثة مراحل رئيسية هى :
المرحلة الابتدائية : وتبدء بعد تفريغ الشحنة وفيها تستمر نفخة الهواء حوالى 15 دقيقة حتى يتم التخلص من العناصر الغير مرعوب بها فى الشحنة الموجودة داخل المحول
المرحلة الثانية : وفيها يدار المحول الى الوضع الأفقى حتى يتم التخلص من طبقة الخبث وحملها فى عربات خاصة
المرحلة النهائية : وفيها يتم إضافة بعض السبائك الغنية المنجنيز أو الكربون وذلك بعد صهرها فى أفران خاصة ثم استمرار نفخ الهواء لفترة قصيرة ويختلف نوع الإضافات على حسب التركيب الكيميائى للصلب المطلوب وبعدها تكون الشحنة جاهزة للصب
ج) المحول الأكسوجينى :
وهو أيضا إناء كمثرى الشكل لكنه يعتمد فى فكرة عملة على نفخ تيار من الأكسجين داخل المعدن عن طريق أنبوب طويل وذلك لتحسين الكفاءة الحرارية للمحول وأيضا الاستفادة المثلى من عمليات الأكسدة وتحسين الظروف الفلزية للصلب عن طريق تقليل محتوى النيتروجين وتحسين نزع الفسفور

طريقة مارتن أو ( الفرن المفتوح )
يستخدم الفرن المفتوح فى إنتاج الصلب إما عن طريق خردة الحديد أو عن طريق حديد الفرن العالى وفى بعض الأحيان يتم استخدام الاثنين معا بنسب واحدة تقريبا مع إضافة كميات من الحجر الجيرى و يستخدم فيه الوقود الغازى مختلطا مع الهواء وذلك بعد مروره على المبادلات الحرارية التى تعمل على رفع درجة حرارته وتزيد من كفائتة للاحتراق كما يمكن استخدام غازات نواتج الاحتراق الخارجة من الفرن العالى إذا كان هناك ارتباط بينها وبين مصانع إنتاج الصلب ويستخدم الفرن المفتوح فى إنتاج الصلب الخاص وذلك بعد إضافة المعادن المطلوبة مثل النيكل و الكروم أو سبائكهما كما يتم التخلص من الكربون المنجنيز والفسفور والكبريت وغيرها من العناصر الغير مرغوب بها

نظرية تشغيل الفرن المفتوح :
بعد تفريغ الشحنة داخل الفرن يتم دفع تيار من الأكسجين فوق الشحنة مباشرة وأيضا دفع خليط الهواء والغاز بعد مروره على المبادلات الحرارية حتى يتم رفع درجة حرارتها فتساعد على صهر جميع مكونات الشحنة وتخرج من الجهة الأخرى لتمر على المبادل الحرارى الأخر حتى يسخن ثم بعدها يتم عكس اتجاه خليط الهواء والوقود حتى يمر فوق الشحنة وهو ساخن وبذلك تصل الشحنة الى درجة الغليان وبتكرار نفس العملية تبدأ مرحلة التنقية وفيها يتم التخلص من جميع العناصر الغير مرغوب فيها لتطفو على السطح مع الحجر الجيرى مكونة طبقة من الخبث ثم بعد ذلك يتم إضافة العناصر المطلوبة على حسب التركيب الكيميائى للصلب وبعدها يمكن صب الصلب من خلال فتحة الصب الموجودة بقاع الفرن وقد تصل الشحنة فى المرة الواحدة الى 600 طن

والشكل المقابل يبين مكونات ونظرية عمل الفرن المفتوح

3- طريقة الصهر الكهربي :
تمتاز طرق الصهر الكهربى بأنها تعطى درجات حرارة عالية مما يضمن التخلص التام من الفسفور والكبريت وذلك مع ضرورة إضافة كميات كبيرة من الجير كما أن طريقة الصهر الكهربى تقلل من احتراق المعدن نتيجة عدم وجود لهب مؤكسد فهناك نوعان من أفران الصهر الكهربى هى :
أ ) فرن القوس الكهربى :
يستخدم فرن القوس الكهربى فى إنتاج الصلب السبائكى والصلب عديم الصدأ والصلب الكربونى والفرن عبارة عن أسطوانة من الصلب غير عميقة ومبطنة من الداخل بالطوب الحرارى وسقف الفرن يمكن رفعة وتحريكه الى أحد الجانبين وذلك عند وضع الشحنة كما يوجد به ثلاثة فتحات يدخل من خلالها ثلاثة أقطاب كربونية متصلة بتيار كهربى عالى بحيث إذا اقتربا أحد الأقطاب من الشحنة تتولد شرارة شديدة مما ينتج عنها درجة حرارة مرتفع تصل الى 3000 ْم وفى بعض الأنواع الحديثة يتم دفع تيار من الأكسجين داخل الفرن وذلك لتقليل زمن إنتاج الصلب

والشكل المقابل يبين الرسم التفصيلى لفرن القوس الكهربى

نظرية تشغيل فرن القوس الكهربى :

تفريغ شحنة الحديد الخردة وبعض العناصر السبائكية الأخرى داخل الفرن ثم بعدها يبدأ غلق الفرن وإحكامه جيدا يليها خفض الأقطاب الكربونية بحركة رأسية داخل الفرن حتى تصبح فوق الشحنة مباشرتا وذلك من خلال الفتحات الموجودة بالسقف ثم يتم توصيل التيار الكهربى الى الألكترودات مما ينتج عنه شرارة شديدة بين الألكترود وسطح المعدن هذه الشرارة تتسبب فى رفع درجة الحرارة داخل الفرن وتنصهر الشحنة وبعد أن تصل الى درجة الغليان يتم إضافة كمية من الحجر الجيرى ومساعدات الصهر فوق الشحنة حتى تساعد على التخلص من الشوائب وتطفو على السطح مكونة طبقة من الخبث وللتأكد من التركيب الكيميائى يتم أخذ عينة من الصلب وتحليلها وفى بعض الأحيان يتم إضافة الألمونيوم الى الصلب لتحسين خواص الحجم الحبيبى له ويتم صب الصلب عن طريق إمالة الفرن بإستخدام الزراع الهيدروليكى ومن خلال بوابة الصب

ب ) فرن الحث الكهربى :
تعتمد نظرية عمل فرن الحث الكهربى على مرور تيار كهربى متغير عالى التردد فى ملف مما ينتج عنه مجال مغناطيسى الذى يتسبب فى حدوث تيارات دوامية هذه التيارات تؤدى الى إرتفاع درجة حرارة المعدن ويتكون الفرن من بوتقة من الصلب مبطنة من الداخل بالطوب الحرارى يوضع بداخلها المعدن وملف من النحاس مبرد بالماء هذا الملف يمر خلاله تيار عالى التردد قادم من مولد خاص فيسبب تيارات دوامية فى المعدن تؤدى الى انصهاره وتستخدم أفران الحث فى إنتاج صلب عالى النقاوة ومن أهم مميزات هذه الأفران انعدام الغازات والأدخنة
والشكل المقابل يبين الرسم التخطيطى لفرن الحث الكهربى

4- صب الصلب :
وفيه يتم صب الصلب من البوتقة الى قوالب ذات أشكال وأحجام مختلفة وتسمى هذه القوالب بقوالب تماسيح وتصنع من الحديد الزهر وهى إما ذات مقطع مربع أو ذات مقطع مستطيل وأركانها مستديرة وجوانبها معرجة ومسلوبة وذلك حتى يسهل خلع المعدن بعد التجمد كما يجب أن يكسى السطح الداخلى للقالب بطبقة واقية تجعل المعدن لا يلتصق بالقالب وقبل الصب يجب أن تضاف كمية من المواد المزيلة للأكسدة مثل الألمنيوم والذى يعمل على تقليل كمية الأكسجين المذاب فى الصلب
أنواع تماسيح الصلب :
أ ) صلب تمساح مخمد :
وهو ذات تكوين متجانس ويستخدم فى صنع المطروقات والألواح السميكة والهياكل وجميع منتجات الصلب السبائكى
ب ) صلب تمساح معمم :
ويستخدم فى صنع الألواح غير السميكة والقضبان العريضة والشرائط والألواح المقصدرة كما يستعمل فى صنع الأسلاك
ج ) صلب تمساح مخفف :
ويمتاز هذا النوع بأن له سطح جيد لذلك يستخدم فى صنع الألواح المدر فله على البارد أو الشرائط ذات السطح الجيد
د ) صلب تمساح شبه مخمد :
وفيه بعد صب التماسيح يتم وضعها فى حفرة تبريد حتى تتجمد بالكامل ثم خلع القوالب وتسخينها وهى فى الرمال حتى يتم إزالة أى عدم تجانس حرارى وبعدها يتم درفلتها وتحويلها الى بلاطات أو كتل أو عروق وذلك بإستخدام درافيل خاصة
طرق صب الصلب :-
أ ) طريقة الصب الدوار :
وهى طريقة آلية يتحرك فيها القالب بينما تكون البوتقة ثابتة وتستخدم هذه الطريقة فى صب التماسيح الصغيرة أو المتوسطة الحجم وتمتاز هذه الطريقة بأنها غير مكلفة من حيث تكاليف الصيانة كما أنها لا تحتاج الى عدد كبير من الأفراد أثناء عملية الصب

ب ) الصب عن طريق التحكم بالضغط :
وفيها يتم استخدام ضغط الهواء الذى يجعل المعدن المنصهر يتدفق داخل غرفة محكمة الغلق ليخرج من الفجوة الموجودة بالقالب على حسب الشكل والمقاس المطلوب والقالب فى هذه الحالة يجب أن يكون من الجرافيت ويمتاز هذا النوع بأن أسطحه جيدة ولا تحتاج الى معالجة كما أنه يمكن التحكم الكامل فى معدل الملء

ج ) طريقة الصب المستمر :
وفيه يتم صب الصلب فى أقماع موضوعة فوق القالب مباشرة والقالب يجب أن يكون من النحاس ويتم تبريده باستمرار حتى لايلتصق به المعدن كما يوجد فى قاع القالب فتحة هذه الفتحة يتشكل الصلب على حسب مقطعها ويخرج الصلب ليمر بمرحلة التبريد الثانوى وذلك من خلال رشاشات مياه ويسحب المعدن بعدها ليتم قطعه على حسب الطول المطلوب وذلك بإستخدام القطع باللهب أو معدات ميكانيكية أو هيدروليكية

ويمكن معرفة خطوات الصب المستمر من خلال الشكل المقابل

ثالثا :إنتاج المعادن غير الحديدية :

1- معدن النحاس :
يعتبر النحاس من أقدم المعادن التى أستخدمها الإنسان فهو من المعادن الفلزية ولونه بين الحمرة والبنية كما إنه جيد التوصيل للكهرباء والحرارة وعند تعرضه لضوء شديد يعطى لونا أخضر وعند اختباره باللهب تعطى أملاح النحاس لونا أزرقا ويوجد النحاس فى الطبيعة إما على هيئة عروق أو مختلطاً مع الصخور وخام النحاس هو إما أن يكون على صورة كبريتيد نحاس أو أكسيد نحاس
طرق استخلاص النحاس :
أ ) الطريقة الجافة أو (التحليل الكهربى ) : وفيها يتم إتباع الأتى :
1- تكسير الغفل فى كسارات خاصة
2- تخليص الغفل من الشوائب عن طريق وضعه فى أحواض بها ماء وإضافة كميه من زيت البترول ثم ضخ تيار من الهواء حتى يطفو الغفل ويلتصق بالفقاعات الهوائية ويتم إزالته
3- تحميص الغفل جزئيا ًبالتسخين عند درجة حرارة تتراوح بين (800 الى 1000 ْم) لينتج عنه خليط من كبريتيد النحاس و اكاسيد الحديد ويسمى هذا الخليط كالسين النحاس
4- إضافة الحجر الجيرى ومساعدات صهر سليكونى للخليط
5- صهر الكالسين مع الحجر الجيرى ومساعدات الصهر فى فرن يشبه فرن التقليب حتى يتم التخلص من مركبات الحديد على صورة خبث ويبقى غفل النحاس متلبداً مع الخبث ويسمى بالنحاس الصخرى
6- صب النحاس الصخرى فى محول يشبه المحول الأكسوجينى ثم نفخ المصهور بالهواء لفترة زمنية تتراوح ما بين(4الى5ساعات) حتى تتأكسد الشوائب وتخرج معظمها على هيئة اكاسيد متطايرة والباقى ينضم الى الخبث ليطفو على السطح ويتم قشطه من حين لأخر
7- بعد التخلص من الشوائب يستمر نفخ الهواء داخل المحول حتى يتأكسد كبريتيد النحاس الى أكسيد نحاس أو كبريتات نحاس
وبعد انتهاء زمن النفخ يبدء التفاعل بين أكسيد النحاس وكبريتات النحاس لنحصل فى النهاية على نحاس منفط وثانى أكسيد الكبريت وهذا النحاس المنفط لا يصلح للاستخدام إلا بعد إجراء التنقية النهائية التى يتم فيها الترسيب الكهربى على المهبط وذلك حتى نحصل على نحاس نقى وخالى من الأكسجين

ب ) الطريقة الرطبة :
وتستخدم هذه الطريقة فى حالة الغفل الأكسيدى الذى يتم تفتيته و فرزه على حسب الحجم ثم غسله بالماء حتى يتم التخلص من الشوائب بحيث يترسب الغفل بالقاع بينما تطفو الشوائب وبعدها يتم إضافة محلول مخفف من حامض الكبريتيك الى الغفل حتى يذوب تماماً ويتحول الى محلول هذا المحلول يتم ترشيحه وبعدها تبدء مرحلة ترسيب النحاس من المحلول بالتحليل الكهربى وذلك عن طريق إحلال الحديد الخردة محل النحاس وذلك على حسب التفاعل الأتى :
Cu → Fe SO4 + + Fe Cu SO4

أنواع سبائك النحاس :
1- سبائك النحاس الأصفر:
وهى تتكون من النحاس الأحمر والزنك بحيث كلما زادت نسبة الزنك فى السبيكة تتحسن الخواص الميكانيكية مثل مقاومتها للشد والضغط والأنحناء وأيضا تعمل على زيادة الصلادة وتقلل من خواص المطيلية والطروقية كما أن سبائك النحاس الأصفر يمكن تشكيلها على البارد إذا كانت نسبة الزنك فى السبيكة لا تتجاوز 30% أما إذا زادت نسبة الزنك عن هذا الحد تصبح السبيكة قصفه ويصعب تشكيلها بالطرق لذلك يتم تشكيلها بالسباكة ومن أهم مميزات النحاس الأصفر أنه مقاوم للصدأ والبرى والاحتكاك ولهذا السبب تصنع منه الزلاقات والصنابير والمبادلات الحرارية والعملات النحاسيه

2-سبائك البرونز :
وهى تتكون من النحاس الأحمر مضافاً اليه أى معدن أخر ماعدا الزنك وتسمى سبائك البرونز على حسب أسم المعدن المضاف الى النحاس مثل سبائك البرونز الفسفورى فهى تحتوى على نسبة أساسية من الفسفور هى 0.1% كما يضاف اليها كمية من القصدير بنسب مختلفة تتراوح ما بين (1% الى 22% ) وتعتبر سبائك البرونز الفسفورى من أشهر أنواع البرونزيات فهى تتصف بمقاومتها العالية للإجهادات والبرى والاحتكاك لذلك تصنع منها مراوح دفع السفن والمضخات وأيضاً الأجراس ويتم تشكيلها بالسباكة فقط كما أن هناك أنواع أخرى من سبائك البرونز مثل البرونز النيكلى فهى تحتوى على نسبة من النيكل تتراوح مابين (20الى 30% ) ويتصف هذا النوع بمقاومته للصدأ لذلك تصنع منه مكثفات المحطات البخارية وأيضاً هناك البرونز القصديرى الذى يعرف بإسم معدن المدافع وذلك لأنه كان قديما يستخدم فى صناعة الأسلحة قبل اكتشاف الحديد ويحتوى هذا النوع على نسبه من القصدير هى 10% ونسبه من الزنك هى 2% وتتم عمليات التشكيل بالسباكة عند درجة حرارة أعلى من 600 درجة مئوية

2- معدن الألومنيوم :
يعتبر الألومنيوم هو ثالث معدن فى القشرة الأرضية بعد الأكسجين والسيلكون ويعتبر الألومنيوم الآن منافساً للحديد والنحاس وذلك بسبب خفة وزنه وجودة توصيله للكهرباء والحرارة كما يمتاز الألومنيوم بمقاومته للصدأ وذلك عن طريق تكوينه طبقة سطحية من أكسيد الألومنيوم عند تعرضه للهواء ويعتبر الألومنيوم مرتبطاً بالأكسجين ارتباطاً وثيقاً عند إستخراجه من باطن الأرض فهو على هيئة أكاسيد أو سيليكات الألومنيوم وينصهر الألومنيوم عند درجة حرارة 660 ْم ومن أهم خامات الألومنيوم البوكسيت وهو ذات مظهر صخرى وتركيبه الكيميائى هو (AL2O3-H2O )
إستخلاص الألومنيوم :
الألومنيوم من الفلزات ذات الارتباط الشديد بالأكسجين وتبدء مراحل الاستخلاص للألومنيوم بتكسير البوكسيت ثم غسله لإزالة الشوائب والمواد العالقة وتسخينه فى أفران خاصة وذلك للتخلص من الماء ثم يطحن البوكسيت وتحويله الى مسحوق ونقله الى مصانع التنقية

طرق تنقية البوكسيت للحصول على الألومنيوم :
1- طريقة الإذابة :
للعالم النمساوى كارل جوزيف باير وفيها تتم عملية التنقية على مرحلتين أساسيتين هم
أ ) تنقية البوكسيت للحصول على الألومينا :
وفيها يتم خلط مسحوق البوكسيت بمحلول الصودا الكاوية أو (هيدروكسيد الصوديوم ) ثم ضخ هذا المخلوط الى صهاريج حتى يتم تسخينه تحت ضغط ولمدة 30 دقيقة لأن الضغط والحرارة يتسببان فى ذوبان الألومينا فى محلول هيدروكسيد الصوديوم لنحصل على محلول ألومينات الصوديوم ورواسب صلبه من الطين الأحمر ثم يمر هذا المحلول على صهاريج بها مرشحات حتى يتم التخلص من الرواسب ويترك المحلول ليبرد ثم يرسل بعدها الى صهاريج أخرى تسمى مرسبات وفيها تضاف بلورات من هيدروكسيد الألومنيوم الى المحلول ويتم تقليبه عدة أيام حتى تترسب الألومينا الموجودة بالمحلول ثم بعدها يتم ترشيح المحلول حتى يتم فصل بلورات الألومينا عن المحلول وغسلها بالماء حتى يتم التخلص من باقى الشوائب العالقة وللتخلص من الماء يتم تسخينها عند درجة حرارة 1200 ْم وبعدها نحصل على بلورات بيضاء من مسحوق الألومينا
ب ) تنقية الألومينا بالصهر للحصول على الألومنيوم :
وفيها يتم تنقية الألومينا عن طريق صهرها والتخلص من الغازات الغير مرعوب فيها لنحصل على ألومنيوم منصهر يتم صبه فى قوالب وذلك لتحويله الى منتج نهائى وفى هذه الطريقة يتم إستخدام حوالى ( من1.8 الى 2.7 كجم ) من البوكسيت حتى نحصل على 0.5 كجم من الألومنيوم .

2-طريقة هال هيروت أو ( التحليل الكهربى ):
وفيها يتم فصل الألومينا الموجودة فى المعدن الخام عن أكسيد الحديد والسيلكا وأكسيد التيتانيوم وذلك عن طريق إذابة الألومينا فى مغطس كيميائى هذا المغطس عبارة عن حوض مستطيل من الصلب ومبطن من الداخل بالكربون ويوجد بداخل الحوض الكريوليت وهو عبارة عن فلوريد الصوديوم والألومنيوم كما يضاف كمية من فلوريد الكالسيوم ومعلق بداخل الحوض ألواح من الكربون ويتم تسخين المغطس حتى 950 ْم وتسمى أحواض الصلب بالخلايا ويتم إرسال شحنات كهربائية الى المغطس من بطارية بحيث تعمل ألواح الكربون عمل الأنود أو القضب الموجب بينما يعمل غلاف الكربون بالحوض عمل الكاثود أو القضب السالب وخلال مرور التيار الكهربى فى الخلية تتحلل الألومينا الى مكوناتها كما يتحد الأكسجين الموجود فى الألومينا مع الكربون ويعطى غاز ثانى أكسيد الكربون ويتجمع الألومنيوم على الكاثود فى قاع الخلية ليتم سحب الألومنيوم السائل من الخلايا مرة واحدة فى اليوم فى بوتقات تسع الواحدة (من 1.6الى 3.6 طن مترى ) ويتم صب الألومنيوم فى ألواح تسمى صبات

أنواع صبات الألومنيوم :

1- صبات التصنيع 2- صبات المسابك 3- صبات الكتل

سبائك الألومنيوم :
ومن أهم سبائك الألومنيوم هى التى يضاف فيها السيلكون الى الألومنيوم وذلك بنسب تتراوح ما بين ( 1.75% الى 15 % ) بحيث كلما زادت نسبة السيلكون فى السبيكة تزيد مقاومتها للإجهادات مثل الشد والضغط والصلادة كما تقلل من خواص المطيلية والطروقية لذلك فإنه يمكن تشكيل السبائك الفقيرة بالسيلكون بالطرق على البارد أو الساخن كما فى حالة أوانى الطهى بينما السبائك الغنية بالسيلكون يتم تشكيلها بالسباكة كأجزاء محركات السيارات وهناك سبائك أخرى للألومنيوم مع النحاس والمغنسيوم والمنجنيز فهى أيضاً تتصف بخواص ميكانيكية جيدة مثل خفة الوزن ومقاومتها للإجهادات والصدأ وهى التى يصنع منها هياكل الطائرات

رابعاً : إنتاج اللدائن ( البلاستيك )

تعتبر اللدائن من المواد العضوية المستخرجة من النفط الخام والفحم وتمتاز اللدائن بسهولة تشكيلها وإختلاف خصائصها ويمكن إنتاج البلاستيك بأى لون من ألوان قوس قزح أو أن يكون شفافاً كما أنه يمكن أن يكون صلباً كالفولاذ أو مرناً كالمطاط

تركيب البلاستيك :
يتكون البلاستيك من الإثيلين أحد مشتقات النفط والذى يستخدم فى إنتاج البوليثيلين فهو أشهر أنواع البلاستيك وكل جزئ من البوليثيلين هوسلسلة طويلة من الإثيلين ويعتبر الإثيلين هو غاز كربوهيدروجينى ويتكون الجزئ الواحد من ذرتين كربون وأربع ذرات هيدروجين ويرمز له بالصيغة C2H4) ( ويتم الربط بين جزيئات الإثيلين عن طريق مواد كيميائية تسمى مواد مساعدة أو محفزات فهى تجعل الجزيئات متماسكة ومترابطة وتسمى عملية إلتفاف جزيئات الإثيلين وتشابكها مع بعضها البعض بعملية البلمرة وهناك نوعان من البوليثيلين هو إما منخفض الكثافة أو ذو الكثافة العالية

أنواع البلاستيك :
1- بلاستيك قابل لإعادة تشكيله بالحرارة :
وهذا النوع إذا تم إعادة تسخينه تضعف القوى بين جزيئاته وتصبح أكثر حرية فى حركتها مما يجعل البلاستيك ليناً ويمكن وضعه فى قالب وذلك لإعادة تشكيله بعد ضغطه ثم يتم تبريده حتى يصبح صلباً ويتميز هذا النوع بأنه يمكن إعادة تشكيله عدة مرات مثل البوليثيلين والبوليسترين
2- بلاستيك غير قابل لإعادة تشكيله بالحرارة :
وهذا النوع يصبح ليناً بالحرارة عند تصنيعه فقط ليأخذ شكلاً محدداً بالضغط عليه فتصبح جزيئاته مترابطة بشكل محكم مثل البكلايت
3- بلاستيك مرن :
وهذا النوع لا يمكن صهره بالحرارة أو إذابته مثل المطاط
4- بلاستيك يلين فقط بالحرارة ويمكن إعادة تشكيله :
وهذا النوع عند تعرضه للحرارة يلين ولا ينصهر لذلك يمكن إعادة تشكيله بالضغط عليه فهو يحمل صفات النوع الأول والثالث معاً

أهم أنواع مكونات البلاستيك والمتصلدات الحرارية :
1- الأبوكسى :
ويمتاز بأن له قوة ربط عالية وسرعة فى التصلد فهو يستعمل فى لصق العناصر المسبوكة وطلاء الآلات لحماياتها من الماء وتقلبات الطقس
2- الأليليك :
فهو مقاوم للحرارة وتقلبات الطقس لذلك يستعمل فى طلاء الأجزاء الإليكترونية لحمايتها من الرطوبة
3- البوليستر :
فهو قوى وسريع التصلد ويتشكل تحت ضغط منخفض ويستعمل فى صناعة الزوارق وحقائب السفر وهياكل السيارات والمقاعد
4- البولى يوريثان :
فهو متين ومقاوم للمواد الكيميائية ويستعمل فى العوازل الكهربية والأجزاء الإنشائية أسفنج وسادات المقاعد
5- السليكون :
ويمتاز بمرونة عالية وخواص كهربية جيدة ويستخدم فى العوازل الكهربية وصناعة الشحوم فهو مقاوم للماء والطق
6- الميلامين واليوريا :
فهو مقاوم للحرارة وعديم الرائحة والطعم لذلك يستعمل فى صنع أدوات المائدة وأسطح المناض
7- الفينولك :
فهو مقاوم للحرارة والبرودة ويستعمل فى صناعة مقابض الأدوات والأدوات الكهربائية
8- الأسيتال :
فهو متين ويحافظ على شكله تحت وجود ضغط كما أن درجة إنصهاره عالية لذلك يستعمل فى صناعة المبردات الكهربية وأجزاء الغسالات والكامات والعجلات
9- الأكريليك :
فهو مقاوم للطقس والكيماويات ويتمتع بشفافية عالية لذلك يستعمل فى العدسات الضوئية والغطاء الشفاف لركن الطيار
10- خلات السليلوز :
هو متين وشفاف ويستخدم فى صناعة لعب الأطفال والحلى والتغليف وأفلام التصوير الضوئى وأدوات حماية الآلات
11- زبدات خلات السليلوز :
هو متين ومقاوم للماء ويستعمل فى صناعة عجلات قيادة السيارات والأنابيب وأيادى الآلات
12- متعدد الإيثيلين :
هو خفيف الوزن ومرن وله ملمس شمعى وستعمل فى صناعة القوارير والتغليف والتعبئة والعوازل الكهربائية
13- متعدد الكربون :
هو مقاوم للحرارة والصدمات وذو متانة عالية ويستعمل فى صناعة أجزاء الحواسيب والنوافذ وعدسات النظارات الواقية والجزء الشفاف لركن الطيار
14- النيلون :
هو قوى ومقاوم للكشط وله خواص كهربائية جيدة ويستعمل فى الأقمشة وصناعة التروس وشعر الفرش والمعدات الكهربائية وصناعة السجاد
خصائص البلاستيك :
من أهم خصائص البلاستيك هو خفة وزنه فتتراوح كثافته ما بين (0.5 الى 2 جم / سم3 ) كما يمتاز بتحمله لدرجات الحرارة العالية ومقاومته للإحتراق لذلك يستخدم فى العديد من التطبيقات ويعتبر البلاستيك من المواد الغير موصلة للكهرباء فهو يستخدم فى عزل الأسلاك والدوائر الكهربية وهناك أنواع من البلاستيك تمتاز بالشفافية العالية فهى تستخدم كبديل للزجاج
مراحل تصنيع البلاستيك :
عند تصنيع البلاستيك فإنه يمر بمرحلتين أساسيتين هم مرحلة تصنيع الراتنجات أو المادة الخام ومرحلة تصنيع المنتج النهائى والمادة الخام للبلاستيك تتوافر بأشكال عديدة فمنها ما هو على شكل مسحوق أو حبيبات مختلفة الحجم أو على شكل سائل لزج وتعتمد عملية تصنيع الراتنجات أو البوليميرات على خلط مركبات كيميائية معروفة مثل النشادر والبنزين وبعض المركبات الأخرى وهذا الخلط يتسبب فى حدوث تفاعلات كيميائية ينتج عنها تجمع للذرات حول بعضها البعض لنحصل على المونومرات وباستمرار التفاعلات تحدث بلمرة للمونومرات لنحصل على الراتنج الصناعى كما أن هناك بعض الإضافات التى تعمل على تغيير خواص راتنج البلاستيك
أهم إضافات تصنيع البلاستيك :
1- إضافات التقوية :
وهى إما ألياف زجاجية أو ألياف كربونية والهدف منها هو إعطاء البلاستيك قوة وصلادة وتتراوح نسبة إضافات التقوية فى البلاستيك المقوى (من 10% الى 80 % )
2- المالئات :
وهى تستعمل لتحسين جودة البلاستيك أو لزيادة كمية الراتنج غالى الثمن وأهم أنواع المالئات مسحوق الخشب والتلك والطين
3- الملدنات :
ويتم إضافة الملدنات الى البلاستيك حتى تجعله أكثر ليناً ومرونة وسهل التشكيل فالملدنات تتغلب على قوة الجذب بين سلاسل البوليميرات فهى تمنع التشابك وتفصل بينهما
4- الأصباغ : فهى تستعمل لإعطاء البلاستيك الواناً مختلفة
صناعة منتجات البلاستيك :
يمكن تشكيل البلاستيك وتحويله الى منتجات من خلال إحدى الطرق الآتية :
1- القولبة 2- السبك أو الصب 3- البثق 4- تشكيل الرقائق المصقولة 5- تشكيل الرقائق 6- التشكيل الرغوى 7- التشكيل الحرارى
وفى كل هذه العمليات تستخدم القوة فى معالجة البلاستيك أثناء دخوله الى القالب وبعده ثم بعد تصلده يرفع القالب

علاقة البلاستيك بالبيئة :
بسبب إستعمال البلاستيك كمادة أساسية فى التغليف والتعبئة بشكل مكثف أدى الى وجود كميات كبيرة من فضلات البلاستيك هذه الفضلات تسببت فى تلوث البيئة لذلك بدءت فكرة إعادة تصنيع البلاستيك من الفضلات البلاستيكية بعد تنظيفها وفصلها على حسب أنواعها ومنذ زمن قريب توصل العلماء الى نوعاً من الإضافات تجعل البلاستيك قابلاً للتحليل البيولوجى حيث تعمل الكائنات الدقيقة على الفصل بين جزيئاته وحديثا ً تم التوصل الى أنواع من البلاستيك تتحلل بمجرد تعرضها للضوء لوقت طويل وهذا النوع يستعمل فى صناعة أكياس النفايات لكن هذه الإضافات جعلت هذا النوع من البلاستيك غير قابل لإعادة الإستعمال مجدداً

مزایا وعیوب المواد البلاستیكیة:
یوجد للمواد البلاستیكیة مزایا وعیوب كأي مادة أخرى یستخدمھا الإنسان إلا أن أھم ما یمیز البلاستیك عن غیره من المواد الطبیعیة الأخرى ھو اجتماع الخواص المتعددة في المادة البلاستیكیة الواحدة بینما المواد الأخرى یتمتع كل منھا بخاصیة منفردة ممیزة وھذا ھو السبب في الانتشار الكبیر لاستخدامات المنتجات البلاستیكیة فمن الممكن أن تجتمع صفات القوة والمرونة والصلابة وخفة الوزن والشفافیة في آن واحد في مادة بلاستیكیة واحدة مما یجعلھا صالحة لعدة استخدامات متباینة بینما المواد الأخرى بخاصيتها المنفردة لا یمكن أن تصلح لذلك . ومن المزایا أیضا تعدد الألوان الواسع وخاصیة العزل للسخونة والبرودة والكهرباء ومقاومة التآكل وسهولة التشغیل ورخص التكالیف

خامساً : إنتاج المساحيق الميتالورجية :

تختلف طرق إنتاج المساحيق الميتالورجية على حسب طبيعة المعدن المستخدم وأيضاً طبيعة المساحيق المراد تحضيرها من حيث الخواص التى يجب أن تتوافر فيها وعند إنتاج المساحيق يجب أن تكبس على أشكال معينه ثم تسخن وتلبد
طرق إنتاج المساحيق الميتالورجية :
1- الطرق الميكانيكية :
فهى تستخدم للحصول على مساحيق المعادن الهشة مثل الحديد الزهر الأبيض وأكسيد المعادن وذلك إما عن طريق الطواحين ذو الكرات أو الطواحين الهزازة أو الطواحين الدوامية التى تحدث دوامات هوائية تؤدى الى إصطدام حبيبات المعدن ببعضها فيتم طحنها ذاتياً وأيضاً من الطرق الميكانيكية عملية تزرير المعدن المنصهر على شكل قطرات أثناء صبه فى أحواض مائية وذلك حتى يتجمد على شكل حبيبات معدنية
2- الطرق الفيزيائية :
تعتبر من أكثر الطرق الفيزيائية شيوعاً طريقة التحليل الكهربى فهى عبارة عن حوض من المعدن يحتوى على محاليل لأملاح المعدن المراد تذريره ووضع قطع من المعدن داخل المحلول فهى تقوم بدور المصعد بينما الحوض يقوم بدور المهبط وبإمرار تيار كهربى مناسب تبدء ذرات المصعد بالتشرد فى المحلول وتترسب فى المهبط على شكل صفائح هشه سهلة التفتيت أو على شكل حبيبات ناعمة وخالية من الشوائب لذلك تستخدم هذه الطريقة مع النحاس والفضه والنيكل وبعض المعادن النادرة مثل التيتانيوم وأيضاً من الطرق الفيزيائية تسخين المعدن الى درجة الإنصهار وتبخيره ثم إمراره على أسطح مبردة فتتكاثف حبيباته وهذه الطريقة لا تتم إلا مع المساحيق ذات درجة الإنصهار المنخفضة

3- الطرق الكيميائية :
فهى تنقسم الى أربعة أنواع رئيسية يمكن من خلالهم الحصول على المساحيق الميتالورجية وهذه الطرق قد تكون كيميائية فيزيائية أو كيميائية ميكانيكية أو كيميائية بحته وأهم الطرق الكيميائية هى :-

أ ) الطريقة الكربونيلية :
وهى تعتمد على قابلية إتحاد معظم المعادن مع أول أكسيد الكربون لينتج مركباً كيميائياً يسمى الكربونيل فهذا المركب غير ثابت ويمكن أن يتفكك بسهولة إلى أول أكسيد الكربون والمعدن الصافى الذى يترسب على شكل حبيبات نقية يمكن التحكم في حجمها

ب ) طريقة الهدرجة :
فهى تعتمد على تسخين المعدن المراد هدرجته الى درجة حرارة من (300الى800 ْم) فى جو من الهيدروجين وذلك حتى نحصل على هدريد المعدن فهذا الهدريد هش وسهل التفتيت ويتم طحنه وإعادة تسخينه من جديد فى جو مفرغ من الهواء حتى يتم تخليصه من الهيدروجين لنحصل بعدها على حبيبات ناعمة من المعدن النقى

ج ) طريقة الاختزال (الإرجاع ) :
فهى أكثر الطرق إنتشاراً وأقلهم تكلفة ويمكن من خلالها الحصول على مساحيق المعادن من أكاسيدها مباشرة وذلك عن طريق مواد اختزال ذات قابلية عالية للتفاعل مع الأكسجين الموجود فى المعدن المراد اختزاله فهذه المواد قد تكون صلبة مثل الفحم والصوديوم والكالسيوم والمغنسيوم أو غازية مثل الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وغاز النشادر

د ) طريقة الكربدة :
وفيها يتم إضافة الفحم الى مساحيق المعدن وذلك للحصول على مساحيق كربيد للمعدن بدلاً من مساحيق المعدن الصافى وتتم عملية الخلط فى درجة حرارة مرتفعة ولكن فى جو خاص يحافظ على الفحم من الإحتراق والمعدن من الأكسدة وفى معظم الأحوال يتم دمج عمليتى الاختزال الكربدة فى عملية واحدة وذلك للحصول على مساحيق كربيد المعدن من أكاسيدها مباشرتاً
الخواص التكنولوجية للمساحيق :

1- الوزن النوعي :
وهو حجم ما تشغله مساحيق المعدن من الحجم الكلى الذى تحتله حبيبات هذا المعدن كما يمكن من خلاله تحديد كثافة المعدن وتتعلق هذه الخاصية بخواص أخرى منها حجم الحبيبات وانتظام شكلها ونعومة سطحها وتركيبها الحبيبى

2- الانسيابية :
فهى قابلية حبيبات المساحيق لملء أجزاء القالب ولهذه الخاصية أثر كبير فى سرعة الكبس

3- قابلية الكبس :
هى قابلية المساحيق للتشكيل والاحتفاظ بالشكل والأبعاد الداخلية للقالب عندما تتعرض لقوة كبس خارجية

4- شكل حبيبات المساحيق :
فهى تختلف باختلاف طبيعة المعدن وطريقة الحصول عليه ويمكن أن تكون كروية أو بيضاوية أو أبرية أو شجرية

5- البنية الحبيبية للمساحيق :
فهى تعتمد على نسب الحجوم المختلفة للحبيبات لأن حبيبات المسحوق الواحد غالبا ما تكون غير متجانسة فى الحجم لذلك يتم تحليلها منخلياً

6- السطح النوعي للحبيبات :
فهو مجموع مساحات سطوح الحبيبات فى وحدة الحجم أو الوزن ويتعلق هذا السطح بشكل الحبيبات وبنيتها الحبيبية

7- تركيب المساحيق :
حيث أن الخليط الواحد من المساحيق قد يتكون من معدن واحد أو أكثر من معدن كما يمكن أن يكون من مركبات معدنية أو مواد غير حديدية وذلك على حسب القطع المراد تصنيعها من هذه المساحيق ويجب أن تجرى سلسلة من عمليات التنقية مثل تخليصها من الشوائب والتنسيق الحبيبى

سادساً: إنتاج المواد المؤلفة أو المركبة :

المواد المركبة هى عبارة عن خليط من عنصرين أساسيين ومختلفين فى الخواص الفيزيائية والكيميائية أحدهما
يكسبها قوة وصلابة فهو إما على هيئة رقائق أو على هيئة ألياف وأنسجة والأخر هو عبارة عن مادة لاصقة فهو
يعمل على تماسك الرقائق أو الألياف ليجعلها أكثر مقاومة ضد الحرارة العالية والتآكل والبرى وتمتاز المواد
المركبة بخفة وزنها وصلابتها العالية التى تفوق الفولاذ و التيتانيوم فمثلاً إذا تم تصنيع صفيحتين متماثلتين
أحدهما من الفولاذ والأخرى من المواد المركبة كالألياف الكربونية نلاحظ أن صفيحة المواد المركبة تفوق
الأخرى في الصلابة بست أضعاف كما أنها أخف منها أيضاً بست أمثال وتعتمد خواص المواد المركبة عند
تصنيعها على نسب التركيز والحجم والشكل الهندسى لعناصر التقوية كما تعتمد أيضاً على طريقة توزيعها
واتجاهها ويمكن التعرف على ذلك من خلال الشكل التالى:

العوامل التي تؤثر على خواص المواد المؤلفة أو المركبة
أهم أنواع عوامل التقوية فى المواد المركبة
ألياف الزجاج : وتستعمل صناعة الأجهزة الرياضية وحمامات السباحة والسيارات-
ألياف الكربون : وتستعمل فى الصناعات الفضائية وصناعة الألواح الشمسية كما تستعمل فى مولدات الطاقة
الهوائية لذلك فهي غالية الثم
الخشب الرقائقى : فهو يستعمل فى الصناعات الخشبية مثل خشب الكونتر
الأسمنت المسلح : ويستخدم فى الهندسة المدنية والإنشاءات العمرانية
الأراميد : ويستعمل فى الملابس الواقية من الرصاص وللحماية من الآلات الحادة
الجلار : فهو خليط من ألياف الزجاج والألومنيوم
طرق إنتاج المواد المركبة المقواه بالألياف :
1- طريقة البولتروجين :
وفيها تمر الألياف خلال بكر على المادة اللاصقة لتغمر فيها ثم تمر بعد ذلك على قالب تشكيل لتأخذ الشكل المطلوب ثم تتعرض بعد ذلك للحرارة حتى تتجمد ويتم سحبها من خلال درافيل سحب

2) طريقة بريبريج لإنتاج المواد المركبة :
وفيها تمر الألياف بين طبقتين من الورق العازل بحيث تكون الطبقة العلوية مغطاة بطبقة من المادة اللاصقة التى تتغلف بها الألياف وتمر الطبقتين بين أسطوانتين مسخنتان وذلك للحصول على السمك المطلوب ولجعل المركب فى صورة نصف صلبة وبعد ذلك يتم نزع الطبقة العلوية من الورق العازل بينما تظل الطبقة السفلية للفصل بين طبقات المركب ويتم نزعها عند التشكيل ويتم حفظ هذا المركب على شكل شرائط ملفوفة وفى درجة حرارة صفر مئوى ويتصلد المركب عند التشكيل فى درجة حرارة الغرفة على حسب الشكل المطلوب
ويمكن التعرف على طريقة تصنيع المواد المركبة باستخدام طريقة بريبريج من خلال الشكل التالى

طرق إنتاج المواد المركبة الرقائقبة :
1- طريقة ألواح المواد المركبة :
وفيها يتم التشكيل عن طريق وضع طبقات من ألواح المركب بحيث يكون اتجاه الألياف فى الألواح فى اتجاهات مختلفة ويوضع بين الألواح المادة اللاصقة ثم يتم تصليدها بالحرارة وللحصول على السمك المطلوب يتم الضغط على الألواح

2- طريقة المواد المركبة على شكل سندوتش :
فهي عبارة عن لوحان خارجيان قويان من المعدن أو مواد مركبة ويوضع بينهما قلب من مادة خفيفة الوزن وهو إما من البلاستيك أو الفوم أو المطاط أو الخشب ويأخذ هذا القلب أشكال مختلفة من أشهرها شكل خلية النحل

الباب الثانى
السبائك
تعريف السبيكة:
هى إتحاد عنصرين أو أكثر بشرط أن يكون أحد هذه العناصر عبارة عن معدن أو فلز وإذا كانت السبيكة عبارة عن عنصرين فتسمى سبيكة ثنائية أما إذا كانت خليط من ثلاثة عناصر تسمى ثلاثية وهكذا و تختلف خواص السبيكة على حسب العناصر الداخلة فى التركيب ويمكن التحكم فى بعض الخواص مثل الصلابة ومقاومة الصدأ كما أن درجة إنصهار السبيكة أقل من درجة إنصهار الفلز النقى
أنواع السبائك :
1- سبائك الطور الواحد :

فهى تتكون من حبيبات ذات تركيب متشابه وفيها يذوب فلز فى فلز أخر بنفس الطريقة التى يذوب فيها الملح فى الماء مثل سبائك النحاس والنيكل
2- سبائك متعددة الأطوار :
فهى تتكون من عدة أنواع من الحبيبات ممتزجة مع بعضها البعض مثل الفولاذ فهو يحتوى على حبيبات حديد وكمية من الكربون وحبيبات من كربيد الحديد وفيها يكون كل ذرة كربون مقابل ثلاثة ذرات حديد
مكونات السبيكة عند التجمد هى إما :
أ ) محلول جامد وفيها تذوب العناصر فى بعضها البعض
ب) مركب كيميائى وفيه تتحد العناصر مع بعضها البعض
ج) خليطاً ميكانيكياً وفيه تنتشر بعض العناصر إنتشاراً متجانسا فى السبيكة

مخططات الاتزان الحراري:
هى عبارة عن رسومات توضح الأطوار المختلفة للسبائك عند اختلاف درجة الحرارة والتركیب الكيميائى وبواسطة ھذه الرسومات یمكن الحصول على المعلومات الآتیة :
1- العلاقة بین درجة الحرارة وتركیب المادة مع بیان الأطوار المختلفة.
2- تحدید توازن ذائبیة المواد في بعضھا.
3-التعرف على التركیب الكیمیائي والأطوار المكونة للسبیكة عند درجة حرارة معینة.
4- تحدید إمكانیة إجراء المعالجة الحراریة على سبیكة ما
5- تحدید درجة حرارة تحول المادة إلى حالة الإنصهار والعكس.
ولرسم مخططات الإتزان لابد من التعرف على طریقة رسم منحنیات التبرید والتي من خلالھا یتم رسم مخطط الاتزان الحراري لأي سبیكة ، ومنحنى التبرید ببساطة یوضح العلاقة بین درجة حرارة المادة والزمن بحیث یتم صھر المعدن أو السبیكة ومن ثم التبرید ببطء وعند تكرار ھذه العملیة لتركیبات مختلفة من السبیكة یلاحظ في المنحنیات وجود تغیر فجائي في معدل التبرید ، ویتم تحدید ھذه النقاط في رسم آخر یبین العلاقة بین تركیب السبیكة ودرجة الحرارة والشكل المقابل یبین طریقة رسم مخطط الاتزان الحراري لسبیكة من النحاس والنيكل

المحاليل الجامدة :
هي وجه وحيد للمادة الجامدة متجانسة الخواص بحيث تحتوى على عنصرين أو أكثر وبخواص تختلف عن خواص كل مادة على حدة ويتكون المحلول الجامد من مذيب ومذاب وتتم عملية الإذابة عند درجة حرارة أعلى من درجتى إنصهار كلا العنصرين وللحصول على المحلول الجامد تتم عملية التبريد فى درجة الحرارة العادية بحيث تظل ذرات المذاب فى شكل البنية الشبكية لذرات المذيب ويتكون المحلول الجامد إما بالتغلغل أو بالإحلال وقد يكون الإحلال منتظم أو غير منتظم
يأخذ ذوبان الفلزات معا أربعة أشكال رئيسية هى :
1- ذوبان تام في الحالة السائلة والحالة الجامدة مثل النیكل والنحاس.
2- ذوبان تام في الحالة السائلة وانفصال في الحالة الجامدة مثل البزموت والكادميوم.
3- ذوبان تام في الحالة السائلة وذوبان جزئي في الحالة الجامدة مثل القصدير والرصاص
4- ذوبان تام فى الحالة السائلة ومركباً كيميائي ثابت عند التجمد

وتتوقف درجة ذوبان الفلزات في بعضھا على أربعة عوامل هى:

1- الاختلاف بین قطري ذرتي الذائب والمذیب: كلما قل الاختلاف زادت الذائبیة.
2- التركیب البلوري
تزید الذائبیة كلما كان الذائب والمذیب لھما نفس التركیب.
3- التكافؤ:
تزید الذائبیة في العناصر ذات التكافؤ المتماثل.
4- السالبیة الكھربائیة

أولاً : سبائك ذات مكونين تامى الذوبان فى الحالة السائلة والجامدة

وفيها يمكن الحصول على محاليل جامدة بحيث تكون ذرات العناصر المكونة للسبيكة متداخلة ومختلطة بشكل متجانس فى الحالة السائلة والصلبة وعادتاً فإن الفلزات فى الحالة الجامدة تقبل الذوبان وبصورة تامة إذا تحققت الشروط الآتية :

1- إذا تقارب حجم الذرات 2- إذا تساوى التكافؤ
3-إذا تشابه نوع الخلية

يمثل الشكل السابق مخطط الإتزان الحرارى لمادتين تامى الذوبان كالنيكل والنحاس وفيه خط الإنصهار هو الخط الذى لا يوجد أعلاه إلا سائل فقط و خط التجمد لا يوجد أسفله إلا متجمد فقط وما بين الخطين يوجد خليط من السائل والمتجمد وكل نقطة من النقط الآتية تمثل طور للخليط فعند النقطة ( a) تكون السبيكة كلها سائل وعند النقطة ( b ) يكون هناك بعض المتجمد والباقى سائل والنقطة ( c) يزد نسبة المتجمد عن السائل وعند النقطة( d) تكون كل السبيكة متجمدة

ثانياً : سبائك ذات مكونين تامى الذوبان فى الحالة السائلة وعديم الذوبان فى الحالة الجامدة :
فيها كلما أضيف أحد العناصر الى الأخر فإن درجة التجمد تنخفض ويستمر هذا الإنخفاض بحيث ينحدر خط السيولة أو بدء التجمد من كلا الطرفين حتى يتلاقيان عند تركيز معين وهو الحد الأدنى للتجمد حيث يتجمد الفلزان معاً وفى وقتا واحدا وعند ثبوت الحرارة وتسمى نقطة التلاقى بنقطة اليوتكتيك والسبائك الناتجة فى هذه الحالة تسمى بالسبائك اليوتكتيكية فهى تتكون من طبقات رقيقة متبادلة من الفلزان (A , B) وهذه الصورة تميزها عند فحصها تحت المجهر وعند رسم خط اليوتيكتيك نلاحظ فى الجهة اليمنى من المنحنى خليطاً من الفلز النقى Bوسائل غنى بالفلز A هذا الخليط منحصرا بين خط السيولة وخط اليوتكتيك وينحصر أيضاً بين خط السيولة وخط اليوتكتيك ولكن فى الجهة اليسرى خليطاً من الفلز النقى A وسائل غنى بالفلز B ويطلق على البلورات النامية فى المحلول السائل بلورات أولي البلورات التى تنمو فى المحلول الجامد فيطلق عليها بلورات ثانوية ومن أمثلة هذه السبائك سبيكة البزموت والكادميوم

ثالثاً:سبائك من مكونين ذات قابلية عالية للذوبان فى الحالة السائلة وقابلية محدودة للذوبان فى الحالة الجامدة:

ويعرف هذا المخطط بالمخطط الثنائى اليوتكتيكى ونقطة اليوتكتيك هى النقطة التى يتجمع عندها ثلاث أطوار ومن أمثلة هذا النوع من السبائك هو سبيكة الرصاص والقصدير وعند تحليل مخطط الإتزان الحرارى للرصاص والقصدير نجد الأتى :
1- ستة مناطق بها ثلاثة أطوار مختلفة وهى ألفا (α ) وبيتا (β ) وسائل (Liquid)
2- درجة إنصهار الرصاص 327 ْم ودرجة إنصهار القصدير 232 ْم
3- تتكون نقطة اليوتكتيك عند درجة حرارة 183 ْم وبتركيب 61.% قصدير ويتجمع عندها ثلاثة أطوار هى ألفا وبيتا وسائل أما الطور ألفا فهو عبارة عن محلول متجمد غنى بالرصاص ويحتوى على نسبة من القصدير مذابة فى المحلول أما الطور بيتا فهو محلول غنى بالقصدير والرصاص مذاب فيه

مخطط الاتزان الحراري لسبیكة (رصاص – قصدیر)

هناك مخططات إتزان حرارية ثنائية فيها نقاط ذات ثلاثة أطوار مثل :
1) التركيب اليوتكتيكى :
فى التركيب اليوتكتيكى يكون سائل فوق درجة حرارة اليوتكتيك ويتحول الى طورين متجمدين تحت درجة حرارة اليوتكتيك

2)التركيب اليوتكتويدى :
فهو يتكون من طور واحد متجمد فوق درجة حرارة اليوتكتويدى ويتحول الى طورين متجمدين تحت اليوتكتويدى لذلك فجميع أطواره متجمدة

3) التركيب البريتكتيكى :
فهو عبارة عن طورين أحدهما مع سائل فوق درجة حرارة البريتكتيك والأخر متجمد تحت درجة حرارة البريتكتيك

4) التركيب البريتكتويدى :
فهو عبارة عن طورين متجمدين فوق درجة حرارة البريتكتويد وطور واحد تحت درجة حرارة البريتكتويد

رابعاً : سبائك من مكونين يكونان فى الحالة السائلة محاليل وعند التجمد مركب كيميائى ثابت :

وفيها يتكون مركب ذات درجة إنصهار على حسب تركيب عناصر السبيكة ما إن كانت متشابهة فى خصائصها الكيميائية أم مختلفة وقد تتبع هذه المركبات قانون التكافؤ مثل مركب المنجنيز والقصدير أو قد تكون مركبات الكترونية بحيث تتميز بنسبة محددة بين مجموع الكترونات التكافؤ للذرات وعدد الذرات الكلى فى الجزيئات المكونة للمركب مثل مركب النحاس والزنك حيث ان النحاس أحادى التكافؤ والزنك ثنائى التكافؤ والمركب الكيميائى له سمات المكون المستقل بالسبيكة ومخططاته عبارة عن مخططين بسيطين متجاوران بحيث يكون العنصر الأول والمركب فى جهة والعنصر الثانى فى الجهة الأخرى ويوجد نوعان من هذا المخطط أحدهما ذو نهاية عظمى مكشوفة والأخر ذو نهاية عظمى مستترة
قاعدة لیفر ( قاعدة الخط الأفقى ) :
ذكرنا سابقا أنھ بالإمكان حساب نسبة كل طور من أطوار السبیكة الثنائیة وذلك باستخدام قاعدة لیفر، وھي قاعدة بسیطة جدا إذا تم فھما وتطبیقھا.ولتوضیح ھذه القاعدة سوف نقوم باستخدام احد الأشكال البسیطة لمخططات الاتزان الحراري للسبائك الثنائیة
1- ھذا المخطط یحتوي على سبیكة مكونة من مادتین( A,B) بحيث المحور السیني یمثل تركیب السبیكة أو نسب الخلط والمحور الصادي یمثل درجة حرارة السبیكة.
٢- نسبة A على یسار الرسم ھي ١٠٠ % وتقل كلما اتجهنا یمینا حتى تصل إلى ٠%
٣- نسبة B على یمین الرسم ھي ١٠٠% وتقل كلما اتجهنا یسارا حتى تصل إلى ٠%
٤- یوجد داخل الرسم طوران ھما السائل والجامد
5- یسمى الخط العلوي بخط الانصھار وبعده تتحول السبیكة إلى الحالة السائلة والخط السفلي یسمى خط التجمد
6- ھناك ثلاث مناطق ممثلة داخل المخطط:
أ) منطقة بھا الطور السائل
ب) منطقة بھا الطور الجامد
ج) منطقة بھا طورین ھما السائل والجامد معا
7- إذا أردنا حساب نسب الأطوار في المخطط عند النقاط P,O,N فھي كالتالي:
عند النقطة P
ھناك طور واحد فقط ھو الطور الجامد وبالتالي فإن نسبة الجامد ١٠٠ %
عند النقطة N ھناك طور واحد فقط ھو الطور السائل وبالتالي فإن نسبة السائل ١٠٠ %
أما عند النقطة O
ھناك طوران ھما السائل والجامد وبالتالي لا یمكن معرفة النسب إلا باستخدام قاعدة لیفر. ومن هنا نستنتج أنھ في حالة وجود طورین نلجأ إلى استخدام ھذه القاعدة

خطوات تطبیق قاعدة لیفر عند النقطة O
الخطوة الأولى:
1- نرسم خط مستقیم یوازي المحور السیني ویمر في النقطة O
2- نقطة تقاطع الخط مع المحور الصادي یمثل درجة حرارة السبیكة عند ھذه النقطة
3- نحدد نقاط تقاطع الخط المستقیم مع خط الإنصهار (النقطة L )
وخط التجمد (النقط S )

الخطوة الثانیة:
1- نرسم خطوط إسقاط من النقاط الثلاث عمودیة على المحور السیني.
2- نحدد نقاط التقاطع مع المحور السیني ونأخذ النسب WL ,WO ,Wsلكل مادة
3 – يجب عدم الخلط فى اخذ القراءات بين نسب B وA

الخطوة الثالثة
تطبیق قاعدة لیفر:

نسبة الطور الجامد (قانون الیمین )

نسبة الطور السائل ( قانون اليسار )

تطبيق على مخطط الإتزان الحرارى لسبيكة النحاس والنيكل

مثال:- سبیكة من النحاس والنیكل تحتوي على ٤٧ % من كتلتها نحاس و ٥٣ % نیكل عند درجة حرارة ١٣٠٠ ْم باستخدام مخطط الاتزان الحراري لھذه السبیكة احسب:
أ) نسبة كتلة النیكل في الطور السائل والجامد؟
ب) نسبة كتلة النحاس في الطور السائل والجامد؟
ج) نسبة كتلة السائل ونسبة كتلة الجامد؟
الحل: أ ) نسبة السائل فى النيكل (WL)%45 ونسبة الجامد فى النيكل (Ws) %58
ب) نسبة السائل فى النحاس (WL) %55 ونسبة الجامد فى النحاس (Ws) %42
ج) باستخدام قاعدة ليفر :

About these ads

أضف تعليق

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. تسجيل خروج   / تغيير )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

تابع

Get every new post delivered to your Inbox.

%d مدونون معجبون بهذه: