سنگ آهن و ارتباط آن با فولاد

سنگ آهن نوعی سنگ معدنی حاوی فلز آهن است که مهم‌ترین ماده اولیه برای تولید آهن و فولاد می‌باشد. اکسید این ماده معدنی که یکی از فراوان‌ترین عناصر فلزی موجود در زمین است، حدود ۵ درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. اما سنگ آهن و ارتباط آن با فولاد چیست؟


حضور سنگ آهن در تمدن‌های بشری

انسان بیش از ۳۰۰۰ سال پیش مهارت استفاده از آهن را به دست آورد و از آن روز تاکنون در حال تلاش برای افزایش بهره‌وری از این فلز گرانبهاست. البته شایان ذکر است که استفاده از آهن، در قرن چهاردهم رایج شد؛ هنگامی که کوره‌های ذوب شروع به کار کردند. بنابراین آهن، فلزی حیاتی برای تمدن مدرن امروز به حساب می‌آید.


سنگ آهن چیست؟

آهن با نماد شیمیایی Fe، چهارمین عنصر از نظر فراوانی پس از اکسیژن، سیلیس و آلومینیوم بوده و بعد از آلومینیوم فراوان‌ترین و گسترده‌ترین فلز توزیعی است. سنگ آهن نوعی سنگ حاوی رگه‌های آهن است که با جدا کردن سنگ از آهن و ذوب کردن آن آهن به وجود می‌آید. سنگ آهن موجود در معادن مختلف از لحاظ شکل ظاهری و ساختمان داخلی با هم متفاوت می باشند و از کانی‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که مهم‌ترین آنها، مگنتیت و هماتیت می‌باشند.


انواع سنگ‌ آهن

سنگ‌ آهن اغلب به سه شکل سنگ ‌آهن دانه ‌بندی شده، کنسانتره و گندله سنگ‌ آهن تولید و معامله می‌شود.

سنگ‌آهن دانه‌بندی شده

به دو صورت ریزدانه با ابعاد 0 تا 10 میلی متر و درشت دانه با ابعاد 10 تا 30 میلی‌متر معامله می‌شود. عیار این نوع سنگ‌آهن اغلب بین 57 تا 5/63 درصد متغیر است؛ ولی معامله تا عیار 42 درصد نیز دیده می‌شود.

کنسانتره سنگ‌آهن  

نوع دیگری ازمحصولات مهم این ماده معدنی، کنسانتره آهن (Powder) می‌باشد که ابعاد آن میکرونی و کمتر از ۱ میلیمتر بوده و ماده اولیه در تولید گندله است.

گندله سنگ‌آهن

عیار آن تغییر چندانی با کنسانتره نداشته ولی با بنتونیت و برخی مواد دیگر به ‌صورت متخلخل و اغلب کروی تولید می‌شود تا در فرآیند احیای مستقیم به آهن اسفنجی تبدیل شود.


ترکیبات سنگ آهن

سنگ‌ آهن، کانی‌های متفاوتی دارد که مهم‌ترین آن هماتیت با عیار حداکثر 70 درصد و مگنتیت با عیار حداکثر 72 درصد است. فرآوری کانسنگ مگنتیت در مقایسه با کانسنگ هماتیت آسان‌تر بوده و از آن طرف، سنگ‌آهن هماتیت برای فرآوری، هزینه بیشتری به کارخانه‌های ذوب آهن تحمیل می‌کند. از طرفی، ذخایر مگنتیت در ایران بیشتر بوده و به این دلیل، رغبت و تمایلی برای سرمایه‌گذاری در فرآوری سنگ‌های هماتیتی وجود ندارد.

هماتیت

هماتیت از لحاظ کلی نوعی اکسید آهن است که به‌وفور برای استحصال آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرمول این سنگ‌آهن ۲O۳ Fe است و در طبیعت به رنگ‌های قرمز، قهوه‌ای و سیاه یافت می‌شود.

مگنتیت

مگنتیت یکی از کانه‌های آهن با فرمول شیمیایی Fe3O4، در حالت خالص 72.36% آهن و 27.64% اکسیژن دارد. رنگ آن از خاکستری تیره تا سیاه تغییر می‌کند و خاصیت مغناطیسی قوی این کانه باعث می‌شود که بتوان آن را به روش جدا کننده مغناطیسی از مواد باطله جدا کرد.


عوامل تاثیرگذار بر قیمت سنگ‌ آهن

طیف گسترده‌ای از عوامل مختلف وجود دارند که می‌توانند بر قیمت سنگ آهن اثر بگذارند؛ در ادامه دو مورد از مهم‌ترین آنها را مورد بحث قرار می‌دهیم.

تاثیر رطوبت بر قیمت سنگ آهن

همیشه سنگ‌ آهن یا هر ماده معدنی دیگر اندکی رطوبت دارد که در حمل ‌و ‌نقل فله دریایی افزایش می‌یابد. برای محاسبه قیمت در ابتدا این میزان رطوبت را کسر می‌کنند. یعنی با فرض 3 درصد رطوبت، 3 درصد از وزن سنگ‌ آهن را کم می‌کنند.

عیار سنگ آهن

 همان گونه که بالاتر بودن عیار سنگ ‌آهن، فاکتوری برای افزایش قیمت است، برخی عناصر مضر هم فاکتوری برای کاهش قیمت به حساب می‌آیند. فسفر، گوگرد، تیتانیوم و این قبیل عناصر را می‌توان عناصر مضر برای سنگ‌ آهن به شمار آورد. برای نمونه هم می‌توان معادن مختلفی را نام برد. برای مثال، فسفر بالا ویژگی سنگ‌ آهن چادرملو، گوگرد بالا ویژگی معدن گل‌گهر و تیتانیوم بالا در برخی معادن کرمان و نزدیک به کهنوج دیده می‌شود.


از سنگ آهن تا فولاد

از آنجایی که iron ore استخراج شده از معادن خالص نبوده و ترکیبات مضری در آن موجود می‌باشد، هم‌چنین عیار آن پایین بوده و قابل استفاده نمی‌باشد، ابتدا آن را فرآوری می‌کنند. حدود ۹۵ درصد آهن استخراج شده از معادن سنگ اهن، جهت تولید فولاد به کار می‌رود. خود فلز آهن کمی نرم و آسیب‌پذیر بوده و لازم است که با عناصری هم‌چون کربن و … ترکیب شده تا کمی مقاوم شود. با افزودن کربن و عناصری دیگر، آهن به فولاد تبدیل شده و نسبت به آهن بسیار مقاوم‌تر می‌شود.