به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»، آهن یکی از فلزها و آلیاژهای بسیار مهم و کاربردی در بسیاری از صنایع می‌باشد. تولید آهن، کار راحتی نمی‌باشد و دارای مراحل متعددی است. در ابتدای کار آهن باید از معادن استخراج شود و مراحل مختلفی را پشت سر بگذارد تا در ادامه و پایان کار آهن خام و خالص تهیه شود. آهن و تولید آن دارای مراحل، روش و فرآیندهای بسیار گوناگون می‌باشد. هر یک از این مراحل، فرآیند و روش‌ها دارای توضیحات جامعی است. در ادامه و در بخش‌های بعدی با ما همراه باشید تا توضیحات کامل و مفیدی را در مورد مراحل تولید آهن، روش‌ها، فرآیند، نحوه استخراج سنگ آهن و غیره در اختیار شما قرار دهیم.
آهن چه نوع آلیاژی است و از چه ترکیباتی تشکیل می‌شود؟
به طور کلی برای شناخت بیشتر در مورد تولید آهن، باید در ابتدا با عنصر آهن آشنا شویم. آهن، یک عنصر رایج در زمین است. این عنصر و فلز، در کل پوسته زمین حدود 5 درصد می‌باشد. درواقع، آهنی که در طبیعت وجود دارد، ترکیب شده با مواد و کانی‌های مختلف است. از این رو برای بدست آوردن آهن خام و خالص، باید این ترکیبات و کانی‌ها را از آهن جدا کرد. به طور کلی آهن خالص را از سنگ آهن دریافت می‌کنند. سنگ آهن نیز در طبیعت و در معادن بسیاری وجود دارد. همان‌طور که بیان کردیم، این سنگ آهن دارای ترکیبات و کانی‌های متفاوت می‌باشد.
از جمله این کانی‌ها گوتیت، مگنتیت، هماتیت، سیدریت و لیمونیت است. اگر بخواهیم آهن خام را تولید کنیم، باید تمامی این ترکیبات و کانی‌ها را از آن جدا کنیم. در میان تمامی این کانی‌ها، مگنتیت و هماتیت دارای آهن بسیار زیادی می‌باشند. مقدار آهنی که در این دو نوع کانی وجود دارد بر اساس عیار سنجیده می‌شود. در واقع عیار آهن در این دو نوع کانی بسیار بالا و حدود 70 درصد می‌باشد. به این منظور که در هر 1000 کیلوگرم سنگ آهن، تقریبا 700 کیلوگرم آهن خام و خالص قرار دارد.
به چه روش هایی آهن تولید می شود؟
جهت تولید و ساخت آهنبه طور کلی دو روش وجود دارد. روش‌های تولید آهنشامل احیای غیر مستقیم یا کوره بلند و احیای مستقیم یا قوس الکتریکی می‌باشد. کوره بلند در واقع روش مناسبی است که درصد بالایی از فولاد جهان از این طریق تولید می‌شود. این کوره به شکل عمودی و در کارخانه‌ها، جهت احیا و یا استخراج سنگ آهن وجود دارد. ارتفاع این کوره‌ها حدود 30 تا 80 متر می‌باشد. در این روش، سنگ آهن به همراه کک و آهک به داخل کوره وارد می‌شوند. در این روش کک، کار احیا را انجام می‌دهد و آهک، به منظور فلاکس عمل می‌کند.
دمای تقریبی در این کوره 300 درجه سانتی گراد است. این دمای بالا باعث سوخته شدن کک می‌شود و این عمل نیز سنگ آهن را ذوب خواهد کرد. در این فرآیند، درجه حرارت افزایش می‌یابد و در نتیجه احیای آهن انجام می‌شود. روش دوم که به نام قوس الکتریکی است، با استفاده از دو ماده قراضه فولاد و آهن اسفنجی به احیای مستقیم آهن می‌پردازد. این روش در واقع نوعی حمام مذاب است و با استفاده از الکترودهای کربنی که درون آن قرار دارد، آهن را احیا می‌کند. پس از ورود این دو ماده، ناخالصی‌ها از آن‌ها حذف شده و جهت تولید فولاد به بخش دیگری منتقل می‌شود. یکی از ویژگی‌های مهم این روش، درجه حرارت بالا است. تمامی این روش ها و مراحل و هزینه های جانبی، در قیمت آهن که به دست مصرف کنندگان می رسد، موثر هستند.
فرایند تولید آهن از ابتدا تا پایان شامل چه مراحلی است؟
به طور کلی برای تولید آهناز ابتدای کار تا پایان فرآیند، 4 مرحله مهم و اصلی باید گذرانده شود. نخستین مرحله‌ای که در ابتدای کار باید انجام شود، اکتشاف و یا کشف سنگ آهن است. در این مرحله مکان‌ها و محیط‌هایی که دارای سنگ آهن با خلوص بسیار زیاد می‌باشند، کشف خواهند شد. البته برای اکتشاف این نوع مکان‌ها، روش‌های گوناگونی وجود دارد. از جمله این روش‌ها عکس برداری هوایی، برداشت زمین شناسی، برداشت الکتریکی، حفر گمانه، ژئوشیمی، بیوژئوشیمی و برداشت ژئوفیزیک می‌باشد. دومین مرحله‌ای که جهت تولید آهنباید انجام شود، استخراج می‌باشد.
در واقع استخراج باید توسط دستگاه‌ها و تجهیزات ویژه انجام شود تا بتوانند سنگ آهن را از زمین خارج کنند. البته استخراج، خود شامل مراحل متعدد می‌باشد که در بخش بعدی به طور کامل با این مبحث آشنا خواهیم شد. سومین مرحله در این فرآیند، فرآوری می‌باشد. به طور کلی این مرحله شامل جدا سازی هرگونه مواد اضافی از سنگ آهن است. فرآوری نیز مانند استخراج دارای مراحل مخصوصی است که در ادامه تمامی مراحل آن را بیان خواهیم کرد. مرحله نهایی و پایانی جهت تولید کردن آهن، ذوب آن می‌باشد. در مرحله نهایی در حقیقت سنگ آهن، فرآوری شده و به درون کوره‌های ذوب در کارخانه‌ها منتقل می‌شود. پس از پایان این فرآیند و طی کردن 3 مرحله، آهن خام و خالص ایجاد خواهد شد و تولید آهن به پایان می‌رسد.
4 مرحله مهم نحوه استخراج و تولید آهن!
همان‌طور که در بخش قبلی بیان کردیم، استخراج آهن یکی از مراحل تولید آهنمی‌باشد. به طور کلی استخراج آهن از طریق دو روش انجام می‌شود. روش روباز و روش زیرزمینی از جمله این دو روش می‌باشد. هر دو روش استخراج روباز و زیرزمینی، شامل 4 مرحله است. از روش استخراج روباز در زمانی استفاده می‌کنند که معادن آهن نزدیک به سطح زمین باشند. در روش روباز، در ابتدای کار مواد معدنی که در قسمت بالای کانسار قرار دارد را به وسیله دستگاه‌های خاص خرد می‌کنند. سپس سنگ آهن را با استفاده از 4 مرحله که در ادامه به آن‌ها نیز اشاره خواهیم کرد به درون انبار انتقال می‌دهند. از روش استخراج زیرزمینی نیز در مواقعی که کانسار در عمق زمین قرار داشته باشد، استفاده می‌کنند.
این روش با استفاده از ایجاد تونل‌های عمیق انجام می‌شود و ادامه کار در طی 4 مرحله به پایان می‌رسد. در واقع استخراج آهن، شامل 4 مرحله حفاری، انفجار، بارگیری و باربری می‌باشد. حفاری، نخستین مرحله استخراج می‌باشد که توسط دستگاه‌ها و تجهیزات مخصوص انجام می‌شود. این تجهیزات، تعدادی چاله ایجاد می‌کنند. درون هر چاله نیز تعداد معینی مواد منفجره قرار می‌گیرد. در مرحله دوم که انفجار می‌باشد، پس از قرار دادن مواد منفجره محل مورد نظر تخلیه شده و سپس عملیات خرد شدن سنگ‌ها آغاز می‌شود. جهت این عملیات از آمونیوم نیترات بهره می‌برند. در مرحله سوم، زمانی که عملیات خرد شدن سنگ‌ها به پایان می‌رسد، بارگیری و جمع آوری سنگ‌ها آغاز می‌شود. بارگیری سنگ‌ها در واقع به وسیله شاول و کامیون انجام خواهد شد. در مرحله نهایی پس از بارگیری، تمامی مواد و سنگ‌ها توسط کامیون به کارخانه و یا مکان مورد نظر منتقل می‌شوند.
در فرآیند فرآوری چه مراحلی طی می‌شود؟
یکی دیگر از مراحل فرآیند تولید آهن، فرآوری آن می‌باشد. این فرآیند شامل 6 مرحله سرند کردن، خردایش سنگ، خوراک دهی سنگ، آسیاب کردن، جدایش ثقلی و جدایش مغناطیسی سنگ آهن می‌باشد. مرحله اول که سرند کردن است، بسیار مرحله مهمی می‌باشد. در این مرحله سنگ‌ها و قطعات ریز به وسیله سرند، تفکیک می‌شوند. در واقع این تفکیک باعث شده انرژی مصرفی کاهش یابد. زیرا وجود قطعات ریز و کوچک سبب افزایش انرژی مصرفی خواهند شد. مرحله دوم، خردایش سنگ و یا سنگ شکن نام دارد. در این مرحله قطعات تفکیک شده توسط سنگ شکن مورد نظر به ابعاد و اندازه‌های مشخص شده می‌رسند. سنگ‌های خرد شده در این هنگام به انبار مواد معدنی انتقال می‌یابند. در واقع، در مرحله سوم خوراک دهی به معنای بازیابی مواد معدنی می‌باشد. این مرحله در انبار سنگ‌های خرد شده انجام خواهد شد. پس از خوراک دهی سنگ آهن، به مرحله آسیاب کردن می‌رسیم.
در این مرحله، مواد تفکیک شده و خرد شده را به داخل آسیاب منتقل می‌کنند. سپس ذرات و مواد بزرگ و کوچک از هم جدا شده و پس از آسیاب کردن، مواد معدنی کوچک به مرحله جدایش ثقلی منتقل می‌شوند. در مرحله جدایش ثقلی، نیرویی به نام گریز از مرکز باعث جدا شدن سنگ ریزه‌های سنگین از سبک خواهد شد. در واقع وجود مارپیچ‌های خاص و آب باعث این فرآیند می‌شود. ذرات سنگین درون مخزن جمع شده و ذرات سبک خارج می‌شوند. مرحله نهایی و پایانی فرآوری تولید آهن، جدایش مغناطیسی است. این مرحله دارای طبلک‌های مغناطیسی می‌باشد. این طبلک‌ها ذرات سنگینی را که دارای خاصیت مغناطیسی می‌باشند را جذب می‌کند. در نهایت، آهن فرآوری شده که به آن گندله می‌گویند به کارخانه ذوب منتقل می‌شود. در آنجا طی 3 مرحله تشویه، کاهش و سرباره گیری فلز آهن و یا آهن خالص تولید شده و از کوره خارج می‌شود.
