کنسانتره سنگ آهن چیست؟ انواع، مشخصات و نحوه تولید

حتما بارها شنیده اید که یکی از مواد اولیه تولید فرآورده‌های فولادی در صنعت فولاد، سنگ آهن است. اما علاوه بر سنگ آهن ماده ای به نام کنسانتره آهن نیز وجود دارد. به نحوی که برای تبدیل سنگ آهن به فولاد، آن را در آغاز به کنسانتره آهن (Iron Ore concentrate) یا گندله و سپس به فولاد تبدیل می‌کنند. در ادامه در مورد مشخصات و انواع آن و همچنین نحوه تولید کنسانتره سنگ آهن صحبت خواهیم کرد. اگر علاقه مند هستید با ما همراه باشید.

معنای کنسانتره آهن چیست؟

معنای تحت الفظی و البته صحیح کنسانتره ” متراکم یا فشرده شدن ” در زبان فارسی است، بدین منظور که فرآورده حاصل از چندین ترکیب غنی دیگر تشکیل شده است. پس کنسانتره آهن یکی از محصولات ثانویه ساخته شده از سنگ آهن است که به شکل پودری بوده و به منظور بالا بردن عیار سنگ آهن از آن استفاده می‌شود و از انواع سنگ آهن همچون مگنتیت و هماتیت به دست می‌آید.

مشخصات عمومی کنسانتره سنگ آهن

کنسانتره آهن به رنگ سیاه بوده و در صنایع ذوب آهن برای تولید انواع گندله آهن، آهن اسفنجی و یا سایر محصولات فولادی از آن بهره گرفته می‌شود. کنسانتره آهن به علت نداشتن مواد مضر و اضافی و آسیب زننده به محیط زیست، از لحاظ صرفه‌جویی در زمان و هزینه در تولیدات صنایع نقش مهمی را ایفا می‌کند. لازم به ذکر است که کنسانتره آهن به عنوان محصولی غیرسمی، غیرقابل اشتعال و غیرقابل انفجار به صورت فله‌ای از طریق راه آهن یا از طریق دریا قابل حمل و نقل است.

کنسانتره سنگ آهن و اهمیت تولید آن

در عصر حاضر نیاز به انواع آهن و محصولات فولادی روز به روز در حال افزایش است و در مقابل کیفیت سنگ آهن‌هایی که استخراج می‌شود روز به روز کمتر می‌شود. تولید کنسانتره آهن اولین قدمی است که برای فراوری سنگ آهن برداشته می‌شود.

سنگ آهن متشکل از کانی‌های مختلفی بوده که همه آنها دارای ترکیب‌های آهن است. جهت فرآوری سنگ آهن دو گزینه در دسترس است.

اولی تولید سنگ آهن دانه بندی شده و دومی تولید کنسانتره سنگ آهن

سنگ آهن دانه بندی شده به شکل خشک تولید می‌گردد که در این روش، با استفاده از فرآیندهای مغناطیسی آهن پرعیار از مواد زاید و کم عیار جدا می‌شود. در تولید کنسانتره آهن از روش‌های به‌روزتری استفاده می شود تا عیار سنگ آهن بیشتر شود. تولید سنگ آهن دانه بندی شده به روش مکانیکی و مغناطیسی است که در آن از آب استفاده نمی‌شود. سنگ آهن دانه بندی شده عیار بالایی نداشته و در سامانه‌های احیای مستقیم کاربردی ندارد ولی در کوره‌های بلند می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

بر خلاف آهن دانه بندی شده، همانطور که گفته شد برای تولید کنسانتره آهن از متدهای به روزتر و پیشرفته‌تر استفاده می‌‌شود که عیار آهن را افزایش داده و به اندازه قابل قبولی می‌رساند. در ادامه در مورد فرآیند فرآوری و نحوه تولید کنسانتره سنگ آهن به طور مفصل خواهیم پرداخت.

مزایای کنسانتره آهن چیست؟

از اوایل انقلاب صنعتی در اروپا، یکی از بخش‌های مهم صنایع، تولید فولاد شد. با افزایش تولید فولاد و در واقع مصرف سنگ آهن، تولید کنسانتره نیز افزایش پیدا کرد. فرآوری سنگ آهن و تولید کنسانتره سنگ آهن برای استفاده در صنایع از مزایای مختلفی برخوردار است. کاهش در هزینه تمام شده ذوب و انرژی که در طی فرآیند تولید فولاد بسیار موثر است، یکی از مزایای استفاده از کنسانتره سنگ آهن است. از فواید دیگر کنسانتره آهن می‌توان به پایین آوردن هزینه تصفیه و کاهش آلودگی اشاره کرد.

غربالگری در فرآوری کنسانتره سنگ آهن

قبل از مرحله خرد کردن، از سنگ شکن برای جدا کردن ذرات ریز استفاده می‌شود. بدین صورت که یک صفحه استاتیک برای منحرف کردن ذرات ریز برای خرد کردن به کار گرفته می‌شود. این مرحله از اضافه بار سنگ شکن جلوگیری می‌کند و کارایی آن را افزایش می‌دهد.

ذرات ریز باعث کاهش کارایی سنگ شکن می‌شود و نیروی کششی را برای خرد کردن چنین ذرات کوچکی افزایش می‌دهد که باعث افزایش کیلووات ساعت در هر تن می گردد. غربالگری و انحراف ذرات ریز به طور قابل توجهی عملکرد سنگ شکن را افزایش می‌دهد.

نحوه تولید کنسانتره آهن؛ خرد کردن و انبارش

این مرحله شامل شکستن سنگ آهن برای به دست آوردن اندازه آسیاب F80 قبل از آسیاب می‌شود. این مرحله اولین مرحله از فرآیند فرآوری سنگ آهن است. در این مرحله موادی که از نظر ابعادی دارای طولی مابین ۲۰ تا ۱۰۰ هستند، توسط سنگ‌شکن به اندازه های کوچکتر از ۲۰-۲۵ سانتی‌متر شکسته می‌شوند.

جهت جلوگیری از ورود سنگ‌های ریز به درون سنگ‌شکن، یک سرند در تغذیه سنگ شکن تعبیه می‌شود. سنگ‌هایی که ابعاد آن ها از خروجی سنگ‌شکن کوچک‌تر است از آن عبور کرده و وارد سنگ‌شکن نمی‌شوند و به این ترتیب از بیشتر خرد شدن آنها جلوگیری به عمل می‌آید.

سپس سنگ‌هایی که در این مرحله خرد شده‌اند با استفاده از نوار نقاله به گام بعدی سنگ‌شکن و سرند راهی می‌شوند. با توجه به ابعاد و خصوصیات سنگ آهن فرآیند خرد کردن در چند مرحله ادامه پیدا می‌کند. در فرآوری سنگ آهن و تولید کنسانتره سنگ آهن معمولاً از سنگ‌شکن مخروطی استفاده می‌شود.

هنگامی که سنگ ها از معادن سنگ آهن خرد شدند، به انبار منتقل می‌شود. هدف از این مرحله اطمینان از فرآیند خرد کردن و به حداقل رساندن زمان خرابی در صورت خرابی یا اجازه دادن به تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده در سیستم خردکن بدون توقف و سایر مراحل بعدی است. اگر سنگ شکن خراب شود، ممکن است عملکرد کل کارخانه تحت تأثیر قرار گیرد.

نحوه تولید کنسانتره سنگ آهن؛ آسیاب کردن

آسیاب اولیه، مواد را قبل از جداسازی مارپیچی گرانشی آسیاب می‌کند. آسیاب کارآمد به این معنی است که حداقل مواد چرخشی از یک خوشه سیکلون یا غربالگری پس از آسیاب وجود خواهد داشت که باعث کاهش کیلووات ساعت در هر تن سنگ آهن ورودی می‌شود.

در این مرحله از تولید کنسانتره سنگ آهن، سنگ آهن‌هایی که ابعادی کمتر از ۳۰ میلی‌متر دارند جهت خردایش بیشتر، این مرحله را پشت سر می‌گذارند. مرحله آسیاب کردن به صورت تر و با استفاده از آسیاب غلطکی فشاری انجام شده و ابعاد سنگ آهن بین ۰٫۵ تا ۱ میلی‌متر کاهش داده می‌شود.

ماحصل این مرحله معمولا به شکل دوغاب (Slurry) می‌باشد. در واقع این مرحله شامل نگهداری مواد در داخل آسیاب برای یک زمان خاص (با یا بدون گلوله‌های آسیاب) است که با اعمال شاخص کار باند (Bond’s Work Index) در محاسبه فرآیند به دست می‌آید. این شاخص سختی سنگ آهن و اندازه خوراک، سرعت آسیاب، گردش مجدد مواد، ظرافت مورد نظر و غیره را در نظر می‌گیرد.

هنگامی که سنگ آهن از آسیاب خارج می‌شود، با استفاده از سیکلون‌ها (Cyclone) یا صفحه‌های ارتعاشی که ذرات ریز و درشت را جدا می‌کنند طبقه بندی می‌شود. ذرات بزرگ دوباره به داخل سنگ شکن منحرف شده و ذرات ریز تحت فرآیند جداسازی گرانش مارپیچی قرار می‌گیرند.

جداسازی گرانشی مارپیچی

محدوده تغذیه جداسازی گرانشی تقریباً ۳۰٪ غلظت جامد است. آب برای کمک به فرآیند جداسازی استفاده می‌شود. سنگین ترین ذرات با نیروی گریز از مرکز از ذرات ریزتر جدا می‌شوند. یک جمع کننده در پایین هر مارپیچ، کنسانتره سنگین (کنسانتره هماتیت) را جمع آوری می‌کند و ذرات ناخواسته سبک تر (محصول با عیار متوسط (Middling) و دنباله (Tail) را از بین می‌برد. این مرحله بسته به میزان آزادسازی و غلظت آهن مورد نظر دو یا سه بار تکرار می‌شود.

جداسازی مغناطیسی

کنسانتره جمع‌آوری‌شده از محصول با عیار متوسط و دنباله‌ها پس از جداسازی مارپیچی گرانشی دارای غلظت آهن کمتر (مگنتیت) است، بنابراین باید بیشتر غلیظ شود تا به غلظت ۶۵ درصد آهن مشتری برسد. بلافاصله به یک مدار جداکننده مغناطیسی هدایت می‌شود.

درام‌های مغناطیسی مواد مغناطیسی را جمع آوری می‌کنند، بنابراین می‌توان آن را بیشتر متمرکز کرد. ذرات سبک‌تری که در مرحله جداسازی مارپیچی گرانشی از هم جدا شده اند، به شکل توپ‌هایی (ترکیب با بنتونیت یا یک عامل اتصال دهنده مشابه) در یک کوره القایی پخته می‌شوند.

این فرآیند به عنوان گندله‌سازی (Pelletizing) شناخته می‌شود. مواد مغناطیسی رد شده به منطقه دفع پسماند (باطله) منحرف می‌شوند. بسته به سختی و اندازه ذرات و نتایج خرد کردن، ممکن است چندین مرحله خرد کردن، آسیاب و جداسازی مواد معدنی وجود داشته باشد.

بهترین توصیه‌ در این فرآیند این است که از محصولاتی که مخصوص فرآوری سنگ آهن هستند استفاده شده و سیکلون‌ها، مارپیچ‌ها، درام‌ها و سمپلرها حتماً با مشاوره با افراد و شرکت‌های متخصص تهیه گردند.لازم به ذکر است اگر کنسانتره دارای عناصری مانند فسفر و گوگرد باشد، برای جدایش مواد نامناسب و زائد از روش فلوتاسیون (Flotation) استفاده می‌شود.

آبگیری، آخرین مرحله در تولید کنسانتره سنگ آهن

در این مرحله از تولید کنسانتره سنگ آهن، روی سنگ آهن آبگیری صورت گرفته و سنگ آهن پرعیار می‌شود. سنگ آهن پرعیار در خود آب ذخیره دارد که باید خشک شود و این خشک کردن ( جدا کردن آب از کنسانتره سنگ آهن) با استفاده از فیلترهای مخصوصی انجام می‌شود. برای یک سنگ پرعیار رطوبت ۹ الی ۱۰ درصدی یک مقدار مناسبی است.

پس از خشک کردن کنسانتره سنگ آهن، آن را برای انبار کردن و ذخیره به انبار محصول منتقل کرده و در آنجا دپو می‌کنند. پس از ذخیره کردن کنسانتره آبگیری شده، باطله را برای آبگیری به تجهیزات دیگری که به آن تینکر می‌گویند، انتقال می‌دهند.

بدین صورت که مواد سنگین و جامد ته نشین شده و آب از بالای تینکر سرریز می‌شود و مواد جامد به کمک بازویی که در کف تینکر وجود دارد به سمت مرکز و سپس با کمک پمپ به سد باطله منتقل می‌شوند. برای افزایش سرعت ته نشینی مواد جامد، از ماده شیمیایی پلیمری به نام فلوکولانت استفاده می‌شود که سرعت چسبیدن ذرات را افزایش داده و باعث سقوط آن‌ها می‌شود.

انواع آسیاب‌های صنعتی در تولید کنسانتره آهن چیست؟

آسیاب گلوله‌ای یکی از انواع آسیاب‌هایی است که در تولید کنسانتره سنگ آهن استفاده می‌شود و به شکل یک استوانه و معمولاً از متریال فولادی سخت ساخته می‌شود. آسیاب گلوله‌ای به این شکل کار می‌کند که با چرخیدن حول یک مرکز می‌تواند سنگ آهن را خرد کند.

بهره‌گیری از آسیاب گلوله‌ای برای تولید کنسانتره سنگ آهن در سراسر دنیا بسیار رایج است. آسیاب گلوله‌ای توانایی این را دارد که تناژ بسیار زیادی از سنگ آهن را در طول روز آسیاب کند و به این علت است که شرکت‌های بزرگ از آسیاب گلوله‌ای استفاده می‌کنند. کار با آسیاب گلوله‌ای بسیار ساده است. کافی است سنگ آهن به درون دستگاه ریخته شده و کلید استارت دستگاه زده شود.

از مزایای آسیاب گلوله‌ای می توان به داشتن طول عمر بالا به دلیل برخورداری از بدنه مستحکم، سرعت چرخش مناسب هنگام آسیاب کردن، آسیاب کردن یکدست، ریز بودن مواد آسیاب شده و کیفیت بالای آن و سرعت چرخش مناسب اشاره کرد. یکی دیگر از آسیاب‌های مورد استفاده در تولید کنسانتره سنگ آهن، آسیاب‌های مخروطی هستند که این نوع آسیاب‌ها می‌توانند بهره‌وری را بالا برده و در خرد کردن ثانویه سنگ آهن و دیگر مواد معدنی بسیار کمک کننده باشند.

کنسانتره خشک سنگ آهن خوراکی چیست؟!

ممکن است شنیده باشید که در برخی مناطق با وجود کم آبی نیاز به تولید کنسانتره آهن وجود دارد. در چنین شرایطی پیشنهادی که داده میشود اصطلاحا این است که از روش کنسانتره خشک سنگ آهن باید استفاده شود. در این روش با کمک برخی فناوری ها میتوان مقدار آب مصرفی در فرایند غربالگری به کمترین حد خود کاهش داد.

به این نکته دقت شود که اگر یاز به تولید کنسانتره خشک آهن وجود داشته باشد، بایستی برای جبران سایز ذرات از روش دستگاه آسیاب Airfall AG یا رول های آسیاب فشار بالا استفاده شود تا بتوان به اندازه کافی به سایز ذرات ریزتر دست پیدا کرد.

از طرفی بهتر است آب فرآوری شده را تا جایی که ممکن است بازیافت کنید. همچنین مخازن را بپوشانید تا تبخیر را کاهش دهید.

به طور معمول، بیشترین ضرر شما مربوط به رطوبت کنسانتره محصول است. برای جلوگیری از تشکیل گرد و غبار، یا باید حداقل رطوبت را داشته باشید یا از وسایل حمل و نقل ویژه (نقاله های پنوماتیک، واگن های ریلی مهر و موم شده و غیره) استفاده کنید. اگر باید کنسانتره را به صورت حرارتی خشک کنید، روش‌های بازیابی آب (اسکرابر، مبدل حرارتی و غیره) را در نظر بگیرید تا حداکثر رطوبت را از گاز خشک کن خارج کنید.