سنگ آهن و کاربرد آن

به سنگی که از فلز آهن استخراج می‌شود، سنگ آهن می‌گویند. حدود 5 درصد از پوسته زمین از این فلز تشکیل شده است. به علت استخراج و فرآوری نسبتا ساده، مقاومت بالا، زیاد بودن معادن برای استخراج این فلز و سایر موارد دیگر، استفاده از این فلز رایج بوده و بسیار اهمیت دارد. در ادامه سعی داریم به معرفی سنگ آهن و نکات مهمی که باید درباره آن بدانید، بپردازیم؛ پس برای کسب اطلاعات بیشتر پیشنهاد می‌دهیم تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.

سنگ آهن چیست؟

سنگ آهن (Iron ore) یکی از مواد اولیه‌ای است که برای تولید محصولات فولادی استفاده می‌شود. بعد از استخراج آهن از معدن، به علت خالص بودن، آهن استحکام و کارایی چندانی ندارد. پس به‌منظور افزایش میزان استحکام به آن نیکل و کروم را اضافه می‌کنند و درنهایت برای تولید محصولات فولادی می‌توان از آن استفاده کرد. از این فلز گران‌بها می‌توان در صنایع مختلفی مانند تولید لوازم خانگی استفاده کرد. قیمت آهن نیز با توجه به افزایش میزان تقاضا بالا می‌رود و تاثیر مهمی نیز در بازار آهن و اقتصاد داخلی دارد. به صورت مستقیم سنگ آهن جایگزینی ندارد، اما فولاد که برای تولیدش نیاز به سنگ آهن است، دارای جایگزین است. به علت رقابت بالای فولاد با فلزهایی مانند آلومینیوم، در صنایعی مانند خودروسازی استفاده می‌شود. منابع سنگ آهن زیادی در سراسر دنیا وجود دارد که بزرگترین کشورهای تولیدکننده آن استرالیا، ایالات متحده، برزیل و کانادا هستند. به همین علت برای خرید سنگ آهن در سراسر دنیا هیچگونه محدودیتی وجود ندارد.

سنگ آهن چه نوع سنگی است؟

سنگ آهن، سنگی از نوع آهن فلزی است که امکان استخراج آن به صورت اقتصادی وجود دارد. این سنگ معمولا به شکل هماتیت یا مگنتیت است. این سنگ‌های آهن به منظور تولید آهن به فرم فولاد مورداستفاده قرار می‌گیرند. به این ترتیب، سنگ‌های آهن ساختاری فلزی دارند که از آن‌ها به عنوان آهن پایه استفاده می‌کنند. البته سنگ آهن به تنهایی از استحکام بالایی برخوردار نیست و عناصر مختلفی را جهت تقویت مقاومتش به آن می‌افزایند؛ از این عناصر می‌توان به نیکل و کروم اشاره کرد.

ترکیبات موجود در سنگ آهن چیست؟

در ترکیب سنگ آهن، 2 کانی مهم با نام‌های مگنتیت و هماتیت وجود دارد. هماتیت، یک نوع کانی با نام‌های شادنه و حدید بوده و فرمول شیمیایی آن Fe2O3 است. حدود 70 درصد آهن و به میزان 30 درصد اکسیژن در این کانی وجود دارد و در صنایع رنگ‌سازی استفاده می‌شود. کانی دیگر که مگنتیت نام دارد، از واژه یونانی گرفته شده که به معنای آهنربا است. فرمول شیمیایی این کانی Fe3O4 بوده و به میزان 72 درصد آهن دارد.

انواع دیگر سنگ آهن با استفاده از کانی‌هایی مانند مارکالیت، زنولیت، سیدریت، لیمونیت، گرینالیت و سایر انواع دیگر تشکیل می‌شوند. اولین قدم برای استخراج منابع خام سنگ آهن، شناسایی معادن غنی از آن است که این کار به‌وسیله افراد کارشناس و مهندسان معدن ماهر انجام می‌شود.

عیار سنگ آهن چقدر است؟

عیار سنگ آهن یکی از فاکتورهای مهم در ارزشیابی آن به حساب می‌آید. حداقل عیار آهن در کوره بلند 40 درصد برآورد می‌شود. به عبارتی، بازده تولید کوره بلند به عیار آهن بستگی دارد و هر چقدر میزان آن بیشتر باشد، ظرفیت تولیدی کوره نیز بالاتر خواهد رفت. همچنین، حداکثر عیار آهن در کوره بلند حدود 62 الی 63 درصد است و در صورتی که از این محدوده فراتر برود به دلیل کاهش وزن سرباره، تعادل میان بار و سرباره در کوره ایجاد نمی‌شود و کیفیت محصول خروجی کاهش می‌یابد. در روش احیای مستقیم نیز کمترین عیار سنگ آهن حدود 67 درصد است. بعلاوه کاهش عیار آهن در این روش منجر به افزایش سرباره در کوره قوس الکتریکی می‌شود که نتیجه آن، افزایش مصرف انرژی و غیراقتصادی شدن تولید است.

سنگ آهن چگونه تشکیل می‎شود؟

حدود 1.8 میلیارد سال پیش تمامی ذخیره سنگ آهن موجود در جهان تشکیل و ذخیره شده است. در آن زمان اقیانوس‌ها محلول بسیار زیادی داشتند که آهن موجود در آن بسیار زیاد اما اکسیژن آن کم بود. به‌وسیله ارگانیسم‌های نخست جهان، با شروع فتوسنتز، اکسیژن موجود در آب اقیانوس‌ها ایجاد شده و درنهایت ذخایر آهن در کنار اکسیژن شکل گرفته‌اند. این واکنش باعث شکل‌گیری انواع سنگ آهن مانند مگنتیت و هماتیت می‌شود.

سنگ آهن در کدام صنایع کاربرد دارد؟

کاربرد سنگ آهن در پروژه‌های ساختمانی، تولید لوازم خانگی، راه آهن، خودروسازی و سایر صنایع دیگر است. سایر کاربردهای شناخته‌شده این فلز به شرح زیر است:

• از سولفات آهن به عنوان قارچ‌کش
• اگزالات آهن برای توسعه عکاسی
• هماتیت، گوتیت و لیمونیت به‌عنوان ساینده و رنگدانه
• مگنتیت برای شستشو زغال سنگ و تولید الکترودهای صنعتی
• نیترات آهن و کلرید برای تولید جواهر در انواع مختلف و به عنوان ماده خشک‌کننده
• هماتیت میکاسی به عنوان رنگ محافظ روی روبناهای فولادی
• کربونیل آهن نیز به عنوان کاتالیزور برای انجام بیشتر واکنش‌های شیمیایی

مشخصات سنگ آهن

سنگ آهن هماتیت و مگنتیت از مهم‌ترین و باارزش‌ترین سنگ‌های آهن هستند که آهن موجود در آن‌ها به حدود 70 درصد می‌رسد. هماتیت از رنگ‌های قرمز و قهوه‌ای گرفته تا نقره‌ای، خاکستری تیره و مشکی یافت می‌شود. البته زمانی که در آن خراش خوردگی به وجود ‌آید یک رگه قرمزرنگ بر روی سطحش ایجاد می‌شود. همچنین، از مشخصات بارز سنگ آهن هماتیت می‌توان به ضد زنگ و غیر مغناطیسی بودن آن اشاره کرد.

مگنتیت نیز معمولا دارای رنگ‌بندی قهوه‌ای، خاکستری تیره یا سیاه است. برخی مواقع هم می‌توان یک رگه بنفش عمیق، مات و درخشندگی فلزی را در آن مشاهده کرد. مغناطیسی بودن نیز از مهم‌ترین مشخصه آن است؛ از‌این‌رو، سنگ آهن مگنتیت در تولید وسایلی نظیر آهن‌ربا بکار گرفته می‌شود. ضمن اینکه ذخایر مگنتیت در ایران بیشتر از هماتیت است و به علت فرآوری آسان‌تر، بازار داخلی تمایل بیشتری به آن دارد. مشخصات و سایر انواع سنگ آهن به شرح زیر است:

سنگ آهن دانه‌بندی‌شده

این سنگ آهن یکی از انواع سنگ آهن بوده که به علت خاصیت احیاپذیری کمی که دارد در سال‌های اخیر میزان استفاده از  آن کم شده است.

کلوخه سنگ آهن

یکی از روش‌های رایج برای استفاده از این فلز، حالت کلوخه است. به‌طورکلی هرساله به میزان 700 میلیون تن کلوخه تولیدشده و در صنایع فولاد و تولید آهن استفاده می‌شود.

گندله

درحال‌حاضر به میزان 300 میلیون تن گندله تولید شده که حدود 80 درصد آن در کوره بلند و 20 درصد آن برای احیای مستقیم استفاده می‌شود.

مراحل  استخراج آهن از سنگ معدن 

به منظور قابل استفاده شدن آهنی که در سنگ آهن وجود دارد، در ابتدا باید طی فرآیند شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی خاص، خالص‌سازی شود. برای خالص‌سازی، در ابتدا مراحلی مانند آسیاب کردن، سرند کردن، خرد کردن و شستشو با استفاده از روش فلوتاسیون یا جداکننده مغناطیسی صورت گیرد.

یکی از روش‌های جداسازی مدرن آهن، استفاده از کوره بلند است که برای تولید و خالص‌کردن باید به‌شیوه‌های امروزی فرآیند ذوب و احیا در کوره انجام شود. بعد از استخراج سنگ آهن خام از پوسته زمین و پس از تفکیک ناخالصی‌های موجود در آن، پودر تیره‌ای به رنگ نقره‌ای_ قهوه‌ای ایجاد می‌شود.

مراحل فرآوری سنگ آهن

فرآوری سنگ آهن مراحل مختلفی دارد که به شرح زیر است:

غربالگری

برای جداسازی ذرات ریز css قبل از خرد کردن از روش غربالگری استفاده می‌شود. برای انجام این کار از صفحه استاتیک استفاده شده که این مرحله به افزایش کارایی سنگ‌شکن کمک می‌کند. فراوری سنگ آهن برای خالص‌سازی آن انجام می‌شود؛ زیرا این سنگ‌ها پس از استخراج، ترکیبات مضر و ناخالصی دارند. مهم‌تر از همه این موارد، عیار پایین این سنگ‌ها است. بعد از فرآوری سنگ، آن‌ها را در اشکال مختلفی مانند دانه‌بندی‌شده، کنسانتره و گندله تبدیل کرده و درنهایت براساس نیاز مصرف‌کنندگان، آن‌ها را به بازار عرضه می‌کنند.

تولید سنگ آهن دانه‌بندی شده

در تولید این سنگ آهن از روش بدون آب و خشک استفاده می‌کنند. لازم به ذکر است که به علت داشتن عیار پایین در کوره بلند از این نوع سنگ آهن استفاده می‌شود.

تولید کنسانتره

برای تولید کنسانتره، آب نیاز است. به علت عیار مناسبی که دارد، از آن در مصارف مختلفی استفاده شده که مراحل آن به ترتیب شامل خرد کردن، آسیاب کردن، پرعیارسازی و آبگیری می‌شود. به‌طورکلی فراوری سنگ آهن به علت مناسب بودن برای تولید فولاد، اهمیت بسیاری دارد. از سوی دیگر فرآوری آن در هزینه تولید فولاد صرفه‌جویی کرده و علاوه بر کاهش میزان هزینه تصفیه، باعث کاهش آلودگی می‌شود.

فرآیند خالص سازی سنگ معدن آهن و پرعیار کردن آن

همان گونه که در قسمت‌های قبل ذکر شد، سنگ آهن استخراج‌شده از معدن، عیار پایینی دارد و باید خالص شود. بعد از استخراج سنگ آهن، طی چندین مرحله آن را آماده فرآوری و درنهایت به کوره وارد می‌کنند. از این مراحل می‌توان به ترتیب خرد کردن، آسیاب کردن، سرند کردن و درنهایت شستشو را نام برد. در مرحله آخر با استفاده از بهره‌گیری از جداکننده‌های مغناطیسی یا روش فلوتاسیون به میزان 60 تا 65 درصد عیار آن بالاتر می‌رود.

در مرحله بعد سنگ‌های به دست آمده در ابعاد 6 تا 25 میلی‌متری و برای بارگذاری در کوره، شکل داده می‌شوند و خالص سازی سنگ معدن آهن آغاز می‌شود. در مرحله بعد آن‌ها را در کوره‌هایی که کوره‌های ورزشی نام دارند، برای افزایش غلظت قرار می‌دهند که در اصطلاح به آن کنسانتره آهن گفته می‌شود. لازم به ذکر است که سنگ آهن به همراه ذغال کک، در معرض گرمای فراوان قرار داده شده و در مرحله بعد براثر جریآن‌های گازی که از سوختن کک و براثر حرارت ایجادشده، فلز آهن ذوب می‌شود.

تفاله حاصل از ناخالصی سنگ آهن و آهن مذاب، با گذشت زمان از کوره تخلیه خواهد شد. در این سیستم به صورت مداوم، سنگ فلز از قطعات جدید شارژ شده و درنهایت آهن مذاب به وجود می‌آید. محصول فراوری‌شده در کوره، چدن است و در بعضی از صنایع استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که بیشتر سازه‌های فلزی و صنایعی که به فراوری فلزات وابسته هستند، فرمی مقاوم به نام فولاد دارند.

به همین علت با فراوری مجدد چدن، فولاد موردنیاز به دست می‌آید. دمای کوره که به میزان 1925 درجه سانتی‌گراد برسد، خروجی آن با گازهای مونوکسید کربن همراه خواهد بود. ناگفته نماند که واکنش درون این کوره‌ها به احیای مستقیم شهرت دارد. احیای مستقیم به معنای واکنشی است که در طی آن به‌وسیله مواد احیاکننده گازی یا جامد، سنگ معدن آهن اولیه احیا می‌شود. درنهایت محصولی که از این واکنش به دست می‌آید با توجه به میزان کربن، آن را فولاد یا چدن می‌نامند.

تشخیص سنگ آهن چگونه است؟

یکی از راه‌های تشخیص سنگ آهن، شستشوی نمونه محتمل با کمک محلول آب و صابون و سپس، خشک کردن آن است. چنانچه سنگ آهن در مجاورت اکسیژن قرار نداشته باشد به حالت لایه‌های فلزی و براق و همین‌طور، رنگ‌های نقره‌ای و خاکستری درمی‌آید. همچنین، اگر شکل ظاهری آن از مدل نواری باشد به صورت لایه لایه و رگه مانند خواهد بود. از سایر روش‌های تشخیص سنگ آهن می‌توان به ویژگی‌های آن‌ها مانند رنگ، ساختار، مدل شکستگی، چگالی، سختی و... اشاره کرد.

معمولا هر سنگ آهنی چندین خصوصیت منحصربه‌فرد دارد که آن‌ها را از سایرین متمایز می‌کند. بنابراین، با توجه به ویژگی‌های سنگ‌های آهن می‌توان آن‌ها را به راحتی شناسایی کرد. به‌عنوان‌مثال، معمولا سنگ هماتیت در رنگ خاکه مایل به قرمز است و سنگ مگنتیت نیز خاصیت مغناطیسی قوی دارد. بعلاوه بررسی زنگ‌زدگی سنگ آهن یکی دیگر از ترفندهای تشخیص آن است. آهن در صورت قرارگیری در معرض هوای باز از خود واکنش نشان می‌دهد و اکسید می‌شود. از‌این‌رو، دیدن سنگ‌های زنگ‌زده در نواحی دارای سنگ آهن زیاد کاملا طبیعی است.

معادن سنگ آهن ایران

در حال حاضر معادن سنگ آهن گوناگونی در کشور ما وجود دارند. اولین معدن سنگی که در کشور ما شناخته ‌شد، معدن چغارت در بافق یزد بود. این معدن با داشتن 3/1 درصد ذخایر آهن، به عنوان مهم‌ترین و بزرگ‌ترین منطقه آهنی کشور شهرت دارد. شرکت ذوب آهن اصفهان که یکی دیگر از کارخانه‌های مطرح در کشور است، در ابتدای کار خود از این معدن ذخایر موردنیاز خود را استخراج ‌کرده است. ناگفته نماند که ذخایر آهنی این معدن درحال اتمام است. معدن سنگ آهن چادرملو که به عنوان دومین معدن کشور شهرت دارد، بیشترین میزان آهن از آن استخراج می‌شود. از دیگر معادن آهنی این کشور می‌توان معادن سنگان، گل گهر و صبانور را نام برد.

انواع سنگ آهن موجود در ایران

کشور ما دارای چندین معدن سنگ آهن است و توانایی استخراج سنگ‌های آهن موردنیاز تولیدکنندگان آهن‌آلات را دارد. از انواع سنگ آهن موجود در ایران می‌توان به هماتیت سنگین، مگنتیت، تیتانومغناطیس و سنگ آهن پیزولیتی اشاره کرد. این چهار نوع از ذخایر اصلی سنگ آهن به حساب می‌آیند و هر یک از آن‌ها مشخصات ویژه‌ای دارند. به‌طورکلی، سنگ آهن به عنوان ماده اولیه تولید فولاد شناخته می‌شود و حدود 98 درصد آن را به محصولات فولادی تبدیل می‌کنند. ایران نیز به عنوان یکی از فولادسازان مطرح دنیا به عرصه استخراج حرفه‌ای سنگ‌های آهنی ورود کرده است.

حداقل آهنی که در این سنگ‌ها وجود دارد به میزان 20 درصد بوده و ارزش آن با توجه به مقدار آهن  موجود در آن افزایش می‌یابد. به‌طورکلی انواع این فلز از نظر نوع کانی و شکل ظاهری در 2 دسته قرار می‌گیرند. از نظر نوع کانی می‌توان سیدریت، هماتیت، زئولیت، مگنتیت و لیمونیت را نام برد. از نظر شکل ظاهری هم همانگونه که در قسمت‌های بالا ذکر شد می‌توان به کنسانتره، گندله، آب‌بندی شده و کلوخه اشاره کرد.

مقایسه فلز آهن با سنگ معدن آهن

سنگ معدن آهن به عنوان ماده پایه ساخت آهن و فولاد شناخته می‌شود. درواقع، فلز آهن با بهره‌گیری از سنگ آهن به دست می‌آید. چرخه تولید این‌گونه است که سنگ آهن طی چندین مرحله به فلز قابل‌استفاده در واحدهای تولیدی مقاطع فولادی تبدیل می‌شود. به عبارتی، سنگ‌های آهن را در کوره انداخته و به آهن خام تبدیل می‌کنند. با آهن خام نیز می‌توان انواع محصولات آهنی، فولادی و چدن را تولید کرد. بنابراین، اولین گام جهت تولید فلزات آهنی، استخراج سنگ آهن و فرآوری آن است.

پیش بینی قیمت سنگ آهن

با توجه به نظر برخی از افراد کارشناس در سال‌های اخیر، با توجه به رشد عواملی مانند موجودی انبارهای فولادسازان، موجودی بنادر کشورهایی که سنگ آهن را صادر می‌کنند و موجودی بنادر چین، قیمت سنگ آهن کاهش یافته است. از سوی دیگر رشد عواملی مانند بهای فولاد، شاخص‌های اقتصادی کلان چین و شاخص حمل دریایی، قیمت جهانی سنگ آهن را افزایش داده است.

با توجه به دیدگاه‌های مختلفی که محققان حوزه معدن و فعالان بازار، براساس تحولات و شرایط جهانی، عوامل موثری که بر نرخ سنگ آهن تاثیر خواهند داشت، متغیر خواهد بود. بنا به سومین کنفراس معادن روباز ایران، عواملی مانند نرخ طلا، پارامترهای تولید ناخالصی داخلی چین و بهای نفت، بیشترین میزان تاثیر را داشته و از سوی دیگر پارامترهایی مانند نرخ تورم، نرخ بهره و ارزش دلار کمترین میزان تاثیر بر قیمت سنگ آهن را دارند.

عوامل موثر بر قیمت سنگ آهن

عوامل مختلفی در دنیا بر قیمت سنگ آهن تاثیر خواهند گذاشت که از بین آن‌ها می‌توان قیمت فولاد، بهای نفت خام، شاخص تولید ناخالص داخلی، بهای آلومینیوم، نرخ بهره، قیمت طلا، ارزش دلار، میزان تولید فولاد و آهن، نحوه قیمت‌گذاری شرکت‌های بزرگ و همچنین ارزش سهام را نام برد.

 بازیافت سنگ آهن

فلز فولادی که از سنگ آهن به دست می‌آید، به صورت کامل قابل بازیافت است. به بیان ساده می‌توان این فلز را در میان مواد اولیه و با همان کیفیت مواد خام اولیه، برای مدت طولانی و به منظورهای مختلفی استفاده کرد. ناگفته نماند که این فرآیند بازیافت می‌تواند به میزان زیادی در مصرف انرژی و مواد خام صرفه‌جویی کند. از هر تن فولاد بازیافت‌شده می‌توان در مصرف بیش از 1400 کیلوگرم سنگ آهن و 740 کیلوگرم ذغال سنگ کک صرفه‌جویی می‌شود. با توجه به مصارف گسترده سنگ آهن در صنایع مختلف و وجود محدودیت در استخراج آن، باید در هنگام استفاده بسیار دقت داشته باشید. پس بهتر است به جای سنگ خام از قراضه‌های آهنی برای تولید فولاد استفاده شود.