سنگ آهن، ماده اولیه تولید فولاد است و 98 درصد استخراج این ماده در سطح جهان، به منظور تولید فولاد استفاده می شود. این عنصر که به راحتی اکسیده می شود، چندان محکم نیست و آلیاژ آن، برای افزایش استحکام در صنعت ساختمان سازی و نظایر آن، با استفاده از عناصر مختلف به ویژه نیکل و کروم تهیه می شود. از آنجا که صنایع خودروسازی و ساخت و ساز، مصرف کنندگان اصلی فولاد هستند، بنابراین میزان تقاضای فولاد در این صنایع، بر تقاضا و قیمت سنگ آهن موثر است.
هر چند سنگ آهن، جایگزین مستقیمی ندارد اما فولاد به عنوان مصرف کننده اصلی آن، جایگزین های مختلفی دارد و با فلزاتی مانند آلومینیوم به ویژه به دلیل رشد فزاینده آن در صنعت خودروسازی رقابت می کند. با این همه، از آنجا که تولید آلومینیوم نیازمند مصرف بالای برق است، مصرف فولاد همچنان رایج تر است. البته کانتینر، پلاستیک و شیشه در امر تولید نیز جایگزین هایی برای فولاد هستند. نکته دیگر اینکه هر چند حجم محدودی از آهن قراضه بازیافت می شود ولی بازیافت فولاد از فلزات دیگر بیشتر است و با اینکه از بازیافت قراضه، فولاد نیز تولید می شود ولی حجم آن کافی نیست.
کاربرد سنگ آهن چیست ؟
عمده ترین کاربردها و موارد مصرف سنگ آهن در ساخت ماشین آلات، تجهیزات ساختمان سازی، راه آهن تجهیزات مختلف صنعتی است. همچنین کاربردهای متفرقه مانند به کارگیری تولید بتن و سیمان، گل حفاری، شست و شوی زغال سنگ و برخی رنگدانه ها برای آن ذکر شده است.
از سایر کاربردهای سنگ آهن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
آهن پودر شده (استفاده از انواع خاصی از فولادها، مگنت ها، قطعات اتومبیل و کاتالیست ها)
آهن رادیواکتیو (استفاده در داروسازی به عنوان عنصر ردیاب در تحقیقات بیوشیمی و فلزکاری)
اکسید آهن سیاه (به عنوان رنگدانه در ترکیبات پولیش، داروسازی، فلزکاری، ساخت جوهرهای مغناطیسی و...)
آهن قرمز (برای نقاشی ها، جوهر پرینت، لوازم آرایشی مانند سایه چشم، رنگ های هنری، پلاستیک ها، کود و مراحل نهایی صنعتی)
مراحل استخراج آهن از سنگ معدن
سنگ آهن برای استفاده، نیازمند خالص سازی است. استخراج آهن از سنگ معدن، طی فرایندهای فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی ویژه صورت می گیرد. در عمل شیمیایی، سنگ های اکسیدی آهن توسط کربن، احیا و عنصر آهن، آزاد می شود. برای خالص سازی، ابتدا سنگ معدن باید طی چندین مرحله عملیات مانند خرد کردن، آسیاب کردن، سرند کردن، شستشو، استفاده از جدا کننده مغناطیسی یا به روش فلوتاسیون تغلیظ شود. تولید یک تن آهن در یک کوره بلند، نیازمند 75.1 تن سنگ آهن، 750 کیلو زغال سنگ و 250 کیلو سنگ آهک بوده همچنین دمای هوا در مرکز کوره 1600 درجه سانتیگراد است.
برای فرآیند تولید و خالص کردن باید فرایند ذوب و احیا در کوره ها، به شیوه امروزی صورت گیرد. در این زمینه، روش های متفاوتی وجود دارد که کوره بلند، اصیل ترین روش جداسازی آهن از سنگ آهن می باشد. کوره بلند، کوره عمودی است که در کارخانه های ذوب فلز برای استخراج فلز، به ویژه آهن، از سنگ معدنی کاربرد دارد. با استخراج سنگ آهن خام از پوسته زمین و تفکیک ناخالصی ها، پودر تیره رنگ نقره ای - قهوه ای آهن به دست می آید.
مراحل و روش های فرآوری سنگ آهن
فرآوری سنگ آهن به این خاطر است که سنگ آهن های استخراج شده از معادن، خالص نیستند و ترکیبات مضری دارند. همچنین عیار این سنگ های آهن پایین است. مراحل مختلف فرآوری سنگ آهن، استفاده از آن را در فضاها و مکان های مختلف را تسهیل می کند. سنگ آهن پس از فرآوری به اشکال مختلفی از جمله دانه بندی شده، گندله و کنسانتره تبدیل می گردد و مصرف کنندگان با توجه به نیاز خود، این محصول را نیز تهیه می کنند. فرآوری این ماده با توجه به محصول تولیدی، به دو دسته تقسیم می شود:
تولید سنگ آهن دانه بندی شده
برای تولید سنگ آهن دانه بندی شده از روش خشک و بدون آب استفاده می شود. سنگ آهن دانه بندی شده به دلیل اینکه دارای عیار پایین است، در سیستم احیا قابل استفاده نیست و از آن در کوره بلند بهره گرفته می شود.
تولید کنسانتره
برای تولید سنگ آهن کنسانتره از آب استفاده می شود. از آنجا که کنسانتره تولید شده، عیار مناسبی دارد، متناسب با نیاز، در مصارف مختلف، قابل بهره برداری است. در این رابطه، مراحل فرآوری سنگ آهن برای تولید کنسانتره عبارتند از: خرد کردن، آسیاب کردن، پرعیارسازی، آبگیری نکته حائز اهمیت اینکه فرآوری سنگ آهن برای تولید فولاد اهمیت دارد. در صورت فرآوری آن، در بسیاری از فرآیندهای تولید فولاد و هزینه های ناشی از آن، صرفه جویی می شود. همچنین کاهش هزینه تصفیه، کاهش آلودگی و کاهش هزینه ذوب و انرژی از دیگر مزایای فرآوری سنگ آهن در این زمینه است. فرآوری سنگ آهن از منظر عرضه آن در بازار به صورت های مختلف انجام می شود و صنایع گوناگون می توانند از آن به شیوه مورد نظر خود استفاده نمایند. از این رو، اشکال مختلف سنگ آهن و شیوه های ارائه آن به بازار را می توان شامل موارد زیر دانست:
دانه بندی شده: استفاده از این نوع سنگ آهن، به دلیل خاصیت احیاپذیری پایین، کاهش یافته است.
کلوخه: رایج ترین شیوه استفاده از سنگ آهن است که سالانه صدها میلیون تن از آن تولید می شود و در صنایع تولید آهن و فولاد مورد استفاده است.
گندله: گلوله های تولید شده از نرمه سنگ آهن و سایر مواد افزودنی است که ابتدا خام است و سپس پخته و سخت می شود و برای احیا به روش سنتی تولید آهن در کوره بلند یا روش های متعدد احیای مستقیم به کار می رود. حدود 80 درصد گندله تولید شده در کوره بلند و حدود 20 درصد در احیای مستقیم کاربرد دارد.
در مجموع با توجه به فرآوری سنگ آهن ها و شیوه عرضه آنها در بازار می توان سنگ های آهن فرآوری شده و قابل ارائه را در قالب دانه بندی شده، کلوخه، کنسانتره و گندله تقسیم بندی کرد.
انواع سنگ آهن موجود در ایران
سنگ آهن ها انواع مختلفی دارند و در مجموع، قیمت آنها، مناسب و مقرون به صرفه است. با توجه به اینکه حداقل آهن موجود در سنگ آهن، 20 درصد است، هر چه مقدار آهن آنها افزایش پیدا کند، ارزش بالاتری دارند. انواع سنگ آهن حداقل از دو جنبه قابل طبقه بندی است:
انواع سنگ آهن از لحاظ شکل ظاهری شامل: دانه بندی شده، کلوخه، کنسانتره، گندله که قبلا توضیح داده شد.
انواع سنگ آهن از لحاظ نوع کانی شامل: هماتیت، مگنتیت، زئولیت، لیمونیت، سیدریت
در حال حاضر، با ارزش ترین سنگ آهن های موجود که میزان آهن آنها حدود 70 درصد است، عبارتند از:
سنگ آهن مگنتیت: نوعی از سنگ آهن به رنگ سیاه است که مهم ترین ویژگی آن، دارا بودن خاصیت الکترومغناطیسی است. از سنگ آهن مگنتیت نیز به منظور تولید آهن ربا استفاده می شود و به خاطر ویژگی های آن در موارد متعدد، کاربرد دارد. این نوع سنگ آهن، هم در اکتشاف و هم در فرآوری، کم هزینه تر است. مگنتیت در آلمان، سوئد، فنلاند، رومانی، اتریش، ایتالیا، برزیل، سوئیس، استرالیا، آمریکا، هند و مصر یافت می شود.
سنگ آهن هماتیت: یکی از کانی های سنگ آهن است که به وسیله آب و اسید کلریک تمیز می شود و می توان از آن به عنوان رنگدانه نیز استفاده کرد. شکل ظاهری این سنگ آهن، فلس دار و دانه دانه است و به رنگ قرمز قهوه ای و به صورت صدفی و فلزی است. از ویژگی های این سنگ می توان به ضد زنگ بودن آن اشاره کرد. هماتیت بیشتر در آلمان، اتریش، ایتالیا، سوئد، انگلستان، کانادا، استرالیا، لیبریا، برزیل، روسیه و جزیره هرمز در ایران یافت می شود.