سنگ آهن
Iron ore یا سنگ آهن (با نماد شیمیایی Fe)، سنگی معدنی با رگه هایی از آهن است که طی فرایند ذوب و احیا، آهن از آن جدا می شود. این عنصر فلزی ۵ درصد از پوسته زمین را در بر گرفته است. بعد از استخراج سنگ آهن خام از زمین و جداسازی ناخالصی ها، پودر تیره رنگ نقره ای – قهوه ای آهن به دست می آید.
نکته جالب توجه در این است که این عنصر به راحتی اکسیده می شود و به تنهایی خیلی محکم نیست. بنابراین برای استفاده باید آلیاژ آن با استفاده از عناصر بسیاری تهیه شود. عناصری که متفاوتند و مقاوم ترین آن ها نیکل و کروم هستند.
آهن، فلزی اصلی و دهمین عنصر فراوان در جهان به شمار می رود و بیش از ۳۰۰ کانی آهن در طبیعت یافت می شود که مهم ترین آن ها عبارتند از: منیتیت Fe3O4، هماتیت Fe2O3، گوتیت FeOOH، لیمونیت Fe2O3.nH2O، سیدریت FeCO3، شاموزیت FeSiO4، مارتیت و ماگهمیت.
صنعت فولاد و آهن یکی از اساسی ترین پایه های فعالیت های اقتصادی و صنعتی هر کشور را تشکیل می دهند. این امر به سبب نیاز مبرمی است که انسان برای پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. اگر با نگاه دقیق و موشکافانه به کاربرد این ماده در عصر حاضر بنگریم اهمیت این عنصر حیاتی راخواهیم فهمید، چرا که صرف نظر از کاربرد آهن در صنایعی مثل ساختمان سازی و یا پل سازی، از آن به عنوان عنصر اساسی در صنایع اتومبیلسازی، کشتیسازی، لوکوموتیوسازی و اساس تکنولوژی ماشین آلات استفاده می شود.
تاریخچه استفاده از آهن:
با نگاهی به آثار به دست آمده از گذشتگان می توان گفت اولین نشانه های تاریخی استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان باز می گردد. یعنی بشر تقریبا ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد، با آهن کشف شده از شهاب سنگ ها، اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیورآلات می ساخته است. باستان شناسان حدس می زنند که بشر به صورت کاملا تصادفی، بر اثر حرارت دادن زیاد صخره های کانی با استفاده از زغال سنگ، آهن خالص بهدست آورده است. بعدها در کشوری مانند چین حدود ۵۵۰ قبل از میلاد، به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. به طوری که آهن خام یا چدن نیز توسط چینی ها تولید شد.
به طور کلی استخراج آهن از ترکیب های طبیعی، به مرور زمان تکامل یافت تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی، موسوم به کوره کانالانی، ابداع شد. امروزه و در عصر حاضر نیز واحدهای بزرگ استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت های بالا، تقریبا با تكامل همان كوره ها احداث شده و مورد استفاده قرار می گیرند.
به طور کلی قسمت عمده سنگ آهن در روش سنتی تولید آهن و فولاد (کوره بلند) مصرف شده و قسمت جزئی از آن در سایر روش ها مانند احیای مستقیم به کار می رود (۱۰ درصد در روش احیای مستقیم و ۹۰ درصد در کوره بلند) و سنگ آهن همچنان ماده اولیه اصلی روش کوره بلند برای تولید چدن در جهان به شمار می رود. البته علاوه بر روش کوره بلند، در سال های گذشته، روش های جدیدی نیز بهکار گرفته شده که با گندله سنگآهن، نرمه و کنسانتره در کورههای قوسی و LFS تغذیه میشوند. امروزه نیز روش های جدیدی برای تولید چدن ابداع شده است.
مشخصات لازم برای سنگ آهن با توجه به نوع مصرف و منطقه تولید و تهیه متفاوت است. به عنوان مثال سنگ آهنی که در روش سنتی به خوبی به کار گرفته می شود، ممکن است قابل استفاده در روش احیای مستقیم نباشد.
سنگ معدنی آهن و خواص کانی های متشکله آن از نظر فیزیکی و شیمیایی مانند پرعیار کردن و کلوخه کردن بستگی به نوع تشکیل و تغییرات آن ها در دوران های زمین شناسی دارد. کانسارهای آهن از نظر زمین شناسی به ۴ دسته تقسیم می شود که عبارتست از:
- کانسارهای رسوبی
- کانسارهای آتشفشانی یا هیدروترمال
- کانسارهایی که پرعیار شدن آهن محتوای آن ها ناشی از حلالیت و خروج ناخالصی های موجود در سنگ به وجود آمده اند.
- کانسارهایی که منشا سولفوری داشته و در اثر تغییرات فیزیکی و شیمیایی به کانسارهای آهنی تبدیل شده اند.
کاربرد سنگ آهن برای تولید آهن و فولاد معمولا به یکی از روش های زیر صورت می گیرد:
- سنگ آهن دانه بندی شده
این مورد امروزه کمتر مورد مصرف است، چرا که خاصیت احیاپذیری آن کم است. در هرحال برای مصرف سنگ آهن به صورت مستقیم در تهیه آن باید ابعاد آن کاملا مشخص باشد.
- سنگ آهن به صورت کلوخه
متداولترین و معمولترین روش کاربرد سنگ آهن به صورت کلوخه است که هرسال حدود ۷۰۰ میلیون تن کلوخه تولید و در صنایع تولید آهن و فولاد مصرف می شود.
- سنگ آهن به صورت گندله
امروزه حدود ۳۰۰ میلیون تن در سال گندله تولید می شود که بیش از ۸۰ درصد آن در کوره بلند و بقیه در احیای مستقیم مصرف می شود.
بیشتر بخوانید:
نقش آهن در عصر پیشرفت و تکنولوژی:
امروزه آهن مهم ترین عنصر مورد استفاده در صنایع مختلف است، به طوری که ۹۵ درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را آهن تشکیل می دهد. این امر به سبب قیمت پایین تر و مقاومت بالای آن است. به همین سبب است که در صنایع بزرگی مثل اتومبیل سازی و کشتی سازی و ساختمان سازی استفاده از آن اجتناب ناپذیر و بدون جایگزینی است.
آلیاژهای آهن:
معروف ترین آلیاژ آهن فولاد است. رتبه بعدی از آن آهن خام است با ۴ تا ۵ درصد كربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد، سیلیکون و فسفر. آلیاژ سوم را چدن تشکیل می دهد که شامل ۲ تا ۵/۳ درصد کربن و مقدار کمی منگنز است. آلیاژ بعدی فولاد کربن است که دارای ۵. تا ۵/۱درصد کربن و مقادیر کمی منگنز، گوگرد، فسفر و سیلیکون است. آهن ورزیده یا آهن نرم با کمتر از ۵. درصد كربن، فولادهای آلیاژی (حاوی مقادیر متفاوتی کربن و همراه با فلزات دیگر مانند کروم، وانادیم، مولیبدن، نیکل و تنگستن) و اکسیدهای آهن كه عموما در ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر كاربرد دارند، از دیگر انواع آلیاژهای مختلف آهن بهشمار می روند.
فرایند تولید:
برای این که یک تن آهن در یک کوره بلند تولید شود، نیاز به ۷۵/۱ تن سنگ آهن، ۷۵۰ کیلو زغال سنگ و ۲۵۰ کیلو سنگ آهک است که این فرایند ۵/۴ متریک تن هوا نیز مصرف می کند. دمای هوا در مرکز کوره به ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد می رسد.
تولید کنندگان سنگ آهن در جهان:
در این لیست استرالیا در صدر جدول تولیدکنندگان آهن جهان قرار می گیرد. بعد از آن چین و برزیل قرار دارند. دیگر تولید کنندگان بزرگ روسیه و امریکا هستند.
از نظر صادرات و واردات نیز چین بزرگترین تولید کننده فولاد دنیاست و ۴۴ درصد تولید جهان را در دست دارد و برای تامین نیاز سنگ آهن خود، هم تولید دارد و هم واردات، به طوری که با این که رتبه دوم تولید سنگ آهن جهان از آن چین است، اما چین اولین وارد کننده این ماده اولیه مهم نیز به شمار می رود.
مصرف:
اولین و بزرگترین صنعت متقاضی سنگ آهن، صنعت فولاد است و این صنعت بزرگترین مصرف کننده سنگ آهن است، چرا که ۹۸ درصد تولید سنگ آهن جهان را استفاده می کند. در نتیجه آن چه که میزان نیاز به سنگ آهن را مشخص می کند، میزان تولید فولاد است.
منابع آهن در ایران
عمده کانسارهای سنگ آهن كشف شده در ایران، به انواع ماگمایی، دگرسانی ـ گرمابی، رسوبی ـ گرمابی، رسوبی و دگرگونی تقسیم می شوند. ﻣﻴﺰان ذﺧﺎﻳﺮ ﺳﻨﮓ آﻫﻦ در اﻳﺮان ﺣﺪود ۵/۴ ﻣﻴﻠﻴﺎرد ﺗﻦ ﺑﺮآورد ﺷﺪه است ﻛﻪ ۲,۵ ﻣﻴﻠﻴﺎرد ﺗﻦ آن ﻗﻄﻌﻲ اﺳﺖ و ﺑﻴﺸﺘﺮ اﻳﻦ ذﺧﺎﻳﺮ در ﻣﻨﺎﻃﻖ ﻣﺮﻛﺰي، ﮔﻞ ﮔﻬﺮ سیرجان و ﺳﻨﮕﺎن ﺧﺮاﺳﺎن ﻫﺴﺘﻨﺪ و اﻳﻦ ﻣﻨﺎﻃﻖ ﺑﻪ ﺗﺮﺗﻴﺐ داراي ۱، ۲ و ۲/۱ ﻣﻴﻠﻴﺎرد ﺗﻦ ذﺧﺎﻳﺮ اﺣﺘﻤﺎﻟﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ.
در میان کشورهای جهان و تولیدکنندگان فولاد تنها پنج کشور ایران، آمریکا، آفریقای جنوبی، مکزیک و روسیه هستند که داراي ﺳﻪ ﻋﻨﺼﺮ اﺻﻠﻲ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻓﻮﻻد ﻳﻌﻨﻲ ﺳﻨﮓ آﻫﻦ، اﻧﺮژي و آب ﻫﺴﺘﻨﺪ. این عامل و وجود ذخایر۵/۴ میلیارد تنی سنگ آهن در ایران باعث شده صنعت فولاد در کشورمان از مزیت نسبی برخوردار باشد.