سنگ آهن چیست؟

سنگ‌ آهن یکی از انواع سنگ معدن، حاوی رگه‌هایی از آهن (Fe) است. که در نقاط مختلف دنیا در دسترس است. در این رابطه، سنگ‌هایی که بیش از 20 درصد آهن داشته باشند، سنگ معدنی آهن نامیده می‌شوند. فراوانی منابع و معادن اولیه، استحکام، سهولت در فرآوری و ذوب و نیز برخورداری از قیمت مناسب، از دلایل رواج استفاده از سنگ‌آهن است. و آن را به یک کالای باارزش در تولیدات صنعتی و رونق اقتصادی تبدیل کرده است.

سنگ آهن چیست؟

سنگ‌آهن، ماده اولیه تولید فولاد است. و 98 درصد استخراج این ماده در سطح جهان، به‌منظور تولید فولاد استفاده می‌شود. این عنصر که به‌راحتی اکسیدِ می‌شود، چندان محکم نیست و آلیاژ آن، برای افزایش استحکام در صنعت ساختمان‌سازی و نظایر آن، با استفاده از عناصر مختلف به‌ویژه نیکل و کروم تهیه می‌شود. ازآنجاکه صنایع خودروسازی و ساخت‌وساز، مصرف‌کنندگان اصلی فولاد هستند. بنابراین میزان تقاضای فولاد در این صنایع، بر تقاضا و قیمت سنگ‌آهن مؤثر است. سنگ‌آهن یکی از محبوب‌ترین و کاربردی‌ترین مواد معدنی موجود می‌باشد. آهن چهارمین عنصر موجود در پوسته زمین می‌باشد. که میزان آن در پوسته زمین حدود 5 درصد می‌باشد و سنگ‌هایی که پیش از 20 درصد آهن داشته باشند. سنگ معدنی آهن نامیده می‌شوند. استخراج فلز آهن از سنگ‌آهن با یک عمل شیمیایی انجام می‌پذیرد.

سنگ‌آهن در صورت مذاب شدن، آهن فلزی (Fe) حاصل می‌شود. سنگ‌آهن اغلب از اکسیدهای آهن تشکیل‌شده است. که اشکال اولیه آن مگنتیت (Fe304)  و هماتیت (Fe203)  است.

سنگ آهن ترکیبی از مواد معدنی است که می توان از آن آهن فلزی را به صورت اقتصادی استخراج کرد.

حقایق کلیدی

• پنج کشور تولیدکننده سنگ آهن اول 81.3 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده اند.
• در سال 2019، ذخایر جهانی سنگ آهن به 168.6 میلیارد تن رسید.
• کاربرد اصلی سنگ آهن، ساخت فولاد است که 100% قابل بازیافت

انواع سنگ آهن

انواع سنگ های اصلی استخراج شده برای تولید آهن فلزی عبارتند از: هماتیت عظیم، گوتیت پیزولیتی/لیمونیت، که یک سنگ معدنی با عیار بالا را ایجاد می کند، و سنگ آهن فرا رسوبی نواری، متاسوماتیت غنی از مگنتیت، همچنین تا حدی بسیار کمتر سنگ های غنی از سیدریت، سنگ های غنی از شاموزیت که یک سنگ معدنی با عیار پایین را فراهم می کند.

سنگ معدن با عیار بالا

در حال حاضر بیشتر سنگ آهن استخراج شده در جهان از ذخایر بزرگ سنگ هماتیت عظیم که در اثر غنی سازی درجا یک پروتور که خود قبلاً با آهن غنی شده است، تشکیل شده است. که معمولاً یک سازه آهن نواری (BIF) است.

 نوع دیگری از کانسارهای با عیار بالا، سنگ معدن لیمونیت/گوتیت پیزولیتی است.

مدل اجماع برای تشکیل سنگ معدنی عظیم هماتیت، غنی‌سازی با عبور سیالاتی است که کانی‌های غیر آهن‌دار (عمدتاً بی ارزش) را حذف می‌کنند و تا حد بسیار اندکی کانی‌های آهن را اضافه می‌کنند. انواع مختلفی از این مدل وجود دارد که پذیرفته‌شده‌ترین آنها غنی‌سازی توسط فرآیندهای ابرژنی است.

سنگ معدن با عیار بالا معمولاً دارای عیار برش ~> 60% آهن است. در گذشته خوراک مستقیم کارخانه های ذوب را معمولاً به صورت کلوخه خام یا ریز، همچنین به شکل فرآوری شده مانند زینتر یا گلوله آماده می کردند. بازارهای نوظهوری برای انواع جدید مواد اولیه وجود دارد. به عنوان مثال می توان به کاربید آهن متخلخل و سنگ معدن ‘DRI’ اشاره کرد که سنگ معدن طبیعی با آهن > 69 درصد و سطوح کم عناصر کمیاب خاص مناسب به عنوان خوراک برای کارخانه های ذوب ‘احیای مستقیم’ است.

سنگ معدن کم عیار

سنگ معدن کم عیار اصطلاحی است که برای سنگ های غنی از آهن با عیار برش در محدوده 25 تا 30 درصد آهن به کار می رود. این منبع اصلی سنگ آهن برای قرن ها ماده اولیه تولید آهن در جهان بود. در دهه 1950 منبع اصلی آمریکای شمالی سنگ معدن کم عیار بوده است.

ماده معدنی آهن اقتصادی غالب در سنگ معدن کم عیار مگنتیت است. سنگ معدن ممکن است به راحتی توسط فرآیندی که به عنوان جداسازی مرطوب مغناطیسی شناخته می شود بهره مند شود. این فرآیند برای چندین دهه در آمریکای شمالی به کار گرفته شده است.

BIF با هماتیت به عنوان ماده معدنی آهن غالب نیز ممکن است از طریق فرآیندهای هیدرومتالورژیکی مرطوب بهره مند شود، اگرچه به دلیل محدودیت های اقتصادی به ندرت از آن استاستفاده می شود.

سنگ عظیم هماتیت

در سال 1915 اولین معدن بزرگ سنگ آهن در استرالیا در یک ذخیره عظیم هماتیت در Iron Knob توسط شرکت BHP Pty Ltd افتتاح شد. از آن زمان تاکنون حدود 200 تن سنگ معدن با عیار بالا از پنج معدن عظیم هماتیت در محدوده Middleback استخراج شده است. از سال 1915 تا 1965 معادن Iron Monarch و Iron Baron-Iron Prince منبع اصلی سنگ معدن برای صنعت آهن و فولاد استرالیا بودند.

چشم‌انداز عجیب و غریب یک کانسار عظیم هماتیتی با منشأ هیدروترمال است.

سنگ آهن فرا رسوبی نواری

منبع ناهنجاری ها یک سنگ آهن غنی از مگنتیت است که معمولاً یک BIF است. این BIF ها به ترتیب سن در زیر توضیح داده شده اند.

Archean/Proterozoic BIF

برآمدگی‌های کوتاه متعددی از آرکئن‌های پسین تا BIF پالئوپروتروزوییک در این معادن وجود دارد. 

BIF آرکئن پسین تا پالئوپروتروزوییک

یک منبع اصلی سنگ آهن کم عیار با طول ضربات گسترده در شبه جزیره ایر مرکزی و شرقی، کوه وودز داخلی و در منطقه ای از تارکولا NNE تا لانه هاوکز تشکیل می دهد.

Wilgena Hill Jaspilite، Middleback Ranges.

این کانسار در گریدهای 20-30٪ Fe و مقادیر DTR از 20-35٪.  تایید شده است.

مزوپروتروزوییک BIF

در شبه جزیره ایر مرکزی یک ناهنجاری مغناطیسی خطی شرقی-غربی با طول 50 کیلومتر وجود دارد. حفاری در چشم انداز Warramboo این منبع را به عنوان رکورد گنیس حامل مگنتیت فرا رسوبی رخساره گرانولیت شناسایی کرده است. که احتمالاً در اصل یک BIF است. محتوای مگنتیت به طور متوسط ​​25٪ است. آزمایش بهره‌وری توسط یک فرآیند جداسازی مغناطیسی نسبتاً ساده آسیاب و مرطوب، درجه مناسبی برای استفاده در تولید DRI (آهن کاهش‌یافته مستقیم) به دست آورد. منبع منتشر شده 3.69 میلیارد تن با 16% Fe است که آن را به یکی از بزرگترین منابع آهن مطابق با JORC در استرالیا تبدیل می کند. 

حفاری های جدید یک رکورد دیگر گنیس، کوارتز-مگنتیت-فلدسپات-آمفیبول-بیوتیت میلونیته شده را شناسایی کرده است. که حداکثر عیار آن 27 درصد آهن گزارش شده است. منابع استنباط شده در ارتفاع ~ 560 Mt گزارش شده است. آزمایش لوله دیویس نشان می دهد که سنجش کنسانتره مگنتیت Fe = 68.9٪ و SiO 2  = 2.4٪ می تواند تولید شود. علامت مغناطیسی گسل کراری به طور ناپیوسته برای 300 کیلومتر به سمت شمال شرقی باقی می ماند.

نئوپروتروزوییک BIF

این سنگ به عنوان BIF از نوع Rapitan توصیف شده است (یعنی مرتبط با توالی های یخبندان). میانگین درجه خلوص آن حدود 25٪ آهن است.

متاسوماتیت غنی از مگنتیت

معمولا بصورت انباشته هایبزرگ متاسوماتیت غنی از مگنتیت دیده می شوند و در لایه های زیرین ضخامت متوسط از رسوبات پوششی آنها از چند متر تا تقریبا 100 متر است.

سنگ ماگمایی غنی از آهن

این سنگ آهن به نسبت سایر سنگ های آهن در کل کمتر دیده می شود.

رسوبات غنی از آهن

پتانسیل اصلی سنگ آهن آنها به بازیابی اقتصادی ایلمنیت یک کانی Fe-Ti، از ماسه های معدنی به ویژه در حوضه موری مربوط می شود.

کاربرد های سنگ آهن

استفاده اولیه از سنگ آهن (98%) ساخت فولاد است. 2٪ باقیمانده در برنامه های مختلف دیگر استفاده می شود. مانند:

• پودر آهن – برای انواع خاصی از فولادها، آهنرباها، قطعات خودرو و کاتالیزورها.
• آهن رادیواکتیو (آهن 59) – برای پزشکی و به عنوان یک عنصر ردیاب در تحقیقات بیوشیمیایی و متالورژی.
• آهن مایع – در رنگ، جوهر چاپ، پلاستیک، لوازم آرایشی (به عنوان مثال، سایه چشم)، رنگ های هنرمند، مایع لباسشویی، رنگرزی کاغذ، کود، پوشش های لعابی پخته شده روی وسایل نقلیه و لوازم خانگی، و پرداخت های صنعتی.
• اکسید آهن سیاه – به عنوان رنگدانه در ترکیبات صیقل دهنده، متالورژی، پزشکی، جوهرهای مغناطیسی و فریت ها برای صنعت الکترونیک.

سنگ آهن، مصارف جهانی، 2019

تولیدات بین المللی

رتبه بندی سنگ آهن کانادا در مقیاس بین المللی را بیابید:

پنج کشور بزرگ تولیدکننده سنگ آهن 81.3 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص دادند.

تولید معدن جهانی سنگ آهن، بر اساس کشور، 2019 (ص)

رتبه بندی	کشور	میلیون تن	درصد از کل
1	استرالیا	930	36.5٪
2	برزیل	480	18.9٪
3	چین	350	13.7٪
4	هندوستان	210	8.2٪
5	روسیه	99	3.9٪
6	آفریقای جنوبی	77	3.0٪
7	اوکراین	62	2.4٪
8	کانادا	58	2.3٪
9	ایالات متحده	48	1.9٪
–	کشورهای دیگر	232	9.1٪
جمع		2,546	100.0%

تولید معدن جهانی سنگ آهن، 2010-2019

ذخایر جهانی

ذخایر جهانی سنگ آهن خام، بر پایه کشور، 2019 (ص)

رتبه بندی	کشور	میلیون تن	درصد از کل
1	استرالیا	48000	28.4٪
2	برزیل	29000	17.2٪
3	روسیه	25000	14.8٪
4	چین	20000	11.9٪
5	اوکراین	6500	3.9٪
6	کانادا	6000	3.6٪
7	هندوستان	5500	3.3٪
8	ایالات متحده	3000	1.8٪
9	ایران	2700	1.6٪
–	کشورهای دیگر	22900	13.6٪
جمع		168600	100.0%

قیمت

قیمت سنگ آهن در دهه گذشته نوسان داشته است. قیمت ها از بالاترین رقم 187 دلار آمریکا در هر تن در فوریه 2011 به کمترین میزان 41 دلار آمریکا در دسامبر 2015 کاهش یافت. در طول سال 2016، قیمت سنگ آهن تا مارس که شروع به افزایش کرد، ثابت بود و سال را با 80 دلار آمریکا در هر تن به پایان رساند. قیمت ها در فوریه 2017 به 89 دلار رسید و سپس در بقیه سال کاهش یافت. بالاترین قیمت در سال 2018، 77 دلار آمریکا در ماه فوریه بود، سپس در ماه جولای به 65 دلار آمریکا کاهش یافت و در نوامبر به 73 دلار آمریکا رسید و سال را با 69 دلار آمریکا در دسامبر به پایان رساند. قیمت ها در جولای 2019 به 120 دلار افزایش یافت و سپس به تدریج کاهش یافت و در دسامبر روی رقم 93 دلار آمریکا تثبیت شد.

قیمت سنگ آهن، میانگین ماهانه، 2010–2019

بازیافت

فولاد 100٪ قابل بازیافت است. به این معنی که می توان آن را دوباره و حتی چندباره به موادی با همان کیفیت تبدیل کرد. بازیافت باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و مواد خام می شود. هر تن بازیافت قراضه فولاد باعث صرفه جویی بیش از 1400 کیلوگرم سنگ آهن، 740 کیلوگرم زغال سنگ کک و 120 کیلوگرم سنگ آهک می شود.

کوره های قوس الکتریکی به فولاد اجازه می دهند که از 100% مواد اولیه ضایعات فلزی ساخته شود. این امر انرژی مورد نیاز برای ساخت فولاد را در مقایسه با فولادسازی اولیه از سنگ معدن بسیار کاهش می دهد.

تغییر روزافزون به سمت استفاده از کوره های قوس الکتریکی در تولید فولاد، بازار جهانی قراضه فولاد را که پیش بینی می شود تا سال 2024 به 755 میلیون تن برسد، حمایت خواهد کرد.

مراحل استخراج سنگ آهن:

ذخایر سنگ‌آهن به‌طورمعمول در فاصله چند متری سطح زمین یافت می‌شود. و اکثر معادن ایران از یک سیستم برش باز (Open cut) استفاده می‌کنند. که به پیچیدگی کمی احتیاج دارد. پس از استخراج سنگ‌آهن طی چندین مرحله آن را آماده فرآوری و واردسازی به کوره می‌کنند. این مرحله شامل خرد کردن، آسیاب کردن، سرند کردن و سپس شست‌وشو هستند. سرانجام با استفاده از روش فلوتاسیون یا بهره‌گیری از جداکننده‌های مغناطیسی عیار آن را تا حدود 60-65 درصد بالاتر می‌برند. و سنگ‌های حاصل را به ابعاد 6 تا 25 میلی‌متر درمیاورند تا برای بارگذاری برای کوره مناسب باشند. در کوره‌هایی بانام کوره وزشی، سنگ‌آهن تغلیظ شده را همراه با سنگ‌آهک و زغال کک در معرض گرمای فراوان قرار می‌دهند. و در ادامه فلز موردنظر براثر حرارت و جریان گازهای حاصل از سوخت کک، ذوب می‌شود.

آهن مذاب و تفاله‌های حاصل از ناخالصی سنگ آن، به‌مرور از کوره تخلیه می‌شود. در این سیستم کوره به‌طور متداول از قطعات جدید سنگ فلز شارژ شده و آهن مذاب از آن به وجود می‌آید. محصول به‌دست‌آمده از این کوره، چدن است. که در برخی صنایع مورداستفاده قرار می‌گیرد. اما اکثر سازه‌های فلزی و صنایع وابسته به فرآوری فلزات، نیاز به فرمی بسیار مقاوم به نام فولاد دارند. به همین علت چدن را مجدد فرآوری کرده و از آن فولاد موردنیاز را به دست می‌آورند.دما کوره به 1925 درجه سانتی‌گراد نیز می‌رسد. و خروجی کوره آهن مذاب همراه با گاز مونوکسید کربن است. واکنش‌های درون این کوره‌ها به احیای مستقیم نیز معروف است. منظور، واکنشی است. که طی آن سنگ‌آهن اولیه توسط مواد احیاکننده‌ی جامد یا گازی احیا می‌شود. درنهایت محصول تولیدشده از این واکنش، بسته به درصد کربن موجود در آن، چدن یا فولاد نامیده می‌شود.

چهار مرحله اصلی استخراج:

• حفاری:اولین مرحله استخراج، حفاری سنگ بکر با دریل واگن‌های به قطر تقریبی ۱۰تا ۲۵ سانتیمتر و عمق ۶ تا  ۲۰ متر می‌باشد.
• انفجار:پس از مرحله حفاری، جهت خردایش سنگ به ابعاد مناسب برای بارگیری نیاز به انفجار سنگ بکر می‌باشد. با توجه به خشک و آبدار بودن چاله‌های حفاری‌شده به ترتیب از مواد ناریه آنفو (Anfo) و امولایت (Emulite) استفاده می‌شود.
• بارگیری:از ماشین‌آلات معدنی مانند شاول یا بیل مکانیکی با ظرفیت باکت بارگیری بین ۲ تا ۱۰ مترمکعب جهت بارگیری سنگ‌های خردشده پس‌ازآنفجار استفاده می‌شود.
• باربری:پس از بارگیری جهت حمل سنگ خردشده برای سنگ‌شکن، ‌از کامیون‌های معدنی با ظرفیت ۱۰۰ تن استفاده می‌شود.

کاربرد سنگ آهن:

98 درصد استفاده اولیه از سنگ‌آهن در تولید آهن است. و از فولاد برای ساخت اتومبیل، لوکوموتیو، کشتی، تیرآهن، مورداستفاده در ساختمان‌ها، مبلمان و… می‌باشد و 2 درصد باقی‌مانده در کاربردهای مختلف مانند آهن پودر شده، قطعات خودرو، آهن‌ربا و انواع خاصی از فولادها استفاده می‌شود.

• آهن پودر شده: استفاده در ساخت انواع خاصی از فولادها، مگنت‌ها، قطعات اتومبیل و کاتالیست ها.
• آهن رادیواکتیو: استفاده در داروسازی و به‌عنوان یک عنصر ردیاب در تحقیقات بیوشیمی و فلزکاری.
• اکسید آهن سیاه: استفاده به‌عنوان رنگ‌دانه در ترکیبات پولیش، استفاده در فلزکاری، داروسازی، ساخت جوهری‌های مغناطیسی و فریت در صنعت الکترونیک.
• آهن قرمز: برای استفاده در جوهر پرینت، در نقاشی‌ها، لوازم‌آرایشی، رنگ‌های هنری.

]

اشکال مختلف سنگ آهن

سنگ‌آهن به اشکال مختلفی در بازار عرضه می‌شود. تا تمام صنایع بتوانند مطابق با نیاز خود این ماده معدنی را تهیه‌کرده و مورداستفاده قرار دهند.

• دانه‌بندی شده:سنگ‌آهن دانه‌بندی شده یکی از انواع سنگ‌آهن است. که به دلیل خاصیت احیا پذیری کم در سال‌های اخیر استفاده از آن کاهش‌یافته است.
• کلوخه:متداول‌ترین روش استفاده از سنگ‌آهن، به حالت کلوخه است. به‌طورکلی در هرسال معادل 700 میلیون تن کلوخه تولید می‌شود و از آن در صنایع تولید آهن و فولاد بهره گرفته می‌شود.
• گندله:در حال حاضر 300 میلیون تن گندله تولید می‌شود. که 80 درصد از آن در کوره بلند مورداستفاده قرار می‌گیرد و 20 درصد باقی‌مانده نیز برای احیای مستقیم کاربرد دارد.

تولیدکنندگان اصلی سنگ‌آهن:

تولیدکننده اصلی سنگ‌آهن کشور استرالیا می‌باشد. و پس‌ازآن چین و برزیل می‌باشند. از دیگر تولیدکنندگان این ماده معدنی منحصربه‌فرد نیز می‌توان به روسیه و آمریکا اشاره نمود. هرچند کشورهای چین و استرالیا هر دو تولیدکننده بزرگ این محصول هستند. ولی تفاوت آن‌ها در این است که کشور چین سنگ‌آهنش را صادر نکرده و خود استفاده می‌کند ولی استرالیا این محصول را به کشورهای متعددی صادر می‌نماید. چین بزرگ‌ترین واردکننده این محصول محسوب می‌شود و از همین جهت بزرگ‌ترین تولیدکننده فولاد در جهان می‌باشد. 44 درصد از تولید فولاد در جهان توسط کشور چین انجام می‌شود.

کوره‌های مورداستفاده برای خالص‌سازی و ذوب منابع سنگی

یکی از روش‌های ساده برای خرید و فروش فلزات از جمله  سنگ آهن استفاده از سامانه تخصصی تموک است. همچنین شما با وارد شدن به این سامانه می توانید محصول تولیدی یا وارداتی خود را معرفی و به فروش برسانید و یا اگر نیاز به مواد، محصول یا خدماتی خاص دارید آن ها را در سامانه تموک تقاضا گذاشته و با دیگران مطرح نموده و مرتفع سازید. این اپلیکیشن کاملا متفاوت را از اینجا دانلود کنید.

اگر این مطلب را دوست داشتید لطفا از ما حمایت کرده و با ورود، نصب و استفاده از سامانه تموک و همچنین معرفی آن به دوستان خود، انگیزه ما را در راهی که برای شما قدم گذارده ایم دوچندان کنید.