کنسانتره سنگ آهن چیست؟

شروع انقلاب صنعتی در اروپا سبب افزایش نیاز صنایع مختلف به فولاد برای تولید محصولات آن ها گردید؛ در نتیجه کشف معادن و استخراج سنگ آهن از آن ها توسط کشورهای گوناگون اتفاق افتاد. این ماده نه تنها در تولید فولاد، بلکه در سایر صنایع به عنوان یک ماده اولیه مهم به شمار می آید.

البته لازم به ذکر است سنگ آهن به تنهایی خام بوده و درون آن کانی های مختلف از جمله هماتیت و مگنتیت وجود دارد. وجود ناخالصی در سنگ آهن سبب انجام فرآیند احیا و حذف ناخالصی ها گردید. در نهایت ماده استخراج شده از معادن طی فرآیندهای احیا، روش های شیمیایی و فیزیکی، ابتدا به کنسانتره (Iron concentrate) یا سنگ آهن دانه بندی شده، سپس گندله، آهن اسفنجی و در پایان به فولاد مذاب تبدیل می کنند.

همان طور که اشاره شد، سنگ آهن همراه با کانی های مختلف استخراج می شود که رایج ترین آن ها مگنتیت و هماتیت است. کنسانتره از سنگ آهن مگنتیت که دارای خاصیت مغناطیسی است، به دست می آید و در ابتدا به شکل پودر سیاه رنگ می باشد. از این ماده برای بالا بردن عیار آهن خام استفاده می کنند. در واقع عیار و درصد خالصی سنگ آهن در ابتدا 50 درصد است که پس از طی عملیات فراوری به 68 درصد افزایش می یابد. همچنین سنگ ‌آهن را بر اساس سایز قطعات به دو دسته دانه‌ ریز (Fines) و دانه‌ درشت (Lumps) تقسیم‌ بندی می نمایند.

کنسانتره یک محصول فله ای بوده و از طریق قطار یا دریا حمل می شود. این ماده به معنای متراکم و فشرده است و در طی فرآیند خرد کردن، آسیاب، جداسازی مغناطیسی و فلوتاسیون تولید می شود. از کنسانتره در فرآیند های احیا و تولید آهن اسفنجی و بریکت استفاده شده و دارای قابلیت غیر قابل اشتعال و انفجار است. این ماده هیچگونه مواد اضافی مضر و آسیب زننده به محیط زیست را تولید نمی کند و علاوه بر آن از نظر صرفه جویی در زمان و هزینه نقش مهمی دارد.

چگالی کنسانتره آهن

همان طور که ذکر شد، کنسانتره یک کانی به رنگ سیاه و پودری است که بیشترین ذرات آن آهن است، اما سایر عناصر مانند تیتانیوم، وانادیوم، کروم و به میزان جزئی از عناصر با ارزش دیگر نیز در آن موجود هستند. چگالی واقعی کنسانتره آهن در حدود 6/4 تن بر متر مکعب و چگالی ظاهری این ماده در حدود 4/2 تن بر متر مکعب برآورد شده است.

حتما بخوانید:آلیاژ آهنی چیست

کاربرد کنسانتره آهن

بهتر است بدانید کنسانتره سنگ آهن دانه بندی بسیار ریزی داشته و در نتیجه سبب ایجاد اختلال در عملیات کوره بلند خواهد شد؛ از این رو قبل از مصرف به گندله و آهن اسفنجی تبدیل می کنند. در واقع می توان گفت قیمت آهن در نهایت بسته به کیفیت کنسانتره تولید شده، گندله، آهن اسفنجی و روش احیا این مواد دارد. با این وجود کاربرد کنسانتره در موارد زیر می باشد:

• گندله سازی
• ساخت بریکت (آهن اسفنجی) حاوی آهن یا بلوکه فشرده
• صنعت ذوب

مزایای استفاده از کنسانتره آهن

از مزایای استفاده از کنسانتره آهن در فولادسازی می توان به کنترل کردن عیار سنگ آهن و حتی افزایش آهن، حذف ناخالصی های سنگ آهن، یکپارچه شدن فرم ظاهری آن، کاهش هزینه های ذوب و انرژی و کمتر کردن هزینه تصفیه به مقدار زیاد اشاره کرد. به همین دلیل است که کنسانتره آهن یکی از پرمصرف‌ترین محصولات در صنعت ذوب به شمار می آید.

فرآوری سنگ آهن

دلایل فرآوری سنگ آهن شامل موارد زیر است:

• کنترل و افزایش عیار آهن موجود در سنگ آهن
• حذف و پاکسازی عناصر مضر و ناخالصی سنگ
• یکپارچه سازی فرم ظاهری و داخلی سنگ

با این حال روش های فراوری سنگ آهن شامل موارد زیر است:

سنگ آهن دانه بندی شده

سنگ آهن دانه بندی شده از طریق روش خشک تولید شده که در آن به وسیله آهن ربا، آهن خالص با عیار بالا از ناخالصی های کم عیار جدا می گردد. این در صورتی است که در تولید کنسانتره به وسیله خرد کردن و آسیاب کردن سنگ آهن، جداکننده های مغناطیسی را برای افزایش عیار سنگ آهن به کار می برند.

در تولید سنگ آهن دانه بندی شده از روش های مکانیکی و مغناطیسی استفاده کرده و ماده نهایی عیار بسیار بالایی نداشته و در نتیجه در سیستم های احیا مستقیم قابل استفاده نمی باشد؛ از این رو در روش کوره بلند به کار برده می شود.

تولید کنسانتره سنگ آهن

در تولید کنسانتره ابتدا آهن موجود در سنگ آهن از سایر مواد جدا شده و کنسانتره باید به درجه آزادسازی مورد نظر برای بهتر جدا شدن آهن از ناخالصی ها برسد. دانه بندی این ماده به طور معمول زیر 150 میکرون بوده و با استفاده از عملیات های فیزیکی و جدا کننده های مغناطیسی تولید آن انجام می گیرد. در ادامه به بررسی فرآیند تولید کنسانتره پرداخته ایم.

1-غربالگری

ابتدا باید برای جدا کردن ذرات ریز از سنگ شکن استفاده شود؛ زیرا این ذرات سبب کاهش کارایی سنگ شکن و افزایش نیروی کششی برای خرد کردن آن ها خواهند شد. غربالگری و انحراف ذرات ریز سبب افزایش کارایی سنگ شکن برای مرحله خرد کردن می شود.

2-خرد کردن

در این مرحله سنگ آهن جهت به دست آوردن اندازه مناسب آهن برای آسیاب (F80) شکسته می شود. در واقع مواد غربالگری شده در این مرحله دارای طولی بین 20 تا 100 هستند که پس از شکستن و خرد شدن به اندازه های کوچک تر از 20 – 25 سانتی متر می رسند. برای جلوگیری از نفوذ دانه های ریز به سنگ شکن نیز، یک سرند در قسمت تغذیه تعبیه شده است. این سنگ شکن معمولاً از نوع مخروطی است. در نهایت سنگ های خرد شده به انبار منتقل می شوند.

3-آسیاب کردن

پس از خرد شدن، سنگ آهن دانه بندی شده به همراه آب وارد بالمیل شده و به ابعاد زیر 5/0 میلی متر رسیده و به صورت دوغاب در می آید. این دوغاب (Slurry) پالپ نامیده می شود و سپس وارد دستگاه هیدروسیلکون شده تا ذراتی که ابعاد بیشتری دارند، مجدداً وارد آسیاب شده تا به اندازه مجاز رسند و ذراتی که ابعاد مجاز دارند، از سر ریز به مرحله بعدی منتقل شوند.

4-جداسازی مغناطیسی

برای رسیدن عیار بیشتر کنسانتره ای که غلظت آهن کمتری (مگنتیت) درون خود دارد (65 درصد)، آن را به یک مدار جداکننده مغناطیسی هدایت می کنند. درام‌ های مغناطیسی مواد مغناطیسی را جمع آوری کرده تا بیشتر متمرکز شوند. آن ها در سه نوع تقسیم بندی می شوند:

• شدت بالا
• شدت متوسط
• شدت پایین

مدل درام شدت بالا جهت جداسازی ناخالصی کنسانتره استفاده شده و به طور معمول 2000 گوس به بالا می باشد. از درام مغناطیسی متوسط و شدت پایین نیز بسته به عیار کنسانتره و برای افزایش آن استفاده می کنند.

5-آبگیری

در آخرین مرحله، بر روی سنگ آهن آبگیری انجام شده تا عیار آن افزایش یابد. این نوع سنگ آهن درون خود آب ذخیره داشته و برای خشک کردن آن، فیلترهای مخصوصی نیاز است. سنگ آهنی که عیار بالا دارد، رطوبت 9 تا 10 درصدی داشته که استاندارد است. پس از این مرحله، کنسانتره به تینکر منتقل می شود. در تینکر، مواد سنگین و جامد ته نشین شده و آب از بالای دستگاه سرریز شده تا مواد جامد به وسیله بازوی کف تینکر به سمت مرکز و با پمپ به سد باطله منتقل شوند. جهت افزایش سرعت ته نشینی این مواد نیز از یک ماده شیمیایی با عنوان فلوکولانت استفاده شده که سبب افزایش سرعت چسبیدن ذرات و سقوط آن ها نیز خواهد شد.

جمع بندی

در نهایت باید گفت کنسانتره یک پودر سیاه رنگ است که از طریق حذف ناخالصی های سنگ آهن به دست آمده و برای تولید گندله و آهن اسفنجی و سپس فولاد استفاده می گردد. بهترین توصیه برای تولید کنسانتره این است که پیش از تهیه سیکلون ها، جداکننده های مغناطیسی، مارپیچ ها و سمپلرها حتما با افراد متخصص در این زمینه مشورت کنید. بهتر است بدانید اگر کنسانتره دارای عناصری مانند فسفر و گوگرد باشد، جهت فراوری آن از روش فلوتاسیون(Flotation)  استفاده می شود.