تولید فرومنگنز سبز با استفاده از کربن زیست پایه

منگنز، فلزی کاربردی و استراتژیک است که به صورت آلیاژ فرو منگنز (Fe-Mn) در صنایع فولاد و چدن مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرومنگنز بعد از کربن، محبوب‌ترین آلیاژ ساز، گوگرد زدا و اکسیژن زدا است. فرومنگنز انواع مختلفی با توجه به درصد کربن آن دارد. به صورت کلی فرومنگنز در سه نوع پر کربن، متوسط کربن و کم کربن در گرید‌های مختلف دسته بندی شده و در تمام گریدهای فولاد وجود دارد.

فرومنگنز از حرارت دادن اکسیدهای منگنز، آهن و کربن در کوره بلند یا کوره قوس سابمرج تولید می‌شود. درصد منگنز موجود در فرومنگنز بالا بوده و به دلیل ویژگی‌ها و خواصی که دارد، در صنایع فولادی و بسیاری دیگر از زمینه‌ها از آن استفاده می‌شود. اما با توجه به انواع مختلف فرومنگنز و درصد کربن هر کدام، کارآیی آن‌ها مشخص می‌شود که با شناخت بهتر انواع فرومنگنز، می‌توان با کاربردهای هر کدام نیز آشنا شد.

با استفاده از کربن زیست پایه نیز، فرومنگنز سبز تولید می‌شود که در صنایع مختلف کاربرد دارد و به عنوان از بین برنده آلایندگی‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به منظور تولید فرومنگنز سبز باید دمای پخت مطلوب و کیفیت استاندارد وجود داشته باشد که انرژی مورد نیاز برای این امر با استفاده از 97/4 درصد کک محاسبه می‌شود.

به منظور آشنایی بیشتر با فرومنگنز و کاربردهای آن و همچنین فرومنگنز سبز، تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

فرومنگنز چیست و چه کاربردی دارد؟

فرومنگنز، فرو آلیاژی است که دارای درصد منگنز بالایی است. فرومنگنز با حرارت دادن مخلوطی از اکسیدهای منگنز (MnO2)، آهن (Fe2O3) و کربن (به صورت کک و ذغال سنگ) با سیستمی از نوع کوره قوس الکتریکی به نام کوره قوس غوطه ور تولید می‌شود. اکسیدها در کوره‌ها تحت احیا کربوترمال قرار گرفته و فرومنگنز تولید می‌شود. فرومنگنزی که کربن بالایی داشته باشد، می‌تواند تا 80 درصد منگنز وزنی باشد.

منگنز در گروه هفتم جدول تناوبی قرار دارد و داری رنگ نقره‌ای است. منگنز، تمیزکننده و احیا‌کننده فولاد مذاب از مواد اضافی است. این آلیاژ مانند سایر آلیاژها در کوره‌های حرارتی به وجود می‌آید که در ابتدا مواد اولیه درون کوره قرار گرفته و در نتیجه به صورت مذاب از کوره خارج می‌شود. عناصر اصلی تشکیل دهنده فرومنگنز، آهن، کربن، اکسید منگنز، گوگرد و فسفر هستند که نسبت منگنز آن، 65 تا 95 درصد است. فرومنگنز در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیار کاربردی است، ما در ادامه به برخی از کاربردهای مهم آن پرداخته‌ایم.

ماده اصلی تولید فولاد و چدن

قابل استفاده برای تولید لاک‌های رنگی

تولید مواد اکسید‌کننده و ضدعفونی‌کننده

تولید انواع کود شیمیایی و گیاهی با استفاده از فرومنگنز

افزایش سختی و مقاومت چدن

استفاده از فرومنگنز در تولید فولاد ضد زنگ به جای نیکل که قیمت بالایی دارد

افزایش کیفیت فولاد و بهبود خواص آن با حذف عناصر زائد آن مانند گوگرد و اکسیژن

افزایش قابلیت تراش خوردن و ساییدن فولاد با استفاده از فرومنگنز کربن بالا

افزایش استحکام و مقاومت فولاد و کاهش خاصیت شکنندگی آن

انواع فرومنگنز

فرومنگنز سه نوع مختلف دارد که درصد کربن هر کدام متفاوت است. هر کدام از این فرومنگنز‌ها کاربرد خاص خود را دارند که باید با توجه به کاربرد، میزان کربن آن‌ها نیز مشخص شود؛ زیرا بعد از بکارگیری فرومنگنز، امکان کم یا زیاد کردن میزان کربن آن وجود نخواهد داشت. در ادامه این سه نوع فرومنگنز و کاربردهای هر کدام بیان شده‌اند.

1. فرومنگنز پر کربن

فرومنگنز پر کربن با داشتن درصد بالای کربن، یکی از کاربردی‌ترین فروآلیاژهای صنعت تولید فولاد است. فرومنگنز پرکربن حاوی 79 درصد منگنز، 8 درصد کربن، 2 درصد عنصر سیلیسیم، 0.3 درصد فسفر و 0.25 درصد گوگرد است. فرومنگنز پر کربن باعث مقاومت و استحکام بالای فولاد و خوش تراشی آن شده و کاربرد زیادی دارد.

2. فرومنگنز متوسط کربن

فرومنگنز متوسط کربن به صورت میانگین، 0.8 تا 1.5 درصد کربن دارد. فرومنگنز متوسط کربن در صنعت الکترود‌سازی کاربرد زیادی دارد. این نوع فرومنگنز، دانه‌بندی‌های مختلفی دارد.

3. فرومنگنز کم کربن

فرومنگنز‌های کم و متوسط کربن به روش کربن زدایی و سنگ معدن منگنز تولید می‌شوند. همانطور که گفته شد، به دلیل عدم امکان تغییر درصد کربن، به منظور کنترل بهتر درصد کربن از فرومنگنز کم کربن و متوسط کربن استفاده می‌شود. از فرومنگنز کم کربن برای تولید آلیاژهای فولادی نیز استفاده می‌شود.

تولید فرومنگنز سبز با استفاده از کربن زیست پایه

در هنگام استخراج سنگ معدن منگنز و در حین فرآوری آن، درصد زیادی از ذرات ریز در معدن و کارخانه‌های فرآوری در مراحل خرد کردن، فلوتاسیون و جداسازی تشکیل می‌شود. همچنین این ذرات از کوره خارج شده و در چرخه فرآوری چرخیده و تاسیسات تصفیه گاز را با بار زیاد از آن‌ها مواجه می‌کند. به همین دلیل زمان تولید افزایش پیدا کرده و بخش زیادی از سنگ معدن منگنز، بلا استفاده می‌ماند. به همین دلیل آماده سازی سنگ معدن منگنز برای تولید فرومنگنز و سایر کاربردها، با روش تف جوشی برای تولید مواد دانه‌بندی، بریکت و زیترینگ، بهترین روش است.

مصرف سوخت و کیفیت آن، تاثیر بسزایی در کیفیت زینترینگ دارند‌. همچنین سوخت تا حد زیادی بر محیط زیست تاثیر می‌گذارد و مزایای اقتصادی برای فرایند پخت سنگ معدن را تعیین می‌کند. عامل و راهکار مهم و موثری که می‌تواند هزینه تولید و اثرات منفی بر محیط زیست برای تولید فرومنگنز را کاهش دهد، استفاده از مواد خام تجدید‌پذیر و مواد زیست توده مانند زغال چوب است.

در صورتی که بیش از 25 درصد کک ریزدانه با بیوچار یا زغال تولید شده از زیست توده گیاهی، جایگزین شود، بر سرعت تف جوشی و نفوذپذیری تأثیر منفی دارد. در شرایطی که یک سوخت زیست توده با ارزش حرارتی کمتر استفاده شود، میزان سوخت باید به 52/5 درصد افزایش یافته و 20 درصد جایگزین کک شود. کاهش مصرف کک در فرآیند پخت، منجر به انتشار کمتر CO2 می‌شود و میزان جایگزینی زیست توده با کک، امکان به حداقل رساندن انتشار کربن دی اکسید را در محیط فراهم می‌کند. برای تولید فرومنگنز سبز باید دمای پخت مطلوب و کیفیت استاندارد وجود داشته باشد که انرژی مورد نیاز برای این امر با استفاده از 97/4 درصد کک محاسبه می‌شود.

زغال چوب، مناسب‌ترین جایگزین به جای کک ریزدانه برای تامین انرژی مورد نیاز در کوره‌های قوس غوطه وری بوده و کمترین تاثیر را بر کیفیت تف جوشی دارد. میزان بهینه استفاده از زغال چوب نیز، حدود 20 درصد است. استفاده از این مقدار زغال چوب، منجر به افزایش سرعت و قدرت تف جوشی و کاهش تف جوشی با هیدروژن در دمای 800 درجه سانتیگراد می‌شود.

نتیجه‌گیری

به منظور کاهش آلاینده‌های محیط زیست و از بین بردن ناخالصی‌های برخی از مواد، از عناصر و مواد مختلفی استفاده می‌شود که منگنز یکی از کاربردی‌ترین آن‌ها است. منگنز، آلیاژ ساز، اکسیژن زدا و گوگرد زدا است و به همین دلیل مورد توجه صنایع مختلف قرار گرفته است. منگنز به صورت آلیاژ فرومنگنز استفاده می‌شود که درصد زیادی از آن را کربن و منگنز تشکیل داده‌ است. فرومنگنز با توجه به درصد کربن موجود در آن، دارای سه نوع کم کربن، متوسط کربن و پرکربن است که هر کدام ویژگی‌های و کاربردهای خاص خود را دارند. اما باتوجه به این که امکان تغییر درصد کربن وجود ندارد، بهتر است که میزان کربن به درستی انتخاب شود.

با حرارت دادن اکسید منگنز، آهن و کربن در کوره‌های قوس الکتریکی، فرومنگنز تولید می‌شود و با استفاده از کربن زیست پایه نیز فرومنگنز سبز تولید می‌شود که آن هم کاربردهای زیادی دارد. برخی از کاربردهای فرومنگنز عبارتنداز، تولید کود شیمیایی و گیاهی، افزایش مقاومت فولاد، تولید مواد اکسید‌کننده و ضد عفونی‌کننده، افزایش مقاوم چدن، استفاده برای تولید لاک‌های رنگی و غیره.