سنگ آهن | کاربردها و ویژگی ها

همه چیز درباره سنگ آهن؛ کاربردها، خواص و روش‌های تولید

سنگ‌ آهن یا Iron ores؛ سنگ‌ها و کانی‌هایی هستند که می‌توان آهن فلزی را از آن‌ها استخراج کرد. سنگ‌های معدنی معمولاً غنی از اکسیدهای آهن هستند و رنگ آن‌ها از خاکستری تیره، زرد روشن یا بنفش تیره تا قرمز مایل به قهوه‌ای، متغیر است. آهن معمولاً به شکل مگنتیت به فرمول شیمیایی Fe3O4, 72.4% Fe، هماتیت به فرمول شیمیایی Fe2O4, 69.9% Fe، گوتیت به فرمول شیمیایی FeO(OH), 62.9% Fe، لیمونیت به فرمول شیمیایی FeO(OH).n(H2O), 55% Fe و سیدریت به فرمول شیمیایی FeCO3, 48.2% Fe موجود است.

سنگ‌های معدنی آهن، حاوی مقادیر بسیار بالایی هماتیت یا مگنتیت (بیش از حدود ۶۰ درصد آهن) به عنوان “سنگ معدنی طبیعی” یا “سنگ معدنی با حمل مستقیم” شناخته می‌شوند، به این معنی که می‌توان آن‌ها را مستقیماً به عنوان مواد اولیه در کوره‌های بلند آهن رسانی، تغذیه نمود.

سنگ آهن، ماده خامی است که برای ساخت چدن استفاده می‌شود و یکی از مواد اولیه اصلی برای ساخت فولاد است؛ ۹۸ درصد سنگ معدنی آهن استخراج شده برای ساخت فولاد استفاده می‌شود.

نگاهی به تاریخچه سنگ آهن

شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد شهاب‌سنگ‌ها، ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد به عنوان منبع آهن مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما استخراج این فلز از سنگ معدن، مربوط به حدود ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد است.

فرض بر این است که برای اولین بار، در مناطق تولیدکننده مس در آناتولی و ایران، زمانی که از ترکیبات آهن به عنوان شار برای کمک به ذوب استفاده می‌شد، کاربردهای این سنگ معدنی، بیشتر شناخته شد. در این فرآیند، به طور تصادفی، آهن فلزی در کف کوره‌های ذوب مس، تجمع پیدا کرد.

کاربردهای چدن تولیدشده در سرزمین چین باستان، به دلیل شکنندگی آن محدود بود. البته به نظر می‌رسد در اوایل عصر آهن، فقط چینی‌ها از آن بهره برداری می‌کردند.

اگرچه رومیان توانسته بودند کوره‌هایی با گودالی بسازند که سرباره‌ها در آن ریخته می‌شد، اما تا قرون وسطی، تغییر کمی در روش‌های تولید آهن رخ داد. روش‌های تولید آهن از سنگ معدن به مروز زمان و در قرن پانزدهم، و تا قرن نوزدهم، تکامل یافت.

در اواسط قرن شانزدهم، کوره‌های بلند، کم و بیش به طور مداوم در جنوب شرقی انگلستان فعال بودند. افزایش تولید آهن منجر به کمبود چوب برای تهیه زغال چوب و جایگزینی آن با زغال سنگ به شکل کک شد – دقیقاً همان کشفی که معمولاً به آبراهام داربی، Abraham Darby، در سال ۱۷۰۹ نسبت داده می‌شود.

در طول قرن بیستم، بسیاری از فرآیندهای جدید ساخت آهن پیشنهاد شد، اما تا دهه ۱۹۵۰، هنوز جایگزین‌هایی برای کوره بلند معرفی نشد. احیای مستقیم، که در آن، سنگ‌ آهن در دماهای کمتر از نقطه ذوب فلز کاهش می‌یابد، منشأ انجام آزمایش‌هایی مانند فرآیند Wiberg-Soderfors در سال ۱۹۵۲ در سوئد و فرآیند HyL در مکزیک در سال ۱۹۵۷ بود.

این تکنیک به تدریج، رشد کرد و در دهه ۱۹۸۰، یک کانون فعالیت‌های تحقیق و توسعه گسترده در اروپا، ژاپن و ایالات متحده شد.

روش‌های تولید سنگ آهن

سنگ معدن آهن با عیار پایین، عموماً نیاز به بهره‌برداری دارد. با استفاده از تکنیک‌هایی مانند خرد کردن، آسیاب کردن، جداسازی گرانشی یا جداسازی در فاز سنگین، غربال‌گری و شناورسازی کف سیلیس، با هدف بهبود غلظت سنگ و حذف ناخالصی‌ها، این فرآیندهای تولید و خالص سازی سنگ آهن انجام می‌گرفتند. نتایج این عملیات معدنی، تولید پودرهای سنگ معدن ریز با کیفیت بالا هستند.

پودرهایی که از استخراج سنگ معدن آهن حاصل می شود شامل موارد مگنتیت، هماتیت و برخی فرآورده های جانبی است. اندازه این پودرها می تواند میکرونیزه یا ابعاد درشت تر باشد که در موارد مختلف کاربرد دارند.

خواص و کاربردها

سنگ آهن از اتم‌های اکسیژن و آهن تشکیل شده است. برای تبدیل آن به آهن فلزی، ابتدا سنگ معدن باید ذوب شود یا به فرآیند احیای مستقیم، فرستاده شود تا اکسیژن آن حذف گردد. پیوندهای اکسیژن و آهن، بسیار قوی هستند و برای حذف آهن از اکسیژن باید پیوند عنصری قوی تری برای اتصال به اکسیژن ارائه شود. در این عملیات صنعتی، کربن به این دلیل استفاده می شود چون استحکام پیوند کربن-اکسیژن از پیوند آهن-اکسیژن در دماهای بالا بیشتر است. بنابراین، سنگ آهن باید، به پودر تبدیل شود و با کک مخلوط گردد تا در فرآیند ذوب، سوزانده شود.

مونوکسید کربن، عنصر اصلی حذف شیمیایی اکسیژن از آهن است. بنابراین، ذوب آهن و کربن باید در وضعیت کمبود اکسیژن (کاهنده) نگه داشته شود تا شرایط سوختن کربن برای تولید CO و نه CO2 ایجاد شود.

*عناصر کمیاب موجود در سنگ معدن آهن:

حضور حتی مقادیر کمی از برخی عناصر می‌تواند تأثیرات زیادی بر ویژگی‌های رفتاری سنگ‌‎های آهن یا عملکرد آن در یک کارخانه ذوب آهن داشته باشد. این اثرات می‌توانند هم خوب باشند و هم بد؛ و حتی برخی از آن‌ها به طرز فاجعه آمیز، مخرب هستند.

برخی از مواد شیمیایی به طور اجباری به فرآیندها اضافه می‌شوند؛ برخی دیگر به این دلیل اضافه می‌شوند که آهن را روان‌تر، یا سخت‌تر می‌کنند یا کیفیت مطلوب‌تری به آن می‌دهند. در حالت ایده‌آل، سنگ آهن فقط حاوی آهن و اکسیژن است. در واقعیت، به ندرت اینچنین است. به طور معمول، سنگ معدن آهن حاوی مجموعه‌ای از عناصر است که اغلب در تولید فولاد، غیرضروری هستند. این موارد را می‌توانیم به صورت زیر معرفی کنیم:

• سیلیکون

سیلیس، یکی از عناصر ناچیزی است که تقریباً همیشه در سنگ آهن وجود دارد. بیشترین مقدار آن در طول فرآیند ذوب، به سرباره تبدیل می شود. در دماهای بالاتر از ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد (۲۳۷۰ درجه فارنهایت) مقدار آن کاهش می یابد و با آهن، یک آلیاژ تشکیل می دهد. هر چه کوره، گرمتر باشد، سیلیکون بیشتری در آهن وجود خواهد داشت.

اثر اصلی سیلیکون، تشکیل آهن خاکستری رنگ است. آهن خاکستری نسبت به آهن سفید، شکننده تر بوده و راحت تر به کار می رود. به همین دلیل برای اهداف ریخته‌گری مناسب تر است.

• فسفر:

فسفر (P) چهار اثر عمده بر آهن دارد: افزایش سختی و استحکام، کاهش دمای جامد بودن، افزایش سیالیت و کاهش سرما. بسته به کاربردهای آهن، این اثرات یا مثبت هستند یا منفی. سنگ معدن با منشأ باتلاقی اغلب دارای محتوای فسفر بالایی است.

استحکام و سختی آهن با غلظت فسفر افزایش می یابد. ۰.۰۵ درصد فسفر در آهن، آن را به فولاد کربن دار با سختی متوسط تبدیل ​​می کند. هر چه مقدار فسفر، بیشتر باشد، آهن، سخت تر می شود و با چکش کاری می توان آن را سخت تر نمود. در کارخانه های مدرن تولید فولاد، تولید کنندگان، سختی را تا ۳۰ درصد افزایش می دهند.

• آلومینیوم:

مقدار کمی آلومینیوم (Al) در بسیاری از سنگ‌های معدنی از جمله سنگ آهن، ماسه و برخی سنگ‌های آهکی وجود دارد. با شستشوی سنگ معدن قبل از ذوب، می توان آلومینیوم را حذف کرد. کاهش آلومینیوم دشوار است. در نتیجه، آلودگی آلومینیومی در سنگ معدن آهن، مشکل حادی را ایجاد نمی کند. با این حال، ویسکوزیته سرباره را افزایش می دهد.

• گوگرد:

گوگرد (S) یک آلاینده متداول در زغال سنگ است. همچنین در بسیاری از سنگ‌های معدنی به مقدار کم وجود دارد، اما می‌توان آن را با کلسینه کردن حذف نمود. گوگرد در دمای ذوب آهن، به آسانی در آهن مایع و جامد حل می شود. حتی مقادیر کم گوگرد، اثرات حاد و جدی دارد. گوگرد باعث می شود آهن، قرمز یا داغ شود. امروزه آهن تولیدی نباید بیش از ۰.۰۳ درصد گوگرد داشته باشد.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی سنگ آهن

• واکنش پذیری: در دما و فشار معمولی پایدار است.
• پایداری: پایدار است
• واکنش‌های خطرناک احتمالی: ذکر نشده است.
• شرایطی که باید اجتناب شود: از تولید گرد و غبار زیاد ناشی از این سنگ معدن، خودداری کنید. از تماس با منابع گرما، شعله، جرقه و سایر منابع اشتعال پذیر، باید دور باشد.
• مواد ناسازگار: فلزات، کاربید فلز، مواد اکسید کننده، عوامل کاهنده و پراکسیدها.
• مواد تجزیه ای خطرناک: تجزیه حرارتی، ترکیبات مختلفی تولید می کند.
• پلیمریزاسیون خطرناک: رخ نخواهد داد.

کاربردها

• تولید فولاد

یکی از مهمترین کاربردهای این ماده، تولید فولاد است که عمده سنگ آهن فرآوری شده سالانه را به خود اختصاص می‌دهد. سنگ معدن غنی از آهن، کاربردهای مهم دیگری نیز دارد. به عنوان مثال در لوازم آرایشی و بهداشتی و در تولید برخی رنگ ها، جوهرها و پیگمنت‌ها استفاده می‌شود. تولیدکنندگان، سنگ‌های آهن با عیار بالا و پایین را که حاوی ناخالصی‌های مختلف مخلوط با آهن هستند، تشخیص می‌دهند و مصارف نهایی سنگ آهن را تعیین می‌کنند. تولید فولاد، مهم ترین مصارف سنگ آهن تولید شده در سراسر جهان را به خود اختصاص داده است.

• صنایع رنگ

همچنین سنگ معدن آهن به عنوان یک جزء اولیه در ساینده‌ها و رنگ‌های خاص، مانند رنگ‌هایی که در سازه‌های خارجی بنا استفاده می‌شوند. باید در برابر آب و هوا بسیار مقاوم باشند، افزوده می‌شود.

• تولید پودر فلزات

تولید آهنربا، پودرهای مغناطیسی از موارد کاربردی این سنگ معدنی مهم است.

• ساخت قطعات فلزی

محصولات مرتبط با استفاده از سنگ آهن، مانند تولید برخی از قطعات صنعتی و قطعات خودرو، دسته دیگری از کاربردها را به خود اختصاص می‌دهند.

• کشاورزی

سنگ آهن با خواص رادیواکتیو، کاربردهایی به عنوان یک ماده ردیاب دارد، در جایی که این عنصر می تواند به عنوان برچسب ردیابی نشر رادیواکتیو مورد استفاده قرار بگیرد و همچنین در برخی از قارچ کش‌ها نیز به کار می‌رود. همانطور که این موارد استفاده از سنگ آهن نشان می دهد، سنگ های حاوی درصدی از آهن، کاربردهای صنعتی گسترده‌ای دارند.

استخراج سنگ آهن در سرتاسر جهان، یک صنعت بسیار بزرگ است و به دلیل کاربردهای متعدد آن و تقاضای زیاد برای محصولاتی مانند فولاد، یکی از با ارزش ترین مواد اولیه خام محسوب می‌شود.

ایمنی

• ممکن است از طریق استنشاق غبارات، باعث سرطان (ریه) شود.
• از طریق استنشاق طولانی مدت یا مکرر باعث آسیب به ریه‌ها می‌شود.
• قبل از کار کردن با این ماده معدنی، دستورالعمل های ویژه را مطالعه کنید.
• گرد و غبار ناشی از این سنگ معدنی را تنفس نکنید.
• پس از کار کردن، دست ها را کاملاً بشویید.
• هنگام کار با این محصول، از خوردن، آشامیدن یا سیگار کشیدن جداً خودداری کنید.
• از عینک محافظ چشم، دستکش محافظ و لباس و ماسک استفاده کنید.

ذخیره و نگهداری

اقدامات احتیاطی در نگهداری و ذخیره ایمن

همانطور که در بخش قبلی هم اشاره کردیم، برای کار کردن با این سنگ معدنی باید از لباس و محافظ مناسب استفاده کنید. محل تجمع سنگ معدنی باید به دور از مواد ناسازگار باشد. نگهداری و جابجایی کیسه‌ها باید مطابق با کلیه مقررات و استانداردهای جاری انجام گیرد. تجهیزات (PPE) برای به حداقل رساندن تماس فرد با این مواد باید به کار روند.

بسته بندی

بسته بندی سنگ معدن آهن به طور متداول به صورت فله‌ای و در کانتیترها یا مخازن بزرگ یا کیسه‌های جامبوبگ است. وقتی قرار است این ماده معدنی را در حجم تناژ سفارش دهید، طبق روش‌های متداول حمل و نقل ریلی را دریایی، محموله تا مقصد، حمل خواهد شد. حمل سنگ معدن از محل معدن یا کارخانه فرآوری تا بندرگاه یا محل مقصد، با کامیون‌ها و تریلی‌ها انجام می‌گیرد.

خرید و فروش و قیمت سنگ آهن

سنگ معدن آهن در بازارهای جهانی بسیار پرتقاضا است. قیمت سنگ آهن بر اساس تغییرات فاکتورهایی از جمله تولید و عرضه و تقاضا، تغییرات قیمت دلار و ارز و قیمت مواد اولیه صنعتی تعیین می‌شود. مهم‌ترین نکته هنگام خرید سنگ معدنی آهن، توجه به برگه آنالیز یا درصد مواد شیمیایی آن است. در واقع این ویژگی‌ها مشخص می‌کنند که سنگ‌های آهن برای چه کاربردهایی مناسب‌تر هستند.

تولید فولاد در کشور می‌تواند قیمت این سنگ معدنی را نیز تغییر دهد. در حال حاضر، برترین تولید کننده سنگ آهن، کشورهای استرالیا، چین، برزیل و هندوستان هستند. در این میان، کشورهای اوکراین، کانادا، ایران و روسیه نیز دیده می‌شوند.

می‌توانید قیمت روز خرید سنگ آهن، فروش عمده و اطلاعات تکمیلی را در لیست محصولات شیمیکو مشاهده کنید.

انتشار آگهی خرید و فروش سولفات آهن 

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Iron_ore

https://www.aboutmechanics.com/what-are-the-different-uses-of-iron-ore.htm

https://www-s.nist.gov/m-srmors/msds/692-MSDS.pdf

https://www.britannica.com/technology/iron-processing/Ores