آهن: فلزی سخت‌کوش از دل زمین
آهن چیست و از کجا می‌آید؟
آهن یک عنصر شیمیایی با نماد $Fe$ و عدد اتمی 26 است. این فلز به‌صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود و معمولاً به شکل سنگ‌معدن۳ در پوستهٔ زمین وجود دارد. مهم‌ترین سنگ‌معدن آهن، هماتیت۴ است که فرمول شیمیایی آن $Fe_2O_3$ می‌باشد. برای درک بهتر، می‌توانید یک آهنربا را تصور کنید؛ آهنربا به دلیل داشتن آهن، خاصیت مغناطیسی دارد و می‌تواند فلزات دیگر را جذب کند.
استخراج آهن از سنگ‌معدن، فرآیندی پیچیده است که در کوره‌های بلند انجام می‌شود. در این کوره‌ها، سنگ‌معدن همراه با کک۵ (یک مادهٔ کربنی) و سنگ‌آهک حرارت داده می‌شود. واکنش شیمیایی اصلی که منجر به تولید آهن خام می‌شود به این صورت است:
در این واکنش، سنگ‌معدن آهن (هماتیت) با کربن واکنش داده و آهن خام و گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌کند.
معدن چغارت؛ گنجینه‌ای ملی
معدن چغارت یکی از قدیمی‌ترین و بزرگ‌ترین معادن آهن ایران است که در نزدیکی شهر بافق در استان یزد قرار دارد. فعالیت این معدن از سال 1340 خورشیدی آغاز شد و نقش حیاتی در تأمین مواد اولیه برای صنایع فولاد کشور ایفا می‌کند.
| نام معدن | استان | ذخیره تقریبی (میلیون تن) | وضعیت |
|---|---|---|---|
| چغارت | یزد | 150 | فعال |
| چادرملو | یزد | 200 | فعال |
| گل گهر | کرمان | 1,100 | فعال |
از آهن خام تا فولاد پراستحکام
آهنی کهمستقیماً از کوره بلند خارج می‌شود، «آهن خام»۶ نام دارد و شکننده است. برای تبدیل آن به فولاد۷ (که محکم‌تر و انعطاف‌پذیرتر است)، باید ناخالصی‌های آن مانند کربن کاهش یابد. فولاد در واقع آلیاژی۸ از آهن و کربن است که معمولاً کمتر از 2% کربن دارد. هرچه مقدار کربن کمتر باشد، فولاد نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر است (مانند سیم)، و هرچه کربن بیشتر باشد، فولاد سخت‌تر و شکننده‌تر می‌شود (مانند ابزارهای برش).
مثلاً برای ساخت بدنهٔ خودرو از فولادهای نرم‌تر استفاده می‌شود تا در صورت تصادف، crumple zones (مناطق خردشونده) بتوانند انرژی ضربه را جذب کنند و از سرنشینان محافظت نمایند.
آهن در زندگی روزمره ما
اگر به اطراف خود نگاه کنید، ده‌ها وسیله‌ای را می‌بینید که از آهن یا فولاد ساخته شده‌اند. از قاشق و چنگال در آشپزخانه گرفته تا اسکلت ساختمان‌ها، پل‌ها، ریل‌های قطار، بدنهٔ خودروها و حتی بسیاری از اسباب‌بازی‌ها. آهن به دلیل استحکام، فراوانی و قیمت نسبتاً پایین، به یکی از ارکان تمدن مدرن تبدیل شده است.
یک مثال ساده: دوچرخه‌ای را در نظر بگیرید. فریم۹ اصلی، زنجیر، پره‌های چرخ و حتی بسیاری از پیچ‌های آن از فولاد ساخته شده‌اند. این فلز به دوچرخه استحکام می‌بخشد و در عین حال امکان حرکت روان را فراهم می‌کند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. آهن یک عنصر خالص است، در حالی که فولاد یک آلیاژ است که عمدتاً از آهن و کربن (و گاهی دیگر عناصر) ساخته می‌شود. فولاد به دلیل داشتن کربن، محکم‌تر و مفیدتر از آهن خالص است.
زنگ‌زدن۱۰ یک واکنش شیمیایی بین آهن، اکسیژن و رطوبت هوا است که اکسید آهن ($Fe_2O_3 \cdot xH_2O$) تشکیل می‌دهد. برای جلوگیری از آن، سطح آهن را با رنگ، روغن یا یک لایه از فلز دیگر مانند روی (گالوانیزه) یا قلع (مثل قوطی کنسرو) می‌پوشانند.
معدن چغارت یکی از پایه‌های صنعت فولاد ایران است. این معدن نه‌تنها اشتغال‌زایی مستقیم و غیرمستقیم زیادی ایجاد کرده، بلکه مواد اولیه مورد نیاز برای تولید فولاد را تأمین می‌کند که برای ساخت‌وساز، خودروسازی و صادرات حیاتی است.
پاورقی
۱ آهن (Iron)
۲ معدن چغارت (Choghart Iron Mine)
۳ سنگ‌معدن (Ore)
۴ هماتیت (Hematite)
۵ کک (Coke)
۶ آهن خام (Pig Iron)
۷ فولاد (Steel)
۸ آلیاژ (Alloy): مخلوط جامد از دو یا چند فلز.
۹ فریم (Frame): چارچوب یا اسکلت.
۱۰ زنگ‌زدن (Rusting)
