فرآیند تولید كنسانتره از سنگ آهن

آهن(به انگلیسی: Iron)‏ عنصر شیمیایی فلزی ای با نماد Fe، عدد اتمی ۲۶ و چگالی 7.87g/cm3 است، آهن در گروه ۸ و دورهٔ ۴ عناصر است، بنابراین به عنوان فلز واسطه دسته‌بندی شده‌است. آهن و آلیاژهای آن از رایج‌ترین فلزات و رایج‌ترین مواد فرومغناطیسی در کاربردهای روزمره هستند. آهن دارای سطوح صاف و نقره‌ای براق مایل به رنگ خاکستری‌ست اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب می‌شود به رنگ قرمز یا قهوه‌ای در می‌آید که به آنها اکسید درای ترکیبات آهن یا زنگ گفته می‌شود. کریستال‌های خالص آهن نرمه (نرم تر از آلمینیوم) و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت می‌شود. مقادیر مناسب و کمی (تا چند درصد) از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد می‌کند که می‌تواند ۱۰۰۰ بار سخت تر از آهن خالص باشد. Fe56 سنگین‌ترین ایزوتوپ پایدار (تولید شده توسط فرآیند آلفا در نکلئوسنتز استلار) است که با عناصر سنگین‌تر از آهن و نیکل برای تشکیلشان به سوپر نوا احتیاج دارند. آهن فراوان‌ترین عنصر در غول‌های قرمز است، و فراوان‌ترین فلز در شهاب‌سنگ‌ها و در هستهٔ فلزی متراکم در سیاراتی مثل زمین است.

سنگ آهن داراي هماتيت و يا مگنتيت (بالاي 60% آهن) بعنوان كانه طبيعي شناخته شده و مي توان از آنها مستقيماً‌در كوره ذوب فولاد استفاده نمود. 98% سنگ آهن استخراج شده در دنيا در توليد فولاد مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 شكل 1 – نمودار فراوري سنگ آهن و توليد فولاد

• مروري بر روشهاي فراوري سنگ آهن
• فراوري سنگ آهن يكي از مهمترين فرايندهاي زنجيره توليد فولاد است. در فرايند آهن سازي به سبب محدوديت هايي در خصوص كيفيت و ميزان دانه بندي خوراك و تأثير پارامترهايي اعم از عيار سنگ آهن، ميزان عناصر مضر مانند گوگرد و فسفر، مي‌بايست به منظور تغليظ (فراوري) موراد فوق رعايت گردد تا كنسانتره به مشخصات مورد نظر دست يابد.

• فراوري سنگ آهن براساس محصول توليدي به دو دسته تقسيم مي شود:
•  :: توليد سنگ آهن دانه بندي شده
• :: توليد كنسانتره سنگ آهن

• الف) توليد سنگ آهن دانه بندي
• اين روش عموماً بصورت خشك و بدون آب انجام مي شود.
• خوراك: سنگ آهن با عيار حدود 50%
• محصول: سنگ آهن با عيار 68 – 60% در دو يا سه كلاس ابعادي
• در كارخانه خوراك در دو يا سه مرحله خرد و توسط سرند به كلاس دانه بندي مختلف تقسيم مي شود. (شكل 2)
• سپس با استفاده از روشهاي جدايش فيزيكي (عمدتاً به روش مغناطيسي) سنگ آهن پرعيار از باطله كم عيار جدا مي شود. (اين محصول که سنگ آهن دانه بندی نامیده می شود، به علت پايين بودن عيار، قابل استفاده در سيستم احياء مستقيم نمي باشد لیکن قابل استفاده در کوره بلند می باشد.)

شكل 2 – فرايند كلي تهيه كنسانتره از سنگ آهن.

در كارخانجات مختلف، با توجه به خصوصيات سنگ آهن خوراك كارخانه، مراحلي از اين فرايند حذف و يا به آن اضافه مي گردد و يا تقدم و تأخر مراحل تغيير مي يابد.

• ب: واحد توليد كنسانتره سنگ آهن
• در كانسارها عيار متوسط سنگ آهن پايين است و مقدار عناصر بيش از حد مورد قبول است. به همين دليل براي پرعيارسازي از روشهاي پيشرفته تر و مدار پيچيده تري اقدام به توليد كنسانتره مي شود. مدار فرآوري بطور كلي از واحدهاي خردايش – آسيا كني – پرعيارسازي و آبگيري تشكيل شده است.

در كنار اين واحدها، واحدهاي حمل و نقل، تأمين آب، تأسيسات و … بعنوان واحدهاي جانبي ذكر مي‌شود.

• مرحله اول خردايش:
• اولين مرحله در كارخانه با ورود ماده معدني به سنگ شكن (كلي يا ژيراتوري) آغاز مي شود. در اين بخش قطعات بين 20-25 الي 100 سانتي متر به ابعاد كوچكتر از 25-20 سانتيمتر خرد مي شوند.
• البته در ورودي سنگ شكن سرند ثابت گريزلي نصب مي شود كه روزنه هاي آن برابر با ابعاد محصول خروجي از سنگ شكن هستند. به اين ترتيب ابعاد ريزتر وارد سنگ شكن نمي شوند تا مبادا خردتر شوند.
• سپس مواد معدني خرد شده با نوار نقاله وارد مرحله بعدي سنگ شكن و سرند مي شوند. در اين بخش كه بسته به ابعاد و خصوصيات مواد معدني ممكن است از 2 مرحله سنگ شكني خشك تشكيل شده باشد، از سنگ شكن مخروطي استفاده مي شود و ابعاد مواد معدني تا اندازه 30 ميلي متر كاهش مي يابد.

لازم به ذكر است خردايش چند مرحله‌اي به منظور كنترل دانه بندي و جلوگيري از خردايش بيش از حد ماده معدني انجام مي‌شود.

• مرحله دوم آسيا كني:
• سپس اين مواد معدني با ابعاد كمتر از 30 ميلي متر، به منظور خردايش بيشتر وارد مرحله آسياكني مي شود كه بصورت تر انجام مي پذيرد. در اين مرحله، مواد توسط آسياي خودشكن يا نيمه خودشكن و يا آسياي غلتكي فشاري تا اندازه 1-5/0 ميلي متر آسيا مي شوند.
• اين ماده با ابعاد 1-5/0 سپس به مرحله بعدي هدايت مي شود و در آنجا توسط آسياهاي گلوله اي مورد خردايش بيشتر قرار مي گيرد.
• در اين قسمت ها كه خردايش در محيط تر انجام مي پذيرد، ابعاد خردايش توسط هيدروسيكلون ها كنترل مي گردد. و هدايت مواد كه در آب شناور هستند و تركيب دوغاب (اسلاري) را ايجاد كرده اند، توسط پمپ‌ها انجام مي شود.

• مرحله سوم پرعيارسازي:
• ذرات پس از عبور از مرحله آسيا كني به ابعاد بسيار ريز مورد نظر رسيده اند و لازم است به منظور جدا كردن مواد باارزش از تركيبات باطله داخل اسلاري، وارد مرحله بعدي شوند. اسلاري توسط پمپ به مرحله جدايش مغناطيسي هدايت مي شود. جداكننده هاي مغناطيسي تر، عموماً جداكننده هاي نوع درام هستند. اسلاري از روي اين درام ها كه داراي خاصيت مغناطيسي هستند عبور داده مي شود. كاني هاي آهن دار به درام مي چسبند. و در انتهاي درام توسط يك تيغه از روي درام جمع آوري مي شوند. ساير كاني هاي موجود در دوغاب نيز از ته ريز تجهيز خارج مي شوند.

اين جداكننده هاي مغناطيسي داراي انواع شدت پايين، شدت متوسط، شدت بالا و گراديان بالا هستند كه انتخاب آنها براساس خواص مواد معدني و تست فراوري كه قبلاً روي ماده معدني به انجام رسيده است، صورت مي پذيرد. و در صورتيكه عناصري مانند فسفر و گوگرد در كنسانتره وجود داشته باشد، از روش فلوتاسيون براي جدايش مواد مزاحم از كنسانتره استفاده مي شود.

• فلوتاسيون:
• در اين روش از اختلاف خواص شيمي فيزيكي سطح مواد براي جدايش آنها از يكديگر استفاده مي شود. سطح كاني باارزش توسط كلكتور آبران مي شود. براي تنظيم آبران كردن سطوح كاني باارزش، خصوصيات محيط از جمله PH محيط آبي به دقت تنظيم مي گردد. كاني مذكور در محيط آبي قرار داده مي شود و در اين محيط حباب هاي هوا ايجاد مي گردد. از آنجاييكه سطح كاني آبران شده است، براحتي به حباب هوا چسبيده و در سطح سيال شناور مي گردد. براي پايدار نمودن حباب هوا و جلوگيري از تركيدن آنها و نيز جلوگيري از الحاق حباب هاي هوا با يكديگر از موادي به نام كف ساز استفاه مي شود.

• مرحله چهارم آبگيري:
• سنگ آهن پرعيار شده حاوي مقاديري آب است كه بايد آبگيري و خشك گردد و رطوبت آن به 10-9 درصد برسد. بدين منظور از فيلترها براي جدايش آب كنسانتره بدست آمده، استفاده مي شود. سپس كنسانتره آبگيري شده به انبار محصول منتقل و در آنجا دپو مي‌گردد.
• باطله نيز براي آبگيري به سمت تجهيزاتي بنام تيكنر هدايت مي شود. در آنجا مواد جامد تهنشين شده و آب بصورت سرريز از بالاي تيكنرخارج مي شود. ذرات جامد تهنشين شده نيز توسط بازوي جمع كننده كف تيكنر به سمت مركز هدايت و توسط پمپ به سمت سد باطله هدايت مي شوند. براي افزايش سرعت تهنشيني اين مواد از مواد شيميايي پليمري بنام فلوكولانت استفاده مي شود كه باعث چسبيدن ذرات باطله به يكديگر و افزايش سرعت سقوط آنها مي شود.

[su_note note_color=”#efba14″]

1. خط تولید شیرآلات بهداشتی

2. فرايند توليد قوطي فلزي

3. فرآیند تولید كنسانتره از سنگ آهن

4. آشنایی با خط تولید آلومینیوم

5. آشنایی با خط تولید میلگرد

6. آشنایی با خط تولید کاشی و سرامیک

7. روش توليد قطعات سراميك صنعتي

[/su_note]