مواد معدنی و کربنی
کاربردهای مختلف صنعتی سنگ آهن
نوشته شده در تاریخ ۱۴۰۲/۶/۵
از خودروهایی که رانندگی می‌کنیم و ساختمان‌هایی که در آن کار می‌کنیم، تا زیرساخت‌هایی که جامعه برای ما طراحی می‌کند، سنگ‌آهن نقش بنیادی در شکل‌گیری این موارد دارد؛ اما کاربردهای صنعتی سنگ آهن به صرف تولید فولاد محدود نمی‌شود.
در این مقاله، کاربردهای صنعتی سنگ‌آهن را بررسی خواهیم کرد. از مصالح ساختمانی تا وسایل‌نقلیه، ماشین‌آلات و پروژه‌های مهندسی عمران، نقش سنگ آهن در آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.
سنگ‌آهن چیست؟
سنگ‌آهن به سنگ‌ها و مواد معدنی اطلاق می‌شود که می‌توان از آن‌ها آهن فلزی را به‌لحاظ اقتصادی استخراج کرد. این ماده خام در کاربردهای صنعتی برای تولید آهن و فولاد استفاده می‌شود.
سنگ‌آهن از اکسیدهای آهن مانند مگنتیت، هماتیت و گوتیت تشکیل شده‌است. سنگ‌آهن به‌وفور یافت می‌شود و به‌طور گسترده در سراسر جهان توزیع شده است. سنگ‌آهن برای بسیاری از کاربردهای صنعتی حیاتی است. این ماده خام اولیه برای ساخت آهن خام، فولاد و انواع آلیاژهای آهن کاربرد دارد و در صنایعی مانند ساخت‌وساز، خودروسازی و تولید ضروری است، از این رو درک کاربردهای صنعتی سنگ‌آهن بسیار مهم است.
رایج‌ترین انواع ذخایر سنگ‌آهن و ترکیبات آن‌ها عبارتند از:
· هماتیت (Fe2O3) - 70٪ آهن
· مگنتیت (Fe3O4) - 72٪ آهن
· گوتیت (FeO (OH)) - 63٪ آهن
· لیمونیت (FeO (OH).nH2O) - 60٪ آهن
· سیدریت (FeCO3) - 48٪ آهن
سنگ معدن‌های حاوی مقادیر بسیار بالایی هماتیت یا مگنتیت برای کاربردهای صنعتی ترجیح داده می‌شوند، زیرا برای حذف ناخالصی‌های آن‌ها به پردازش کمتری نیاز است. کیفیت سنگ‌آهن با نسبت آهن موجود در آن تعیین می‌شود. سنگ معدن با کیفیت بالاتر، به انرژی کمتری برای پردازش نیاز دارد و موجب افزایش بهره وری در فرایندهای کاربردهای صنعتی می‌شود.
کاربردهای عمده سنگ آهن در صنعت
تولید آهن و فولاد
صنعت آهن و فولاد بزرگ‌ترین مصرف کننده سنگ آهن است که بیش از 90 درصد کل مصرف را به خود اختصاص داده است. سنگ آهن جزو لاینفک تولید فولاد است.
در کوره‌های بزرگ، سنگ‌آهن با کک و سنگ آهک ترکیب می‌شود و سپس تا دمای بالا گرم می‌شود. گریدهای مختلف سنگ آهن برای تولید وجود دارد و برای تولید آهن بهینه به سنگ آهن با محتوای آهن بالا و ناخالصی کم نیاز است. سنگ آهن وارد کوره می‌شود و با ذوب شدن آماده فرآوری برای تولید آهن و فولاد می‌شود.
آلیاژهای مهم ساخته شده با سنگ آهن
فولاد آلیاژی است که از آهن با کربن اضافه شده تشکیل شده‌است. سایر عناصر آلیاژی مانند منگنز، کروم، تنگستن، سیلیکون، نیکل، تیتانیوم، مس و وانادیوم را می‌توان برای تولید انواع فولاد با خواص مطلوب اضافه‌کرد. اکثر فولادها بین 0.2٪ تا 2٪ کربن و بقیه آهن و عناصر آلیاژی دارند.
سنگ آهن قبل از استفاده در فولادسازی برای افزایش میزان استخراج آهن، خرد، پردازش و تغلیظ می‌شود. در این فرآیند ناخالصی‌ها از سنگ‌آهن حذف می‌شوند. نقش کلیدی سنگ‌آهن آن را برای تولید فولاد صنعتی و انواع آلیاژهای فولادی ضروری می‌کند.
آهن خام همچنین تصفیه و دکربوکسیله می‌شود تا درجات مختلفی از فولادهای آلیاژی و چدن‌های حاوی 2 تا 4 درصد کربن، سیلیکون، منگنز، فسفر و گوگرد را تولید کند.
برای مشاهده قیمت سنگ آهن روی لینک کلیک کنید
تولید سیمان
سنگ آهن در تولید سیمان هم به‌عنوان ماده اولیه و هم به‌عنوان شار استفاده می‌شود. سیمان حاوی آهن در هنگام سخت شدن از استحکام و دوام بالاتری برخوردار است. سنگ‌آهن در هنگام آسیاب اضافه می‌شود تا به‌عنوان یک کاتالیزور عمل کند و در هنگام سوزاندن با سیلیکات‌های کلسیم ترکیب شود تا مواد معدنی سیمان را تشکیل دهد.
سنگ‌آهن نیز به‌عنوان یک شار برای کاهش نقطه ذوب در طول تولید کلینکر اضافه می‌شود. این اجازه می‌دهد تا از کوره‌های دمای پایین‌تر استفاده شود و مصرف انرژی در تولید سیمان کاهش یابد. کاربردهای صنعتی سنگ‌آهن در تولید سیمان به بهبود کارایی و عملکرد آن کمک می‌کند.
مصارف صنعت خودرو
صنعت خودروسازی برای قطعات مختلف به چدن و فولاد متکی است. سنگ‌آهن برای تولید موتور، سرسیلندر، میل‌لنگ، چرخ دنده‌ها و اجزای شاسی به آهن خام، فولاد آلیاژی و چدن تبدیل می‌شود. آهن با خلوص بالا، ریخته گری با کیفیت را با خواص مکانیکی مطلوب تضمین می‌کند.
کاربردهای جدید و در حال ظهور سنگ آهن
چاپ سه‌بعدی
کاربردهای صنعتی سنگ آهن به تولید آلیاژ محدود نمی‌شود. فناوری پرینت سه‌بعدی در حال متحول کردن تولید در سراسر صنایع است. پرینت سه‌بعدی اشیا را لایه به لایه بر اساس یک فایل دیجیتال می‌سازد. پودر سنگ‌آهن یک ماده خام مورد استفاده در همجوشی بستر پودری آن است.
پودر سنگ‌آهن معمولاً یک مگنتیت با خلوص بالا است. در لایه‌های نازک پخش شده و توسط لیزر یا پرتو الکترونی ذوب می‌شود تا اجسام پیچیده سه‌بعدی تولید کند. پودر سنگ‌آهن را می‌توان برای پرینت سه‌بعدی اجزای مختلف فلزی، نمونه‌های اولیه، ابزارآلات و قطعات نهایی استفاده‌کرد.
پرینت سه‌بعدی امکان تولید بر اساس تقاضا را بدون قالب یا ابزار گران قیمت فراهم می‌کند. همچنین مهندسی‌ها و سفارش‌سازی‌های پیچیده را امکان‌پذیر می‌کند که در تولید سنتی امکان‌پذیر نیست یا بسیار سخت است.
انرژی‌های تجدید پذیر
فن‌آوری‌های مختلف انرژی‌های تجدیدپذیر از سنگ آهن و زغال سنگ متالورژیکی برای تولید اجزای فلزی استفاده می‌کنند. از آهن و فولاد برای ساخت توربین‌ها، ژنراتورها، ترانسفورماتورها، شمع‌ها و سایر زیرساخت‌ها استفاده می‌شود.
به‌عنوان مثال، توربین‌های بادی حاوی مقادیر زیادی فولاد و آهن در برج، ناسل، هاب روتور، ژنراتور، گیربکس و سایر اجزا آن هستند. صنعت بادی یکی از بخش‌های نوظهور با عمده تقاضا برای سنگ آهن و فولاد است. به‌طور مشابه، نیروگاه‌های حرارتی و آبی نیز به مقادیر قابل توجهی از فولاد و مواد خام سنگ آهن برای تجهیزات تولید و انتقال نیاز دارند.
ترسیب کربن
ترسیب کربن با هدف جذب و ذخیره انتشار کربن از فرآیندهای مبتنی بر سوخت فسیلی است. برای مثال از سنگ آهن به‌عنوان مخزن کربن استفاده می‌شود، به طوری که دی‌اکسید کربن با سنگ معدن اکسید آهن واکنش داده و کربنات‌های پایدار تشکیل می‌دهد.
کربناته شدن مواد معدنی، CO2 جذب شده را به کربنات‌های منیزیم و کربنات‌های آهن تبدیل می‌کند. این موجب جلوگیری از ورود کربن به جو می‌شود.
پروژه‌های آزمایشی با استفاده از سنگ آهن برای ترسیب کربن به شکل بهتر و بازدهی بیشتر برای جلوگیری از ورود به اتمسفر زمین در حال انجام است. این موضوع فرصت‌های امیدوارکننده‌ای را برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در سراسر صنایع درگیر با کربن ارائه می‌دهد.
عوامل مؤثر بر تقاضای سنگ‌آهن
روندهای زیرساختی و ساخت‌وساز
بخش زیرساخت و ساخت‌وساز بیش از 50 درصد از مصرف جهانی فولاد را تشکیل می‌دهد. پروژه‌های زیرساختی در مقیاس بزرگ، مسکن شهری، املاک تجاری و سایر فعالیت‌های ساختمانی به مقادیر قابل توجهی فولاد و سنگ آهن نیاز دارند. پروژه‌های صنعتی‌سازی کشورهای سراسر جهان، روزبه‌روز موجب افزایش تقاضا برای سنگ آهن با کیفیت می‌شوند.
بازارهای خودرو و تولید
صنعت خودروسازی حدود 12 درصد فولاد سراسر جهان را استفاده می‌کند. وسایل‌نقلیه سواری، وسایل‌نقلیه تجاری و قطعات خودرو به فولاد و چدن تولید شده از مواد اولیه سنگ آهن نیاز دارند.
نیازهایی مانند پایداری مکانیکی، سبک وزنی و مقاوم بودن در برابر حوادث موجب می‌شود تا نیاز به فرآوری فولاد و چدن باکیفیت با استفاده از سنگ آهن با خلوص بالا بسیار مهم شود. خودروهای برقی در مقایسه با خودروهای معمولی حدود 20 تا 40 درصد از فولاد سبک‌تر و با استحکام بالا استفاده می‌کنند و آینده صنعت خودرو متعلق به خودروهای برقی است، پس با افزایش مصرف سنگ آهن مواجه خواهیم شد.
فعالیت‌های تولیدی گسترده و خط‌های تولید، مشتری بزرگ دیگر سنگ آهن هستند. تمامی انواع تولید و ساخت، بیش از 50 درصد از مصرف فولاد را در برمی‌گیرند. هرچه کشورها پیشرفته‌تر شوند و تولید آن‌ها بالاتر رود، میزان مصرف سنگ آهن هم بیشتر خواهد شد.
مقررات زیست‌محیطی
سیاست‌های زیست‌محیطی و پویش‌های کربن‌زدایی بر روش‌های تولید آهن و فولاد تأثیر گذاشته است. با سخت‌گیرتر شدن قوانین محافظت از محیط زیست، پذیرش فناوری‌های جایگزین فولادسازی که مواد اولیه سنگ آهن را با آلودگی کمتر و کیفیت بالاتر فرآوری می‌کنند، آسان‌تر کرده است. این موضوع با ذغال سنگ هم درگیر است و استفاده از مواد جایگزین موجب کاهش تولید آلودگی در حین فرآوری سنگ آهن می‌شود.
جمع‌بندی
در این مطلب کاربردهای صنعتی سنگ‌آهن را بررسی کردیم که زندگی مدرن را آن‌گونه که می‌شناسیم امکان‌پذیر می‌کند. بدون عرضه مداوم سنگ آهن با کیفیت بالا، صنایع در سراسر جهان با موانع جدی مواجه خواهند شد.
مقیاس خارق‌العاده تجارت سنگ آهن نشان می‌دهد که چقدر توسعه جهانی به این سنگ معدنی وابسته شده‌است. سالانه میلیاردها تن سنگ آهن استخراج می‌شود تا نیازهای فولادسازی را برآورده کنند، فرایندی که تقریباً همه جنبه‌های صنعت را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.