کنسانتره سنگ آهن چیست؟

کنسانتره آهن اولین ماده ای است که طی فرآیند هایی که در جهت احیا و حذف ناخالصی های سنگ آهن صورت می گیرند، به دست می آید. در واقع ماده استخراج شده از معادن را 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.

به صورت کلی سنگ آهن انواع مختلفی از نظر سطح ظاهری و نوع کانی دارد و رایج ترین انواع کانی های آن، هماتیت و مگنتیت نامیده می شوند. ماده 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 کنند. از سوی دیگر 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.

مشخصات کنسانتره

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.

در مورد مشخصات این ماده باید گفت که خلوص آهن آن در حدود 60 درصد آهن و حدود 5 درصد ناخالصی می باشد. اندازه ذرات کنسانتره آهن نیز بین 1/0 تا 3/0 میلی متر بوده و عیار آن نیز به واسطه درصد آهن موجود تعیین می شود؛ به طوری که هر چه میزان آهن بالاتر باشد، عیار کنسانتره افزایش می یابد و بر کیفیت و ارزش آن مؤثر است. این موضوع بر ناخالصی های این ماده نیز تأثیر دارد و هر چه عیار بالاتری وجود داشته باشد، کنسانتره ناخالصی کمتری دارد.

سایر مشخصات کنسانتره آهن نیز شامل رطوبت می باشد که معمولاً باید کمتر از 10 درصد باشد. در واقع مشخصات ذکر شده به همراه دانسیته این ماده، کیفیت و متناسب بودن آن را برای تولید محصولات فولادی تعیین می کنند.

حتما بخوانید:آلیاژ آهنی چیست

مزایای استفاده از کنسانتره

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.

از سوی دیگر می توان گفت استفاده از کنسانتره سبب کاهش آلودگی های زیست محیطی خواهد شد و این موضوع به کاهش انتشار کربن و گازهای گلخانه ای کمک می کند. همان طور که می دانید افزایش این گازها منجر به بیشتر شدن گرمای کره زمین خواهد شد. از این رو فرآیند فولادسازی به وسیله کنسانتره روند پر سرعت تر و راحت تری خواهد داشت.

برای اطلاع از قیمت ورق st52 به دسته بندی مربوطه مراجعه نمائید.

فرآیند تولید کنسانتره

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 مراحل فرآیند تولید کنسانتره پرداخته ایم:

1-خردایش

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.

2-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.

3-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 شدت بالا، شدت متوسط و شدت پایین تقسیم بندی می شوند.

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.

4-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.

کاربرد های کنسانتره

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
• رنگدانه در رنگ ها و پوشش ها
• کاتالیزور در واکنش های شیمیایی
• منبع آهن برای ساخت کود
• پودر آهن و در نتیجه ساخت آهن ربا، الکترودهای جوشکاری و ...
• و در نهایت ساخت مواد اولیه فولادی و در نتیجه محصولات فولادی مانند ورق ها و مقاطع مختلف که کاربردهای بسیاری را در صنایع و موارد روزمره ما دارند.

غربالگری درفرآوری کنسانتره

در زمان تولید کنسانتره، غربالگری پیش از فرآیندها و مراحل ذکر شده صورت گرفته و از جمله مهم ترین مراحل می باشد؛ به طوری که سبب افزایش فرآیند تولید خواهد شد. 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. همچنین برای این عملیات از یک صفحه استاتیک استفاده می کنند.

میزان مصرف کنسانتره در ایران

همان طور که دریافتید، کنسانتره یکی از مهم ترین مواد اولیه ای است که از طریق فرآوری سنگ آهن به دست می آید. با نداشتن کنسانتره، امکان تولید گندله و آهن اسفنجی و سپس فولاد مذاب و محصولات حاصل از آن وجود ندارد. از این رو با توجه به این میزان اهمیت و مطابق با آمارهای  به دست آمده می توان گفت مصرف کنسانتره در کشور ما همواره رو به افزایش است. از این رو برای دستیابی به این ماده، بهتر است میزان تولید را بیشتر کرد و سپس صادرات مواد اولیه به سایر کشورها را کمتر کرد.

از سوی دیگر بر اساس آمارهای فولادی، کشور ایران از ابتدا سال 1400 تا نیمه سال حدود 25 میلیون تن کنسانتره وارد کرده است. میزان مصرف این ماده نیز هر ساله با رشد 2 تا 3 درصدی همراه بوده است.

نکات راهنمای خرید کنسانتره

همان طور که اشاره شد، کنسانتره یکی از محصولات ثانویه است که از طریق استخراج و فراوری سنگ معدنی آهن به دست می آید. نکاتی که برای خرید این ماده باید در نظر داشته باشید، شامل موارد زیر هستند:

• ابتدا باید گفت رطوبت کنسانتره آهن باید کمتر از 10 درصد باشد؛ زیرا سبب کاهش کیفیت و استحکام فولاد نهایی در برابر زنگ زدگی و خوردگی خواهد شد.
• چگالی این ماده نیز بهتر است بین 2/0 تا 4/0 درصد باشد.
• کنسانتره به شکل خام بیشتر برای رنگ دانه، پودر آهن، ساخت کود و ... مورد استفاده قرار می گیرد و برای تولید محصولات فولادی باید آن را ابتدا به گندله و سپس آهن اسفنجی تبدیل کرد.
• هرچه عیار آهن این ماده بیشتر باشد، کیفیت بالاتری را به خود در زمان تولید محصولات فولادی اختصاص می دهد.

جمع بندی

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. کنسانتره حاصل از سنگ آهن نه تنها در تولید فولاد، بلکه در سایر صنایع به عنوان یک ماده اولیه مهم به شمار می آید.

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.