خرید و فروش مواد معدنی ، فروش مواد معدنی ، مواد معدنی ایران ، معادن ایران
جستجو
فارسی
بازگشت به همه

سنگ آهن و چگونگی استخراج آن از معادن

سنگ آهن و چگونگی استخراج آن از معادن

صنایع فولاد و آهن امروزه یکی از اساسی‌ترین پایه‌های اقتصادی جهان را تشکیل داده‌اند. سنگ آهن یکی از انواع سنگ‌های معدنی است که با استخراج آن از معادن در نقاط و کشورهای مختلف، می‌توان یکی از بزرگترین نیازهای صنعت‌های گوناگون یعنی آهن و فولاد را برطرف کرد. در این مطلب از وب سایت رتاپورت با تعریف کلی از این سنگ معدنی و نحوه تشکیل آن، راه‌های استخراج و چگونگی استخراج آن از معادن صحبت خواهیم کرد، تا انتها با ما همراه باشید.

سنگ آهن چیست؟

آهن یکی از عناصر موجود در پوسته کره زمین است که حدود 5 درصد از مواد معدنی موجود در پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. احتمالا بارها واژه‌ی سنگ آهن را نیز شنیده‌اید؛ به عبارتی به سنگ‌هایی که بیش از 20 درصد آهن داشته باشند، سنگ معدنی آهن گفته می‌شود. این سنگ معدنی یکی از کاربردی‌ترین مواد معدنی است که کاربردها و مصارف گوناگونی دارد؛ به عنوان مثال، فلز آهن را طی یک عمل شیمیایی از سنگ‌های آهن استخراج کرده و این فلز حاصل در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جالب توجه است که بدانید برای بدست آوردن یک تن آهن خام، به چیزی حدود 3 تا 5 تن از این سنگ معدنی نیاز است. اما سوالی که ذهن اکثر علاقه‌مندان به این حوزه را به خود جلب می‌کند، این است که چگونه فلز آهن از سنگ آن استخراج می‌شود؟ همان‌طور که کمی پیش اشاره کردیم، این عمل طی یک ‌سری واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی صورت می‌گیرد که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم.

نحوه تشکیل سنگ آهن

تشکیل سنگ‌های آهن در سال‌های طولانی صورت می‌گیرد و همین امر باعث شده است تا هیچ‌گونه جایگزینی برای آن در دنیا وجود نداشته باشد. این سنگ معدنی از کانی‌های مختلفی تشکیل شده است و وجود همین تفاوت در کانی‌ها، منجر به تفاوت در انواع این سنگ معدنی نیز شده است. به طور کلی معادن سنگ در طول زمان‌های مختلف به صورت‌های زیر اتفاق افتاده است:

  1. معدن سنگ‌های آهن که به صورت کانسارهایی که منشا سولفوری دارند تشکیل شده‌اند.
  2. معادن سنگ‌های آهن که به صورت کانسارهای آتشفشانی تشکیل می‌شوند.
  3. معادن سنگ‌های آهن که به صورت کانسارهای رسوبی تشکیل می‌شوند.

سنگ‌های آهن دارای انواع مختلف و شکل‌های گوناگونی هستند و از اصلی‌ترین آن‌ها می‌توان به هماتیت و مگنتیت اشاره کرد. این سنگ‌ها در معادن سنگ آهن تشکیل شده و با توجه به موارد ذکر شده در بالا، نحوه تشکیل هر معدن نیز در دوره‌های مختلف زمین، متفاوت بوده است. هم ‌اکنون مقادیر ذخایر این سنگ معدنی در ایران چیزی حدود 4.5 میلیارد تن برآورد شده است و اکثر معادن نیز در مناطق مرکزی، گل گهر و سنگان خراسان قرار دارند.

نحوه استخراج فلز آهن از سنگ آهن

برای استخراج آهن از سنگ‌های معدنی آن، به یک‌ سری واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی نیاز است. برای شروع ابتدا سنگ‌های معدنی آهن طی واکنش‌های فیزیکی قرار می‌گیرند که این فرایندها عبارتنداز: خرد شدن و آسیاب شدن. بعد از آن فرایندهای سرند کردن و شستشوی آن‌ها انجام شده و سپس به روش فلوتاسیون و یا استفاده از جداکننده‌های مغناطیسی، تغلیظ می‌شوند. حال این محلول غلیظ شده که معمولا دارای 60 تا 65  درصد آهن و 8 تا 12  درصد سیلیس است را به قطعه‌هایی به ابعاد 6 تا 25  میلی‌متر تبدیل می‌کنند تا برای قرار گرفتن در کوره‌های ورزشی، مناسب باشد؛ نام علمی این عمل، آگلومریزه شدن است. آهن چگونه از این سنگ استخراج می‌شود؟

استخراج آهن توسط کربن

استخراج آهن از سنگ آن، توسط احیا کردن سنگ‌های اکسیدی آهن به وسیله کربن صورت می‌گیرد. معمولا سنگ معدن‌هایی که آهن از آن‌ها استخراج می‌شود، بیشتر به صورت اکسیدهای آهن مانند مگنتیت و هماتیت وجود دارد؛ البته این سنگ معدن‌ها خالص نیستند و چیزی حدود 2 تا 20 درصد نیز ناخالصی‌هایی مانند سیلیکات‌ها و آلومینات‌ها به همراه دارند. این ناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا شده و به صورت تفاله از فرایند استخراج آهن از سنگ‌های آهن خارج می‌شوند. بنابراین برای احیاء کردن سنگ‌های اکسیدی آهن به کربن نیاز داریم که این کربن می‌تواند توسط زغال چوب و زغال کک تامین شود.

استخراج آهن به وسیله کک

برای قرن‌ها از زغال چوب به منظور احیاء برای استخراج آهن استفاده می‌شد؛ اما بعدها و در اوایل قرن نوزدهم، از کک برای این منظور استفاده می‌شود. برای این‌که یک تن آهن خالص داشته باشیم، به 900 تا 1000  کیلوگرم زغال کک احتیاج است. بخش عمده زغال کک را کربن تشکیل می‌دهد؛ به‌طور کلی می‌توان ترکیبات آن را به صورت زیر بیان کرد:

  • 85 تا90  درصد کربن
  • 5 تا 13 درصد خاکستر
  • 8 درصد رطوبت
  • 1.6  تا 11  درصد مواد فرار
  • 0.5 تا  1.2 درصد گوگرد

همان‌طور که کمی پیش‌تر اشاره کردیم، نقش این زغال‌های کک در فرایند استخراج، تولید گازهای احیاء کننده در کوره‌های وزشی است. یکی‌دیگر از مواد اولیه مورد نیاز برای استخراج آهن، سنگ آهک است. از این ماده معدنی برای پایین آوردن دمای ذوب ناخالصی‌ها استفاده می‌شود.

مراحل استخراج آهن از سنگ آهن

به طور معمول عناصر فلزی که در صنایع مختلف و برای کاربردهای گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در طبیعت به صورت خالص یافت نمی‌شوند. بلکه این فلزات به صورت ترکیبات با عناصر دیگر در پوسته زمین وجود دارند و آهن نیز از این قاعده مستثنی نیست. در قسمت قبل به طور کامل به چگونگی استخراج فلز آهن از سنگ‌های معدنی آن و لزوم وجود کربن اشاره کردیم. در این قسمت مراحل استخراج آهن را بررسی می‌کنیم.

گام اول؛ آماده سازی سنگ آهن

اولین مرحله از فرایند استخراج آهن، آماده سازی سنگ‌های آهن است. در پایان این فرایند که در چند مرحله مجزا صورت می‌گیرد، مواد باطله و مواد معدنی پرعیار شده از یک دیگر جدا می‌شوند. ابتدا سنگ‌های معدنی استخراج شده توسط سنگ‌شکن‌ها خورد شده و سنگ‌های خروجی مرحله اول مجددا بار دیگر در سنگ‌شکن قرار می‌گیرند و سپس این سنگ‌های خروجی مرحله دوم، آسیاب می‌شوند. فرایند پرعیار کردن بر روی پودر سنگ معدن انجام می‌شود و در نهایت مواد معدنی پرعیار شده و مواد باطله از یک‌دیگر جدا می‌شوند.

هدف از پر عیار کردن افزایش درصد کانی‌های محتوی ماده معدنی خرد شده از طریق جدا کردن مواد باطله و ناخالصی‌ها است. در قسمت‌های قبل نیز گفتیم که برای این منظور، استفاده از میدان مغناطیسی بسیار متداول است. آخرین فرایند از مرحله آماده سازی سنگ‌های آهن، فرایند احیاء است. در این فرایند، مواد معدنی پر عیار شده پس از انتقال به کارخانه‌های فولادسازی به یکی از دو روش زیر احیاء می‌شود که در این مقاله روش احیاء غیرمستقیم را خواهید خواند.

  • احیاء از طریق کوره بلند( غیر مستقیم)
  • احیاء به روش مستقیم

گام دوم؛ فرایند احیاء

در روش کوره بلند، سنگ آهن پرعیار شده با نسبت‌های معینی از کک و سنگ آهک از قسمت فوقانی کوره وارد آن می‌شود و فرایند احیاء در این کوره در چهار مرحله انجام می‌شود.

  • ابتدا در منطقه گرم کننده که در قسمت فوقانی کوره قرار دارد، در اثر عبور گازهای داغ از لا به لای مواد ورودی به کوره، رطوبت آن‌ها تبخیر می‌شود.
  • در منطقه بعدی این کوره که منطقه احیاء نام دارد، با افزایش دما واکنش بین کانی‌های اکسید آهن و ماده احیاء کننده شروع می‌شود.
  • در مرحله سوم که منطقه کربنیزه شدن نام دارد، قسمتی از آهن احیاء شده ضمن این‌که به سمت پایین کوره حرکت می‌کند، با کک گداخته وارد واکنش شده و ترکیب کاربید آهن حاصل می‌شود.
  • سپس در مرحله چهارم و در منطقه ذوب، جایی که دمای کوره چیزی حدود 1200-1400 درجه سانتی گراد است، باقی‌مانده اکسید آهن نیز احیا می‌شود.

گام سوم؛ تولید فولاد از آهن خام

محصولی که به عنوان آهن از کوره‌های احیاء سنگ آهن خارج می‌شود، به دلیل وجود عناصر ناخواسته‌ای مانند گوگرد و فسفر و همچنین مقادیر زیاد کربن در واقع یک آلیاژ است که قابلیت شکل‌پذیری و جوشکاری ندارد و هنوز برای استفاده در صنایع مختلف مناسب نیست. از این ‌رو ابتدا این عناصر مزاحم باید کاهش یابند و اساس حذف آن‌ها، دمیدن اکسیژن به مذاب آهن خام است؛ به این طریق این عناصر مزاحم تا حد قابل قبولی می‌سوزند.

گام آخر؛ تولید محصولات فولادی

 سنگ آهن ماده اولیه برای تولید فولاد است و 98 درصد از سنگ‌های آهنی که استخراج می‌شود، به منظور تولید فولاد و محصولات فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مذاب آهن پس از تصفیه و رسیدن به ترکیب آلیاژ مدنظر، به کمک روش‌های ریخته‌گری و شکل‌دهی به صورت نیم ساخته فلزی و یا محصول نهایی به بازار عرضه می‌شود. محصولات متداول شرکت‌های فولادسازی از آهن خام عبارتنداز: میلگرد، پروفیل، مفتول، تیر آهن، نبشی، شمش، ورق و ... .

تولیدکنندگان اصلی سنگ آهن

تولید کننده اصلی این سنگ معدنی کشور استرالیا است و پس از آن چین و برزیل قرار دارند. استرالیا از صادرکنندگان این سنگ معدنی نیز به شمار می‌رود در حالی که چین سنگ‌‌های آهن‌ استخراج شده از معادنش را برای صنعت خود استفاده می‌کند. بعد از استرالیا و چین، کشورهای دیگری مانند روسیه و آمریکا نیز جزو تولید کنندگان آن به شمار می‌روند. قابل ذکر است که این سنگ معدنی به اشکال مختلفی در بازار عرضه می‌شود تا تمام صنایع بتوانند بر حسب نیاز خود از آن استفاده کنند. به عنوان مثال سنگ‌های آهن دانه‌بندی شده یکی از این انواع است که به دلیل خاصیت کم احیاپذیری، استفاده از آن در سال‌های اخیر رو به کاهش است. شکل دیگر این سنگ معدنی، کلوخه و گندله است. متداول‌ترین شکل استفاده از سنگ آهن، به صورت کلوخه است که از آن در صنایع تولید آهن و فولاد بهره گرفته می‌شود.

نظرات
نظر دهید بستن