سنگ آهن چیست ؟

فلزات از مهمترین و پرکاربرد ترین عناصر جهان می باشند و امروزه در زندگی ما نقش پر رنگی را ایفا می کنند . فلزات در همه جا حضور دارند از بزرگترین سازه ها تا لوازم الکترونیکی و قطعات کوچک . رشد قیمت روز به روز فلزات نشانگر اهمیت فراوان آنهاست . فلزات دارای انواع زیادی می باشند که هر کدام کاربر مشخص و خاصی برای خود دارا می باشند . یکی از مهم ترین فلزات جهان آهن می باشد . آهن مبنای اصلی ساخت فولاد است . این ماده با ارزش از سنگ هایی به نام سنگ آهن به دست می آید .

سنگ آهن چیست ؟

درصد قابل توجهی از موادی که در اطرافمان وجود دارد به شکل مستقیم یا غیرمستقیم از معدن یا منبعی اولیه استخراج شده اند و در طی روند های مختلفی به ماده مورد نظر تبدیل شده اند . آهن نیز از سنگی تحت عنوان سنگ آهن بدست می آید . سنگ آهن نوعی کانی یا همان سنگ طبیعی است که حاوی درصد بالایی از ترکیبات آهن است . البته این درصد بالا در همان ابتدا قابل استفاده نبوده و پس از روند خالص سازی قابل استفاده می شود .

سنگ آهن ( Iron Ore ) حدود 5 درصد کل پوسته زمین را تشکیل داده است . این سنگ پس از روند استخراج و خالص سازی به آهن تبدیل می شود که یک ماده حیاتی برای صنعت فولاد به حساب می آید . فولاد در برنامه ها و صنایع مختلف به روش های بیشماری مورد استفاده قرار میگیرد .

این سنگ کاربردی به شکل های مختلفی در طبیعت یافت می شود نظیر سیدریت ، لیمونیت ، مگنتیت و هماتیت . اما اغلب با ناخالصی هایی نیز یافت می شوند که باید در طی روند خالص سازی آن ها را جدا نمود مثل فسفر ، گوگرد و آلومینا . میزان آهن موجود در سنگ آهن به صورت درصدی بیان می شود که به عنوان عیار آهن شناخته می شود . سنگ های با عیار بیشتر به دلیل دارا بودن میزان آهن بیشتر ، از ارزش بیشتری هم برخوردار می باشند .

سنگ آهن در کجا یافت می شود ؟

به طور کلی این سنگ در مناطق مختلفی در سراسر جهان یافت می شود . این سنگ در چندین کشور نظیر آفریقای جنوبی ، روسیه ، هند و چین ذخایر بیشتری نسبت به مناطق دیگر جهان دارد . کشور استرالیا بزرگ ترین تولید کننده سنگ آهن در جهان است .

چین با اینکه یکی از بیشترین منابع سنگ آهن را دارا می باشد ، بزرگ ترین مصرف کننده سنگ آهن در جهان هم می باشد . به همین دلیل این منابع در مقایسه با مصرف آن ها کافی نبوده و آن ها را وادار به واردات در کنار تولید کرده است .

در کشور ما ایران نیز منابع و معادن زیادی در سرتاسر کشور و در مناطق مختلف وجود دارند ، مناطقی نظیر یزد ، اصفهان ، کرمان ، خراسان و هرمزگان که دارای میزان سنگ آهن قابل توجهی می باشند و استخراج از آنها نیاز داخلی کشور را تامین می کند .

عیار سنگ آهن چگونه بدست می آید ؟

به میزان آهن موجود در سنگ آهن عیار گفته می شود و به صورت درصدی بیان می شود . این درصد نشان دهنده ارزش و کیفیت سنگ آهن است و هرچه بیشتر باشد قیمت و ارزش آن هم به مراتب بیشتر می شود . سنگ آهن با عیار بالاتر به دلیل داشتن میزان آهن بیشتر در فراینده های فولاد سازی بهتر و باعث بهبود کیفیت محصول نهایی می شود .

طبقه بندی عیار سنگ آهن در کشور های مختلف به گونه های متفاوتی انجام می شود اما اغلب از یک مقیاس استاندارد پیروی می کنند . یکی از این طبقه بندی ها طبقه بندی درجه استاندارد صنعتی بر اساس نسبت آهن است و به چهار دسته تقسیم می شود :

1. سنگ آهن عیار بالا : سنگ آهن عیار بالا معمولا دارای بیش از 60 درصد آهن است . این عیار از سنگ آهن توانایی استفاده مستقیم در کوره های بلند را دارد .
2. سنگ آهن عیار متوسط : سنگ آهن عیار متوسط معمولا دارای درصد آهنی بین 58 تا 60 می باشد . برای حذف ناخالصی این نوع سنگ ها ممکن است نیاز به انجام روند های پردازش یا فرآوری وجود داشته باشد .
3. سنگ آهن عیار پایین : سنگ آهن عیار پایین به سنگ هایی گفته می شود که میزان آهن موجود در آنها کمتر از 58 درصد باشد . این دسته از سنگ های آهن قبل از استفاده در تولید فولاد به فرآوری زیادی به منظور حذف ناخالصی ها نیاز دارند .
4. سنگ معدن فرعی ( حاشیه ای ) : سنگ معدن های فرعی یا حاشیه ای به دلیل برخوردار بودن از درصد کم آهن ، برای استخراج و فرآوری مناسب و مقرون به صرفه نیستند .

همان طور که مشاهده می کنید عیار سنگ آهن از اهمیت بالایی برخوردار می باشد . سنگ های آهن با عیار بیشتر برای استخراج و فرآوری مقرون به صرفه تر بوده و تولید کنندگان با توجه به کارایی و کیفیت مد نظر محصول خود الزامات خاصی را برای عیار سنگ آهن در نظر می گیرند .

نحوه تشخیص سنگ آهن چگونه است ؟

شناسایی سنگ آهن فرآیندی جذاب و خاص است که شامل مشاهده ویژگی های مختلف و انجام آزمایش های ساده می شود . برخی روش های ساده وجود دارد که به تشخیص سنگ آهن به شکل تقریبی کمک می کنند .

• تشخیص سنگ آهن از طریق شکل سنگ

بسته به ترکیبات معدنی موجود در سنگ آهن شکل سنگ آهن متفاوت می باشد . این سنگ ها در حالت طبیعی خود اغلب به صورت سنگ ها یا کانی هایی ظاهر می شوند که رنگ ، بافت و ویژگی های خاصی را از خود نشان می دهند . اما وابسته به نوع ترکیباتی که دارا می باشند ظاهری متفاوت از خود نشان می دهند . برای مثال مگنتیت که یکی از انواع سنگ های آهن است معمولا به شکل کریستال های هشت وجهی بوده و درخشندگی خاصی دارد ، اما ممکن است این سنگ به صورت تیره و زبر هم وجود داشته باشد . هماتیت یکی دیگر از سنگ معدن های آهن می باشد که می تواند صاف و صیقلی بوده و یا زبر و بد شکل باشد . در نتیجه ممکن است با مشاهده ویژگی های فیزیکی و ظاهر سنگ ها تا حدودی به ماهیت آنها پی برد اما هرگز نمی توان به شکل قطعی نوع آن ها را مشخص کرد .

• تشخیص سنگ آهن از طریق رنگ

بسته به اینکه سنگ آهن چه نوعی است رنگ آن می تواند متغیر باشد . برای مثال هماتیت که یکی از پرکاربردترین کانی های سنگ آهن است معمولا به رنگ قهوه ای مایل به قرمز به نظر می رسد . این در حالی است که مگنتیت به رنگ های سیاه یا خاکستری وجود دارد . بنابراین مشاهده رنگ یک سنگ ممکن است در شناسایی آن سنگ به ما کمک کند اما نمیتواند به صورت حتمی نوع آن را مشخص کند .

چند نوع سنگ آهن وجود دارد ؟

بسته به ترکیباتی که سنگ های آهن دارند به گونه های مختلفی تقسیم بندی می شوند . هر کدام از این نوع سنگ ها رنگ و شکل خاصی دارند و با ویژگی های خاص خود نیز شناخته می شوند . به طور کلی سنگ آهن به چهار دسته تقسیم بندی می شود که آنها را با نام های هماتیت ، سیدریت ، مگنتیت و لیمونیت می شناسند .

• سنگ آهن هماتیت چیست ؟

هماتیت یکی از پرکاربردترین و مهم ترین کانی های سنگ آهن است که با فرمول ( Fe₂O₃ ) شناخته می شود و معمولا به رنگ قهوه ای مایل به قرمز یافت می شود . این سنگ ساختاری توده ای داشته و به دلیل عیار بالای آهن خود از اهمیت بالایی برخوردار می باشد . از این سنگ آهن در تولید آهن و فولاد استفاده می شود .

• سنگ آهن مگنتیت چیست ؟

یکی دیگر از انواع سنگ آهن مگنتیت است که با فرمول ( Fe₃O₄ ) شناخته می شود . این نوع سنگ آهن با رنگ های سیاه یا خاکستری یافت می شود و معمولا درخشندگی خاصی را از خود نشان می دهد . مگنتیت خاصیت مغناطیسی داشته و توانایی جذب اجسام آهنی به خود را دارا می باشد . این سنگ آهن هم مانند هماتیت از اهمیت بالایی در صنایع فولاد برخوردار است .

• سنگ آهن لیمونیت چیست ؟

لیمونیت یکی از کانی های سنگ آهن است که مخلوطی از مواد معدنی است و اغلب به رنگ قهوه ای مایل به زرد یافت می شود . این سنگ معمولا در رسوبات لاتریت یافت می شود و در صنایعی مانند خودروسازی و پوشاک کاربرد دارد .

• سنگ آهن سیدریت چیست ؟

سیدریت یک کانی کربنات آهن می باشد که با فرمول ( FeCO₃ ) شناخته می شود و کاربرد به نسبت کمتری در مقایسه با هماتیت و مگنتیت دارد . این سنگ اغلب به رنگ قهوه ای مایل به خردلی بوده و ممکن است درخشندگی نیز از خود داشته باشد . این نوع سنگ با وجود میزان آهن کمتر به نسبت هماتیت و مگنتیت اغلب به عنوان منبع مهم آهن مورد استفاده قرار می گیرد و در صنایع زیادی مورد استفاده قرار می گیرد .

سنگ آهن چگونه تشکیل می شود ؟

سنگ آهن در طی فرآیند پیچیده زمین شناسی که شامل تاثیر عوامل مختلف در طول میلیون ها سال است تشکیل می شود . تشکیل سنگ آهن به طور کلی پنج مرحله دارد که شامل :

1. تشکیل اولیه سنگ معدن : در شرایط مناسب آهن محلول شده در آب های زیرزمینی با عناصر و ترکیبات دیگر واکنش داده و باعث تشکیل مواد معدنی سنگ آهن می شود .
2. رسوب گذاری : ذرات غنی از آهن در توده های آبی نظیر دریاچه ها ، دریاها و اقیانوس ها ته نشین شده و با گذشت زمان این ذرات به همراه سایر مواد رسوبی دچار رسوب شده و به شکل تدریجی در زیر لایه های رسوب دفن می شوند .
3. تراکم و سنگ سازی : جرم رسوب تشکیل شده باعث ایجاد فشار بر ذرات غنی از آهن شده و باعث تراکم آنها می شود . این فشرده شدن در گذر زمان به سنگی شدن لایه های رسوبی و تبدیل شدن آن ها به سنگ های رسوبی منجر می شود .
4. دگرگونی : پس از گذشت میلیون ها سال ، سنگ های رسوبی حاوی مواد معدنی غنی از آهن دچار دگرگونی شده و تغییرات ناشی از افزایش دما و فشار را تجربه می کنند . دگرگونی سنگ های رسوبی را فشرده و یکپارچه می کند . اگر سنگ ها فشار و گرمای بیشتری را تجربه کنند می توانند دچار تغییرات ساختاری شده و سنگ های دگرگونی حاوی کانی های آهن را تشکیل دهند .
5. غنی سازی سنگ معدن : گاهی ممکن است فرآیند هایی اضافی برای غنی سازی محتوای آهن درون سنگ ها رخ دهد . این می تواند در مواردی مانند آتش فشان ها که مایعات داغ غنی از آهن از طریق شکستگی های سنگ ها در گردش هستند رخ دهد .

البته که فرآیند ها و شرایط تشکیل سنگ آهن می تواند وابسته به موقعیت زمین شناسی و نوع ذخایر سنگ آهن متفاوت باشد .

خالص سازی و فرآوری سنگ آهن چگونه انجام می شود ؟

فرآوری به معنای تبدیل یک ماده خام به یک یا چند محصول خاص می باشد . در سنگ آهن نیز در طی چند مرحله سنگ معدن خام به محصولات قابل استفاده تبدیل می شود .

1. استخراج : در اولین مرحله باید سنگ آهن را از معادن آهن استخراج کنیم . به طور کلی این عملیات به گونه ای است که با استفاده از مواد منفجره سنگ های معدنی شکسته و خاک و سنگ و پوشش های گیاهی روی آن ها را کنار زده و پس از آن سنگ های باقی مانده آماده خرد شدن می شوند .
2. خرد کردن : پس از اتمام مرحله استخراج با استفاده از سنگ شکن ها سنگ های به دست آمده را خرد می کنیم .
3. غربال گری : پس از مرحله خرد کردن سنگ ها به منظور جداسازی ناخالصی ها و ذرات اضافی سنگ های آهن به غربال گری آن ها می پردازیم . در این مرحله سنگ های خرد شده از میان صفحات با اندازه های مختلف عبور می کنند . این صفحات به ذرات کوچک تر اجازه عبور داده و جلوی ذرات بزرگتر را می گیرند .
4. خشک کردن : پس از مرحله غربال گری سنگ ها را خشک می کنیم تا رطوبت آنها کاهش یابد . این امر برای فرآیند های گندله سازی و ذوب کردن بسیار ضروری می باشد .
5. گندله سازی : در مرحله گندله سازی ذرات ریزتر را با غلتاندن به شکل توپ های بزرگتری تبدیل می کنیم .
6. کنسانتره : برای کاهش میزان ناخالصی ها و همچنین افزایش میزان آهن پالایش بیشتری روی سنگ فرآوری شده انجام می شود .
7. ذوب و پالایش : مرحله نهایی در فرآوری سنگ آهن ذوب سنگ کنسانتره شده برای استخراج آهن خالص است . این کار اغلب در کوره های بلند انجام می شود . در آنجا سنگ آهن با کک و کربن ترکیب می شود . گرمای بسیار زیاد کوره باعث ذوب شدن آهن و تشکیل چدن مذاب می شود . پس از آن آهن برای تولید فولاد و یا سایر محصولات مبتنی بر آهن تصفیه شده مورد استفاده قرار می گیرد .

کاربرد های سنگ آهن چیست ؟

در دنیای امروز سنگ آهن به جزئی جداناپذیر از زندگی ما انسان ها تبدیل شده است . این عنصر در صنایع فراوانی کاربرد دارد و بسیاری از نیاز های ما را رفع می کند . در ادامه با برخی از کاربردهای سنگ آهن خواهیم پرداخت .

• تصفیه کننده ها : با تبدیل سنگ آهن به پودر و دانه های ریز می توان از آن به عنوان تصفیه کننده در سیستم های تصفیه آب استفاده کرد . این مواد در حذف ناخالصی ها و آلاینده های آب کمک می کنند .
• بتن سنگین : سنگ آهن با چگالی بالای خود استحکام و چگالی بتن را افزایش می دهد و آن ها را برای استفاده های تخصصی آماده می کند .
• اصلاح خاک : برای بهبود ساختار و حاصلخیزی خاک می توان از پودر ها یا دانه های ریز سنگ آهن استفاده کرد . این ریزدانه ها توانایی فراهم کردن مواد مغذی ضروری برای خاک را دارند و همچنین ظرفیت نگهداری آب در خاک را افزایش می دهند .
• رنگدانه ها : برخی از سنگ ها مانند هماتیت توانایی تبدیل شدن به پودر و استفاده به عنوان رنگدانه در رنگ ها ، سرامیک ها ، جوهر ها و غیره را دارا می باشند .

کاربردهای آهن خام چیست ؟

آهن خام اغلب به عنوان مواد اولیه در تولید آهن و فولاد به کار می رود . اما کاربردهای آهن خام بسیار بیشتر بوده و با پالایش بیشتر ، از آن برای ایجاد مواد مختلف نیز استفاده می کنند .

• تولید فولاد : اصلی ترین عنصر در تولید فولاد ، آهن خامی است که از سنگ آهن به دست می آید . فولاد عمدتاً آلیاژی از آهن و کربن است که برای افزایش خواص آن عناصر دیگری به آن اضافه می شود . همان طور که می دانید فولاد یکی از مهم ترین مواد صنعتی است که در صنایع مختلف کاربرد های فراوانی دارد .
• آهن فرفورژه : به آهنی که میزان کربن موجود در آن کمتر از 0/08 درصد باشد آهن فرفورژه می گویند . این فلز با تصفیه آهن خام و طی فرآیندی به نام پادلینگ تولید می شود . فرفورژه فلزی چکش خوار ، انعطاف پذیر و مقاوم در برابر خوردگی می باشد که در معماری های نوین و آهن کاری های زینتی کاربرد دارد .
• تولید چدن : چدن نوعی آلیاژ آهن است که نسبت به فولاد دارای کربن بیشتری است . چدن به دلیل مقاومت در برابر سایش و همچنین حفظ حرارت شناخته می شود . با ذوب آهن خام به همراه کربن و سایر عناصر چدن تولید می شود . چدن در ساخت موتور ها ، لوله ها ، ظروف پخت و پز و وسایل دکوری استفاده می شود .
• پودر آهن : آهن خام از روش های مختلفی مانند اتمیزه کردن به پودر آهن تبدیل می شود. پودر آهن در کاتالیزورهای شیمیایی و مواد افزودنی استفاده می شود .

جمع بندی

سنگ آهن یکی از مهمترین سنگ های معدنی است که 5 درصد از کل پوسته زمین را تشکیل می دهد . این سنگ که کانی هم هست در سراسر جهان در دسترس است و مورد استفاده قرار می گیرد . سنگ های آهن با تاُثیر عوامل مختلف و طی میلیون ها سال تشکیل می شوند . پس از استخراج با عملیات های مختلفی نظیر خرد کردن ، غربالگری ، خشک کردن ، گندله سازی ، کنسانتره و ذوب کردن آن را فرآوری می کنند و مواد مورد نیاز مثل آهن را از آن جدا می کنند . آهن به دست آمده در موارد زیادی مانند تولید چدن ، فولاد ، پودر آهن و آهن فرفورژه استفاده می شود .

این سنگ‌ها انواع گوناگونی مثل هماتیت، مگنتیت، لیمونیت و سیدریت داشته و به ازای میزان آهنی که دارا می باشند عیاربندی می‌شوند. هرچه عیار سنگی بالاتر باشد از آهن بیشتری برخوردار بوده و ارزش بیشتری خواهد داشت.