سنگ آهن و کاربردهای آن

سنک-آهن-ahanmadan

آهن فلزی است که از نظر فراوانی، چهارمین عنصر موجود در پوسته زمین است. به عبارتی؛ پوسته زمین حاوی 5‌% سنگ آهن است. آهن به صورت خالص در طبیعت وجود ندارد و به صورت کانی معدنی یا همان سنگ معدنی یافت می شود. رایج ترین ترکیبات آهن در طبیعت؛ به صورت آهن فرو (دو ظرفیتی) و آهن فریک (سه ظرفیتی) هستند. با توجه به موقعیت معادن آهن، سنگ آهن نیز ترکیبات گوناگونی دارد. سنگ هایی به عنوان سنگ آهن شناخته می شوند که در ترکیبشان بیش از 20% آهن وجود داشته باشد.

آنچه در ادامه مطلب خواهید دید

سنک-آهن-ahanmadan

بیش از 300 نوع کانی وجود دارد که حاوی عنصر آهن است. در این میان؛ 5 کانی آهن به عنوان مهمترین سنگ های آهن شناخته می شوند. این 5 کانی عبارتند از: 1- مگنتیت 2- هماتیت 3- گوتیت 4- سدریت  5- پیریت.

از بین این 5 کانی؛ سنگ های هماتیت و مگنتیت بالاترین درصد آهن را دارند. 

سنگ آهن هماتیت

سنگ آهن هماتیت، اکسید آهن نوع سه است و فرمول شیمیایی آن Fe2O3 می باشد. این کانی70‌% آهن دارد و به رنگ قرمز در طبیعت وجود دارد. رنگ مشاهده شده بعد از خوردگی آهن به دلیل تشکیل این نوع اکسید است. که در زیر نمونه آن را مشاهده می‌کنید.

سنگ_آهن-هماتیت-آهن-معدن

سنگ آهن مگنتیک

مگنتیت نوعی سنگ آهن است که از ترکیب اکسید آهن نوع دو و اکسید آهن نوع سه تشکیل شده است و فرمول شیمیایی آن به صورت Fe3O4 می باشد. سنگ آهن مگنتیت به رنگ سیاه دیده می شود و 4/72% آهن دارد. البته اکسید آهن دو ظرفیتی (FeO) در طبیعت بسیار کمیاب است و به صورت ترکیب در کانی مگنتیت وجود دارد.

سنگ_آهن-مگنتیک-آهن-معدن

شکل های مختلف سنگ آهن:

با توجه به نیاز صنایع و موارد مصرف، سنگ آهن به شکل های گوناگونی تهیه می شود. سنگ آهن به شکل گندله, دانه بندی ، کنسانتره و آهن اسفنجی وجود دارد.

کنسانتره:

یک روش برای فرآوری سنگ آهن مگنتیت؛ تولید کنسانتره سنگ آهن است. برای به دست آوردن سنگ آهن، ابتدا باید معادنی که درصد بالایی آهن دارند را شناسایی کرد. این کار توسط مهندسان معدن و متخصصان این رشته انجام می شود. سنگ معدن استخراج شده ابتدا خرد شده و سپس آسیاب می شود. در مرحله بعد الک می شود و همچنین عملیات شستشو روی آن انجام می گیرد. با روش فلوتاسیون و یا با استفاده از جداکننده های مغناطیسی عیار آهن افزایش می یابد. در مرحله بعد عناصر مزاحم مانند گوگرد و فسفر که موجب می شوند کیفیت کنسانتره پایین بیاید؛ حذف می شوند. آخرین مرحله آبگیری از کنسانتره و عملیات تصفیه پساب است. کنسانتره حاصل به شکل پودر سیاه رنگ است و از آن برای ساخت گندله آهن و آهن اسفنجی استفاده می شود.

سنگ دانه بندی:

دومین روش برای فرآوری سنگ آهن، تولید سنگ دانه بندی شده است. برای تولید این نوع سنگ آهن از روش خشک استفاده می شود. سپس با کمک روش های مغناطیسی؛ آهن با خلوص بالا را از مواد زائد و آهن با خلوص پایین جدا می کنند. این نوع سنگ در دو نوع دانه ریز و دانه درشت وجود دارد. از سنگ های دانه بندی شده فقط در کوره های بلند استفاده می شود و در روش مستقیم کاربردی ندارند؛ زیرا خلوص آن پایین است. به دلیل اینکه قابلیت احیا پذیری کانی های دانه بندی شده کم است؛ مصرف این نوع سنگ کاهش یافته است.

گندله:

پودر کنسانتره آهن با برخی مواد از قبیل آب، بنتونیت، سیمان، آهک، مواد آلی و شیر آهک مخلوط می شود. ترکیب حاصل وارد دستگاه گندله ساز شده و در نهایت گندله آهن خام تولید می شود. به منظور خشک شدن و سخت شدن گندله؛ آن را در اتمسفر اکسنده؛ تا دمای لازم برای نرم شدن سنگ آهن حرارت می دهند. در این مرحله باید دقت شود که درجه تخلخل گندله پایین نیاید و همچنین در هنگام سرد شدن نیز ترک نخورد. گندله به شکل کروی و متخلخل است. از گندله بیشتر در کوره های بلند و نیز تولید آهن اسفنجی استفاده زیادی می شود.

گندله-آهن-ahanmadan

آهن اسفنجی:

این نوع آهن محصول روش احیای مستقیم است. در روش مستقیم، بدون اینکه نیازی به ذوب سنگ آهن باشد آن را حرارت داده و طی فرایند اکسایش و کاهش می توان اکسیژن سنگ آهن را حذف کرد. محصول تولید شده متخلخل است به همین دلیل آهن اسفنجی نام دارد. برای ساخت این نوع آهن از گندله با خلوص 67% استفاده می شود. در این روش از زغال سنگ (کربن عنصری) و یا گاز طبیعی (گاز کاهنده) به عنوان ماده احیا کننده استفاده می شود. آهن اسفنجی تولید شده عیاری حدود 84% دارد که از عیار گندله بیشتر است.

آهن اسفنجی خاصیت خود اشتعالی دارد بنابراین قابلیت انبارش در محیط روباز را ندارد و در جابجایی آن نیز باید دقت زیادی شود. برای راحتی کار آهن اسفنجی به بریکت تبدیل می شود. تنها تفاوت بریکت با آهن اسفنجی در این است که؛ در زمان تولید بریکت؛ آن را به صورت تکه های بزرگ فشرده شده و قالب گیری می کنند. با توجه به نوع مواد وارد شده به دستگاه بریکت زنی؛ دو نوع محصول نرمه آهن اسفنجی و بریکت سرد آهن اسفنجی به دست می آید.

موارد مصرف سنگ آهن

از سنگ آهن در صنایع بتن، سیمان و گل حفاری به عنوان واسطه سنگین استفاده زیادی می شود. همچنین در صنعت زغال سنگ نیز کاربرد دارد. از کانی هماتیت به علت دارا بودن رنگ قرمز، در صنایع مختلفی از قبیل رنگ سازی و تولید ضد زنگ به عنوان رنگدانه استفاده فراوانی می شود. عمده ترین مصارف کانی آهن در تولید آلیاژهای آهن است. سنگ معدن آهن به دو روش سنتی و مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد. روش سنتی؛ برای تولید آهن و فولاد در کوره های بلند کاربرد دارد اما روش مستقیم برای احیای آهن خالص استفاده می شود.

فولاد:

آهن به صورت عنصر؛ بسیار ناپایدار است و به سرعت با اکسیژن واکنش داده و اکسید آهن تولید می کند و به اصطلاح زنگ می زند. آهن علاوه بر ناپایدار بودن، از استحکام بالایی نیز برخوردار نیست. برای رفع این معایب از ترکیب آهن با سایر مواد از جمله انواع فلزات، آلیاژهای مقاوم تولید می شود. فولاد مهمترین آلیاژ آهن است و تقریبا تمامی سنگ آهن استخراج شده در صنایع فولادی مصرف می شود. زیرا ماده اصلی تشکیل دهنده انواع مختلف فولاد، سنگ آهن است. فولاد نوعی آلیاژ آهن با کربن است (فولاد کربنی) که در بسیاری از صنایع مهم کاربرد دارد. از جمله این صنایع که بیشترین مصرف فولاد را دارند؛ می توان به صنعت خودروسازی، ساخت و ساز و معماری اشاره کرد. صنایع دیگری مانند پل سازی، سد سازی، ماشیت آلات سبک و سنگین، راه آهن، لوازم خانگی، کشتی سازی، صنایع دفاعی و … مصرف کننده آهن هستند.

کوره های بلند که به منظور تولید فولاد استفاده می شوند؛ آلودگی زیادی دارند. برای رفع این معضل از کوره قوس الکتریکی استفاده می شود. الکترود گرافیتی مهمترین جزء کوره قوس الکتریکی است و در صنایع فولاد و متالورژی نقش اساسی و مهمی دارد. این نوع الکترود از نوع الکترود مصرفی می باشد؛ به این معنی که بعد از مدتی باید تعویض شود.

ahanmadan
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.