مقدمه
صنعت تولید کنسانتره آهن بسیار پیچیده‌تر از آن است که فکر می‌کنید، اما نگران این موضوع نباشید. بیایید با هم این موضوع را در این مقاله به صورت کامل بررسی کنیم تا شناخت لازم از آن برای شما حاصل شود.
ریشه لغوی کنسانتره را می‌توان در ادبیات ملی جستجو کرد. با مرور دانشنامه عمومی می‌توان به این نتیجه رسید که معنی لغوی این اصطلاح “متراکم یا فشرده شدن” است. این متراکم بودن به تراکم بالای موادی اشاره دارد که از چندین ترکیب غنی تشکیل شده باشند.
اصطلاح کنسانتره امروزه در بخش‌های مختلف از جمله صنعت سنگ آهن، صنعت تغذیه، صنعت دام و طیور و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته ما در این مقاله به صنعت تولید کنسانتره (کنستانتره ) آهن و روش های فرآوری سنگ آهن خواهیم پرداخت.
به طور کلی کنسانتره آهن(همچنین اغلب کنسانتره‌ها) یک محصول ثانویه با ارزش و بسیار مفید است که از سنگ آهن حاصل می‌شود. کنسانتره به شکل پودر است و از انواع سنگ آهن شامل مگنتیت و هماتیت به دست می‌آید. رنگ کنسانتره غالبا سیاه است دست را سیاه می‌کند و برای تولید آهن و محصولات دیگر در صنایع ذوب آهن و فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برای تولید آهن اسفنجی و گندله آهن و نیز سایر محصولات با ارزش صنعتی و فلزی از کنسانتره آهن استفاده می‌کنند. دلیل اهمیت کنسانتره آهن این است که این مواد فاقد مواد زائد و مضر است. همچنین با کمک این مواد می توان در زمان و هزینه تولیدات صنایع بسیار صرفه جویی کرد، همچنانکه آلودگی محیط زیستی را نیز کاهش میدهد.
--
--
انواع روش های فرآوری سنگ آهن
جهت فرآوری سنگ آهن دو روش مرسوم است، روش اول مربوط به تولید کنسانتره سنگ آهن و روش دوم مربوط به تولید سنگ آهن دانه بندی شده است.
تولید سنگ آهن دانه بندی شده
یک روش بسیار مناسب برای فرآوری سنگ آهن است که معمولا بدون آب و به صورت خشک انجام می شود. در این روش باید عیار سنگ آهن مورد استفاده حدود ۵۰% باشد تا بتوان محصولی با عیار خوب تولید کرد. در این روش سنگ آهن در کارخانه با دستگاه مناسب خرد شده و سرند می شود تا دانه بندی آن مشخص شود. معمولا با روش مغناطیسی مواد باطله از مواد با کیفیت جدا می شود.
تولید کنسانتره سنگ آهن
تولید کنسانتره آهن نسبت به دانه بندی سنگ آهن کمی پیچیده تر است. معمولا در این روش از فرآوری کنسانتره سنگ آهن از یک مدار ۴ مرحله ای استفاده می شود که عبارت هستند از مرحله خردایش، مرحله آسیا کنی، مرحله پرعیارسازی و نیز مرحله آبگیری.
--
--
۱. مرحله خردایش:
در شروع کار مواد معدنی مورد نظر وارد سنگ شکن شده و به قطعاتی با مقیاس هایی بین ۲۰ الی ۱۰۰ سانتی متری خرد می‌شوند. در این بخش از سرند ثابت استفاده می‌شود تا دانه های ریز وارد سنگ شکن نشود. در نهایت مواد خرد شده توسط نقاله به مرحله بعد انتقال داده می‌شوند.
۲. مرحله آسیا کنی:
در این بخش مواد معدنی کوچک تر از ۳۰ میلی متر را وارد آسیای نیمه خودشکن و یا آسیای غلطکی و فشاری می کنند تا مواد معدنی در ابعاد ۱ الی ۰.۵ میلی متر خرد شوند. سپس مواد حاصله برای فرآوری بیشتر به آسیاهای گلوله ای انتقال داده می شوند تا دوباره عمل خردایش صورت بگیرد.
در این مرحله از خردایش که در محیط تَر صورت می گیرد، از هیدروسیکلون ها برای کنترل اندازه ابعاد خردایش استفاده می شود.
۳. مرحله پرعیارسازی:
در این بخش مواد با ارزش را از مواد باطله جدا می کنند. معمولا برای این کار از جداکننده های مغناطیسی درام استفاده می شود. به این صورت که کانی های آهن دار هنگام عبور به جداکننده های مغناطیسی درام می چسبند و سپس توسط یک تیغه مناسب جمع آوری می شوند. البته جدا کننده ها انواع مختلفی دارند که ملاک انتخاب آنها بستگی به نوع مواد معدنی و نیاز ما دارد.
۴. مرحله آبگیری:
بعد از انجام مراحل بالا نوبت به آبگیری سنگ آهن پر عیار است. معمولا آهن پر عیار مقداری آب در درون خود است که باید با روش مناسب خشک شود. در تولید کنسانتره آهن این مرحله بسیار مهم است. برای این منظور از فیلترهای مخصوص استفاده می شود.
انواع مدل های سنگ شکن و کاربرد هرکدام از آنها در فرآیند تولید کنسانتره آهن
برای تولید کنسانتره آهن و انجام مرحله خردایش نیاز به تجهیزات فنی داریم که از مهمترین این تجهیزات می توان به سنگ شکن ها و آسیاب های صنعتی اشاره کرد.
در حال حاضر سنگ شکن ها به مدل های مختلف دسته بندی می شوند که از مهمترین آنها در صنعت تولید کنسانتره آهن، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سنگ شکن مخروطی
- سنگ شکن فکی
- سنگ شکن ژیراتوری
اگر می خواهید با کاربرد و میزان اهمیت هر کدام از این سنگ شکن ها آشنا شوید، بهتر است مطالب زیر را مطالعه و بررسی کنید.
سنگ شکن مخروطی
ابعاد مواد معدنی که سنگ شکن مخروطی می تواند خُرد کند کوچکتر است، یعنی کمتر از ۱۵ سانتی متر. معمولا از این سنگ شکن برای عملیات مرحله دوم یا همان مراحل میانی تولید کنسانتره آهن، استفاده می شود. مهمترین کاربرد سنگ شکن مخروطی استفاده در معادن شن و ماسه است.
--
--
سنگ شکن قطعات بزرگ یا به قطعات کوچکتر و قابل پردازش برای کارخانه تولیدکننده کنسانتره/گندله تبدیل می‌کند.
سنگ شکن مخروطی به دو دسته تقسیم می شود، سنگ شکن مخروطی استاندارد باری و سنگ شکن مخروطی سر کوتاه. هر یک از این سنگ شکن ها کاربرد مخصوص به خود را دارند.
سنگ شکن فکی
یک سنگ شکن پر قدرت است که از یک فک متحرک همراه با یک فک ثابت ساخته شده است. معمولا مواد معدنی در این نوع سنگ شکن توسط نیروی برشی و یا فشاری خرد می شود. معمولا برای انجام مرحله خردایش تولید کنسانتره آهن از این نوع سنگ شکن استفاده می شود.
در سنگ شکن فکی مواد معدنی از سه جهت معمولا تحت تنش است تا خرد شود. سنگ شکن فکی نیز دسته بندی مختلفی دارد از سنگ شکن یونیورسال گرفته تا سنگ شکن دوج و سنگ شکن بلک (Blak، universal، dodge)
برای دانه بندی یکنواخت سنگ آهن می توانید از سنگ شکن فکی dodge استفاده کنید. همچنین می توانید در این صنعت از سنگ شکن فکی بلک استفاده کنید زیرا قادر است حجم زیادی از مواد معدنی را خرد کند.
سنگ شکن ژیراتوری
سنگ شکن ژیراتوری را می توان در تاسیسات بزرگ مورد استفاده قرار داد زیرا این قابلیت را دارد تا حجم زیادی از مواد معدنی را خرد کند. در عملیات خردایش برای تولید کنسانتره آهن می توانید از سنگ شکن ژیراتوری استفاده کنید.
سنگ شکن ژیراتوری دارای بدنه ثابت مخروطی شکل است که از یک هسته میانی تشکیل شده است. هسته میانی آن به صورت دورانی حرکت می کند تا بتواند عملیات خردایش را انجام دهد.
--
--
انواع آسیاب های صنعتی در تولید کنسانتره
Mill (آسیاب گلوله ای) به شکل یک استوانه و از مواد فولادی سخت ساخته شده است. عملکرد آسیاب گلوله ای به این شکل است که با چرخیدن حول یک مرکز می تواند سنگ معدنی خرد کند. استفاده از این نوع آسیاب ها برای تولید کنسانتره آهن در سراسر دنیا بسیار رایج است.
این نوع آسیاب قادر است مقدار زیادی سنگ آهن را در طول روز آسیاب کند، حتی چند هزار تن سنگ معدنی. به این دلیل است که شرکت های بزرگ طرفدار آسیاب گلوله ای شده اند.
استفاده از آسیاب گلوله ای بسیار ساده است، فقط کافیست مواد معدنی را به درون دستگاه ریخته و کلید روشن دستگاه را فشار دهید. از مزایای مهم آسیاب گلوله ای می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- آسیاب کردن یکدست مواد معدنی
- ریز بودن مواد آسیاب شده و کیفیت بالای آن
- سرعت چرخش مناسب هنگام آسیاب کردن مواد معدنی
- طول عمر بالا به دلیل بدنه محکم و مقاوم
- قابلیت آسیاب کردن سنگ آهن، قطعات الکترونیکی، خاک طلا و نقره
--
--
آسیاب مخروطی
آسیاب های مخروطی بخشی از تجهیزات مورد استفاده برای تولید کنسانتره آهن هستند که در مقایسه با سنگ شکن های مخروطی می توانند متفاوت باشند. این نوع آسیاب می تواند بهره وری را بالا ببرد و در خرد کردن ثانویه سنگ آهن و دیگر مواد معدنی به شما کمک کند.
آسیاب مخروطی اولین بار در دهه ۱۹۲۰ توسط برادران سیمونز از میلواکی در ایالات متحده ساخته شد. برادران سایمون به عنوان اولین طراحان و مخترعان آسیاب مخروطی فنری شناخته می شوند. بزرگترین مزیت آسیاب مخروطی دوام و سادگی آن بود.
پس از سال‌ها تحقیق و توسعه، آسیاب مخروطی به یکی از کارآمدترین و در نتیجه یکی از پرکاربردترین دستگاه‌های تولید کنسانتره آهن تبدیل شد. آسیاب مخروطی قابلیت خرد کردن انواع و سنگ های معدنی متوسط تا سخت را دارند.
همچنین این نوع آسیاب مزایای زیادی نسبت به دیگر آسیاب ها صنعتی دارد، مانند مصرف انرژی کم، قابلیت اطمینان، راندمان بالا.
کنسانتره سازی برای چه منظوری انجام می‌شود؟
از کنستانتره معمولا برای تولید گندله استفاده می شود، برای همین است که بسیار اهمیت دارد. البته در فولادسازی، گلوله سازی، ساخت گلوله های کوره و بریکت ها نیز کاربرد دارد.
کنسانتره سازی بیشترین کاربرد را در حوزه فولاد سازی دارد. با کنسانتره سازی معمولا عناصر ناخالص و مضر از سنگ آهن جدا شده یک محصول یکپارچه حاصل می شود که در صنایع مختلف کاربرد دارد. تولید کنسانتره آهن امروزه به یک نیاز مهم در کشورهای صنعتی تبدیل شده است.
به طور کلی باید گفت کنسانتره سازی باعث کاهش آلودگی شده و هزینه ذوب و انرژی را بسیار کاهش می دهد.
روش‌های دیگر تولید کنسناتره/گندله
در حال حاضر صنایع مختلف به دنبال حذف روش های پرهزینه مانند کنسانتره و گندله در تولید فولاد و سایر محصولات صنعتی هستند. البته تولیدکنندگان در سال های اخیر به نتایج خوبی در این زمینه دست پیدا کرده اند که در ادامه می توانید با مهمترین این نتایج آشنا شوید.
در حال حاضر با کمک کوره‌های تونلی می توان مرحله گندله سازی را از مراحل تولید حذف کرد. این روش می تواند تا حد زیادی هزینه ها را کاهش دهد. البته روش ها بسیار زیاد است که از مهمترین آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
--
--
بزرگترین تولید کننده های گندله و کنسانتره در دنیا
از بزرگترین کارخانه های تولید گندله و کنسانتره در خارج از کشور می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱. کارخانه Cleveland Cliffs
این کارخانه در آمریکا واقع است و ظرفیت تولید گندله در طول سال بیش از ۹ میلیون تن است. در واقع می‌توان این کارخانه را یکی از بزرگترین کارخانه های تولید کنسانتره آهن در دنیا دانست.
۲. شرکت US Steel
از بزرگترین شرکت های تولید کننده گندله و کنسانتره در دنیا است که در آمریکا واقع شده. میزان تولید گندله این شرکت در طول سال حدود ۱۹ میلیون تن است.
۳. شرکت آن‌استیل چین
از بزرگترین کارخانه های تولید گندله و کنسانتره در چین است که در سال ۱۹۹۷ راه اندازی شد. این کارخانه قادر با زیر مجموعه های خود سالانه نزدیک به ۵۵ میلیون تن گندله تولید و صادر کند.
بزرگترین تولید کننده های گندله و کنسانتره در ایران
از بزرگترین کارخانه های تولید گندله و کنسانتره در کشور می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱. کارخانه بزرگ گندله سازی گل گهرسیرجان
به گفته کارشناسان این کارخانه در حال حاضر بزرگترین کارخانه گندله‌سازی در منطقه خاورمیانه است. این مجموعه بزرگ در کرمان و شهرستان سیرجان واقع شده است. این مجموعه می تواند در سال حدود ۵ میلیون تن گندله تولید کند. در واقع با این حجم از تولید می توان در سال حدود می توان ۲ تا ۵/۲ میلیون تن فولاد تولید کرد.
--
--
۲. کارخانه گندله سازی اردکان
این کارخانه در استان یزد و در شهر اردکان واقع شده است. کارخانه گندله سازی اردکان می تواند در طول سال بیش از ۴ میلیون تن گندله تولید کند. در این کارخانه از تجهیزات بسیار پیشرفته استفاده شده است تا کنسانتره را تبدیل به گندله کند. این کارخانه نقش مهمی در تولید کنسانتره آهن کشور دارد.
۳. کارخانه تولید کنسانتره و گندله اندیمشک:
این واحد تولیدی قادر است بخش مهمی از کنسانتره مورد نیاز بیاری فولاد را تولید کنید. این کارخانه قادر است سالانه حدود ۲.۵ میلیون تن کنسانتره آهن تولید کند. این کارخانه در استان خوزستان شهر اندیمشک واقع شده است.
مراحل بعد از گندله سازی تا تولید آهن
تولید آهن مراحل پیچیده ای دارد اما به طور کلی می‌توان آنها را در ۴ مرحله کلی قرار داد که عبارت اند از:
- مرحله اول اکتشاف
- مرحله دوم استخراج
- مرحله سوم فرآوری
- مرحله چهارم ذوب
البته بعد از این مراحل و حمل مواد معدنی به کارخانه اقدام به استخراج کنسانتره و گندله می شود که در این مقاله به صورت کامل به آن پرداخته شد؛ اما بعد از تولید گندله راه زیادی برای تولید آهن وجود دارد که به صورت مختصر در زیر آن را توضیح می دهیم.
برای تولید آهن، گندله فرآوری شده از سنگ آهن را به کارخانه انتقال می‌دهند تا در یک فرایند مهم به نام گدازگری، آهن تولید شود. گدازگری به سه دسته زیر تقسیم می شود:
۱. تشویه
در این مرحله معمولا مواد زائد را از گندله آهن جدا می کنند تا اکسید آهن تولید شود.
۲. کاهش
در این مرحله نیز اکسیژن موجود در درون مواد گندله را با حرارت بسیار بالا خارج می کنند تا فقط عنصر آهن باقی بماند.
۳. سرباره گیری
برای تولید آهن خالص معمولا موادی به نام فلاکس را به مواد موجود در درون کوره اضافه می کنند تا گازهای سمی را همراه با دما کاهش دهد و در نتیجه آهن مورد نیاز تولید شود.
--
--
