سنگ آهن

طبقه‌بندی کانی‌های آهن‌دار

الف) اکسیدها

اکسیدهای آهن در طبیعت فراوان بوده و شامل کانی­‌های مختلف می‌باشند که تعدادی از آنها در زیر بررسی شده است.

هماتیت

فرمول کلی این کانی Fe2O3 بوده و در حالت خالص حدود 70% آهن دارد. رنگ کانی متفاوت بوده و معمولاً قرمز رنگ است. وزن مخصوص سنگ حدود 5-5.2 بوده و مقاومت مکانیکی آن متغیر بوده ولی قابلیت احیاپذیری آن در کوره بلند خوب است. گانگ سنگ معمولاً سیلیسی و اکثراً عناصر نامطلوب در آن کم و محدوده می باشد. این اکسید فاقد خاصیت مغناطیسی بوده و جذب آهنربا نمی‌­شود ولی در میدان‌­های مغناطیسی می­‌توان آن را جدا کرد. خاصیت مغناطیسی این اکسید حدود 1-1.5 می­ باشد.

مگنتیت یا اکسید مغناطیسی آهن

فرمول کانسنگ Fe3O4 بوده و دارای 72.4% آهن می­ باشد. سنگ معمولاً فشرده و سخت بوده و دارای مقاومت مکانیکی بالائی می ­باشد. خاصیت احیاپذیری سنگ از جمیع سنگ­های اکسیده آهن کم­تر می­ باشد. سنگ دارای خاصیت مغناطیسی بوده و خاصیت مغناطیسی آن حدود 40 می ­باشد. این کانی اکثراٌ همراه با کانی­ های فسفر و گوگرددار است و گاهی در آن TiO2  نیز وجود دارد. گانگ این سنگ نیز سیلیسی است فرمول سنگ را به صورت Foer، Fe2O2 نیز می­ توان نوشت. وزن مخصوص سنگ حدود 5-5.1 است.

لیمونیت

این سنگ اکسید آبدار بوده و فرمول کلی آن به صورت nFe2O3,m H2O می باشد که n و m اعداد صحیح می ­باشند. انواع اکسیدهای آبدار در طبیعت وجود دارد ولی لیمونیت را معمولاً بصورت 2Fe2O3.H2O می­ دانند. رنگ سنگ معمولاً زرد رنگ بوده ولی می­ تواند متغیر بوده و حتی تا سیاه نیز برسد سنگ حدود 60% آهن دارد. وزن مخصوص سنگ حدود 4-3.6 است. سنگ بطور معمول فاقد خاصیت مغناطیسی است ولی گاهی بعضی از نمونه­ های آن از خود خاصیت مغناطیسی نشان می­ دهد. سنگ اکثراً فاقد مقاومت مکانیکی بوده و به آسانی خرد و پودر می­ شود ولی خاصیت احیاپذیری آن پس از بی آب شدن بسیار خوب است. اکثر معادن آهن اروپای مرکزی از این نوع کانی می­ باشد. معمولاً سنگ حاوی ناخالصی­ های زیاد بوده و گانگ آن نیز سیلیس است.

گوتیت

نوع دیگری از اکسید آبدار است که فرمول آن تقریباً بصورت Fe2O3,H2O است. معمولاً فاقد خاصیت مغناطیسی بوده و بسیار سخت است. خاصیت احیا شوندگی نیز متغیر بوده و گاهی بسیار کم است.

ب) کربنات آهن

این سنگ به نام سیدریت معروف است و فرمول آن FeCO3 بوده و حدود 48.3% آهن دارد. وزن مخصوص حدود 3.8 بوده و پس از خرد شدن خاصیت احیاپذیری عالی دارد.

ج) سیلیکات­ های آهن

آهن در این کانی­ ها به شکل پیچیده بوده و اکثراً در ترکیباتی است که عملاً احیا آن بسیار سخت و مشکل می ­باشد. کلی این سنگ­ ها XSiO2 , Yei, ZH2O است گاهی اوقات مقداری از سیلیس توسط آلومین جانشین شده است و همچنین مقداری از آهن می­تواند توسط منیزیم اکسید و یا سایر اکسیدها جانشین شود. وزن مخصوص آن در حدود 26- 2.9 متغیر بوده و مقدار آهن نیز بین 38-10% تغییر می­ کند. در بعضی از این کانی­ ها مقداری یون­ های سدیم و پتاسیم نیز وارد می­ شود که در کوره بلند تولید اشکالات زیاد می­کند. در هر حال این کانی­ ها مواد مناسبی برای کوره بلند نیستند.

د) سولفید

پیریت یکی از سولفیدهای آهن است. این کانی به فرمول S2F بوده و دارای 46.6% آهن است. به علت گوگرد زیاد این کانی در صنایع ذوب آهن مصرفی نداشته و بیشتر به خاطر گوگرد موجود از آن در صنایع اسید سولفوریک سازی استفاده می­شود.

خواص سنگ­ آهن

سنگ­ های آهن که در صنعت مصرف می­ شوند. باید دارای خواص کاملاً معین بوده و مقدار ناخالصی ­های آن محدود باشد خواص کلی سنگ­ های آهن عبارتند از:

ناخالصی­‌ها در سنگ آهن

این ناخالصی­ها را به دو دسته ناخالصی­های مفید و مضر می­توان تقسیم کرد:

الف) ناخالصی‌­های مفید در سنگ آهن

اکسید منگنز

وجود اکسید منگنز در سنگ آهن ارزش اقتصادی آن را افزایش می­ دهد. ترکیبات منگنزدار در کوره بلند قسمتی با گوگرد ترکیب شده و با خود آن را به سرباره می­ برد. قسمت دیگر از اکسید منگنز احیا وارد چدن می­ شود که مرغوبیت آن را افزایش می ­دهد.

اکسید کلسیم

وجود اکسید کلسیم نیز در سنگ آهن مفید می­ باشد زیرا عملاً تمامی سنگ ­های معدنی آهن دارای گانگ سیلیسی بوده و بعنوان ماده گدازآور نیاز به آهک دارند. لذا وجود مقداری آهک در سنگ معدن از مقدار کک ذوب لازم کاسته و باعث کاهش وزن سرباره می­ شود و بدین ترتیب باعث کاهش مصرف انرژی نیز می ­گردد. تنها در دنیا یک معدن در ناحیه رن وجود دارد که دارای گانگ آهکی است و به همین دلیل با وجود آنکه عیار آهن آن پایین می­ باشد در صنایع آهن فرانسه مصرف دارد.

ب) ناخالصی‌­­های مضر در سنگ آهن

وجود بسیاری از عناصر در سنگ آهن نامطلوب بوده و مشکلاتی در کوره بلند و تهیه چدن ایجاد می­ کند و با آنکه باعث نامرغوب شدن کیفیت محصول می ­گردد. مهمترین این عناصر عبارتند از:

گوگرد

یکی از نامطلوب­ترین عناصر در سنگ آهن است اغلب سنگ­های معدن آهن حاوی این عناصر نامطلوب می­باشد. گوگرد معمولاً بصورت پیریت همراه سنگ­های معدن آهن وجود دارد.

گوگرد باعث افزایش مصرف انرژی در کوره بلند می­ شود و همچنین حذف آن مستلزم کاربرد زیاد آهک می­ باشد که در نتیجه باعث افزایش سرباره و کاهش راندمان کوره بلند می­ گردد. اگر به عللی نتوان گوگرد را در کوره بلند حذف کرد این عنصر با آهن تولید سولفور آهن کرده و وارد چدن شده و کیفیت چدن حاصل را به شدت کاهش می ­دهد. حداکثر مقدار قابل قبول گوگرد در سنگ آهن به 2% محدود شده است و اگر مقدار آن از این حد تجاوز کند عملاً ارزش اقتصادی سنگ آهن را از بین می­ برد.

میزان گوگرد مجاز برای سنگ آهن که در احیاء مستقیم بکار می­ رود بسیار کم­تر بوده و از حدود 0.1% نباید بیشتر باشد.

فسفر

فسفر نیز یکی از نامطلوب­ترین عناصر برای سنگ­آهن می ­باشد اکثراً فسفر بصورت فسفات ­های معدنی در سنگ ­های آهن و بخصوص همراه با مگنتیت وجود دارد. وجود فسفر در چدن برای سیالیت آن مفید ولی برای خواص مکانیکی مضر است و در فولاد باعث کاهش شدید کیفیت آن می ­شود.

حداکثر مجاز فسفر در سنگ آهن برای روش سنتی در حدود 0.3% ولی برای سنگ آهن که در احیاء مستقیم بکار می­ رود کمتر از 0.04 است.

آرسنیک

این عنصر در کوره بلند احیا و هنگام خروج از کوره مجدداً اکسید شده و به علت مسمومیت شدید آن مقدار آن بسیار محدود باشد. در مورد احیا مستقیم، ارسنیک باعث مسمومیت کاتالیزرهای گران قیمت تبدیل کننده گاز می­ شود لذا حد مجاز آن برای احیاء مستقیم کمتر از 0.03% است و در مورد روش سنتی نیز نباید کمتر از 0.03% باشد.

اکسید تیتان

اکسید تیتان باعث کاهش شدید سیالیت سرباره کوره بلند می شود و در نتیجه باعث افزایش مصرف انرژی می­ گردد. حداکثر مجاز اکسید تیتان در سنگ­ های حدود 1% است. از عناصر مزاحم دیگر می توان به سدیم و پتاسیم که حد مجاز این عناصر در سنگ آهن حدود 0.2% است و عناصر فلزی مانند سرب و روی و مس نام برد. حدود مجاز این عناصر در سنگ آهن کمتر از 0.01% است.

از توجه و همراهی شما سپاسگزاریم .