پیدایش منابع و تشکیل سنگ آهن/فلزی

سنگ آهن امروزه جزء مهمترین و پر مصرف ترین کانی های معدنی موجود در طبیعت است. شاید  چگونگی تشکیل سنگ آهن برای شما مخاطبان جالب توجه باشد. به همین دلیل در این مقاله سعی داریم پیرامون چگونگی تشکیل این سنگ معدنی پرکاربرد اطلاعاتی در اختیار خوانندگان قرار دهیم.

تشکیل سنگ آهن به حدود ۱.۸ میلیارد سال قبل بر می گردد. اغلب کانسارهای آهن در سنگ هایی یافت می شوند که میلیاردها سال از پیدایش آنها می گذرد. در آن دوره از عمر کره زمین، آب اقیانوس ها دارای هیچ اکسیژن محلولی نبوده و مملو از آهن بوده اند.

به مرور زمان، با به وجود آمدن اکوسیستم های قابل فتوسنتز و گیاهی در آب، آزادسازی اکسیژن نیز آغاز شده است. با آغاز واکنش میان آهن و اکسیژن محلول در آب، کانی هماتیت و کانی مگنتیت شکل گرفته اند.این کانی ها و دیگر اکسیدهای فلزی در کف اقیانوس ها ته نشین شده اند.

با کمتر شدن آب اقیانوس ها و تناوبی که در رسوب گذاری اکسیدهای آهن و سایر کانی ها و فلزات وجود داشته است، ساختاری لایه لایه از این کانی ها بر جای مانده اند که به تشکیلات نواری سنگ آهن یا Banded Iron Formation نامگذاری شده اند. این تناوب، حاصل تغییرات فصلی و دیگر عوامل زیست محیطی می باشد.

تصویر از سنگ رسوبی که طول زمان به وجود آمده است
به وجود آمدن لایه های رسوبی و تشکیل سنگ آهن با گذشت زمان

منابع سنگ آهن دنیا کدامند؟

تعداد منابع سنگ آهن در دنیا کم نیستند. اما تعداد منابعی که تشکیل سنگ آهن در آنها زیاد بوده و استخراج آهن در آنها در حجم بسیار وسیعی انجام می گیرد، محدود هستند. در ادامه، هفت کشور جهان و شهرهایی از کشورمان که دارای منابع بسیار بزرگ سنگ آهن هستند را معرفی خواهیم کرد:

  • استرالیا: استرالیا دارای بزرگترین معادن تشکیل سنگ آهن در جهان می باشد. از این معدن سالانه ۴۸ میلیارد تن آهن استخراج می شود. بزرگترین تولید کننده سنگ در جهان این کشور بوده و صادرات سنگ آهن بزرگترین منبع درآمد آن محسوب می شود.
  • برزیل: دومین کشور از نظر تعداد ذخایر بزرگ سنگ آهن، برزیل است. این کشور سالانه ۲۹ میلیارد تن سنگ آهن استخراج می کند.
  • روسیه: روسیه از نظر تعداد معادن سنگ آهن در رتبه سوم جهان قرار گرفته است. این کشور سالانه ۲۵ میلیارد تن از سنگ آهن دنیا را تامین می کند.
  • چین: این کشور پر جمعیت از نظر تولید فولاد بعد از استرالیا و برزیل و در رتبه سوم قرار گرفته است. چین با استخراج ۲۰ میلیارد تن سنگ آهن در سال، رتبه چهارم جهانی را به خود اختصاص داده است.
  • اوکراین: معادن سنگ آهن در مناطق مرکزی کشور اوکراین قرار گرفته است. استخراج ۵.۶ تن سنگ آهن، این کشور را در رتبه پنجم جهانی جای داده است.
  • کانادا: کانادا سالانه میزان ۶ میلیارد تن سنگ آهن استخراج می کند.
  • هند: کشور هند با تولید سالانه ۵.۵ میلیارد تن سنگ آهن در رتبه هفتم قرار دارد. این کشور از نظر میزان تولید فولاد نیز رتبه چهارم جهان را به خود اختصاص داده است.

ایران نیز یکی از کشور هایی است که دارای معادن سنگ آهن فراوانی می باشد. تولید سالانه سنگ آهن ایران حدود ۵۰ میلیون تن می باشد. این میزان تولید، تنها تامین کننده نیازهای داخلی می باشد.

تصویر از یک معدن روباز
معادن سنگ، ذخایر ارزشمند و حیاتی کره زمین

منابع سنگ آهن  موجود در ایران به شهرهای زیر خلاصه می شوند:

  • استان مرکزی، منطقه اراک و شهر ملایر
  • استان کرمان و یزد که شامل معادن سنگ آهن جلال آباد زرند، معدن سنگ آهن چغارت، معدن سنگ آهن چاهگر بافق، معدن گل گهر و معدن سنگ آهن سه چاهون بافق می باشد.
  • استان اصفهان، شهر کاشان
  • استان تهران، قزوین و قم
  • استان خراسان
  • منطقه حاشیه ای خلیج فارس

بزرگترین منابع کشف شده قابل دسترسی و غیر قابل دسترسی سنگ آهن کدام است؟

منابع و معادن کشف شده سنگ آهن در دو دسته قرار می گیرند. معدن سنگ آهن قابل دسترسی و غیر قابل دسترسی. استخراج منابعی که دارای سنگ آهن با عیار پایین و ناخالصی بالا هستند، به دلیل هزینه بر بودن، مقرون به صرفه نمی باشد. به این معادن سنگ آهن، معادن غیر قابل دسترسی گویند.

از جمله منابع تشکیل سنگ آهن قابل دسترسی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

معدن سنگ آهن کاراخاس:

یکی از بزرگترین منابع تشکیل سنگ آهن که در ایالت پارا در شمال برزیل قرار گرفته است، معدن کاراخاس می باشد. از این معدن علاوه بر سنگ آهن، منگنز، مس، قلع، آلومینیوم و طلا نیز به فراوانی استخراج می شود. از این معدن آهن با درجه خلوص بیش از ۶۶ درصد استخراج می شود.

سامارکو آلگریا برزیل:

این معدن بزرگ نیز در کشور برزیل قرار دارد. معدن سامارکو آلگریا در استان میناس گرایس برزیل جای گرفته و بزرگترین معدن سنگ آهن روباز در جهان می باشد.

تصویر از بزرگترین معدن سنگ اهن روباز واقع در برزیل
سامارکو آلگریا برزیل بزرگترین معدن سنگ آهن روباز

معدن سنگ آهن میناس ایتابیریتوس برزیل:

سومین معدن بزرگ استخراج سنگ آهن جهان نیز در میناس گرایس برزیل جای دارد. این معدن متشکل از معادن سگردو، گالین هیرو، خائو پریرا و ساک کادو می باشد.

معدن وارخم گرانده برزیل

ساناگا:

این معدن بزرگ سنگ آهن در قاره آفریقا قرار دارد. ساناگا به طور احتمالی به میزان ۲.۵ تن ذخیره سنگ آهن دارد. کارشناسان تخمین زده اند که به مدت ۳۰ سال می توان از این معدن آهن استخراج کرد.

معدن سنگ آهن سیمان دو:

این معدن بزرگ، در دامنه کوه سیمان دو و در نئورکره جنوبی گینه جنوبی واقع شده است.

معدن هامرسلی:

این معدن در شمال غربی استرالیا و در منطقه ای که به پیلبارا معروف است واقع شده است. از این منطقه سنگ آهنی با عیار ۶۲ درصد استخراج می شود.

چیچستر هاب:

این معدن نیز در منطقه پیلبارا استرالیا قرار گرفته و در سال ۲۰۰۸ کشف شده و به مرحله بهره برداری رسیده است. عیار سنگ آهن استخراج شده از این منطقه ۵۸ درصد است.

یاندی:

این معدن یکی دیگر از معادن بزرگ سنگ آهن است که در غرب قاره استرالیا واقع شده است.

مونت ویل بک:

این معدن سنگ آهن، بزرگترین معدن روباز و دهمین معدن بزرگ جهان محسوب می شود.

روش های تشخیص منابع سنگ آهن

  • امروزه برای شناسایی معدن سنگ آهن روش‌های متعددی وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
  • عکسبرداری هوایی و انجام مطالعات ماهواره ای
  • برداشت زمین‌شناسی
  • انجام روش های ژئوشیمی اکتشافی: در این مورد یکی از روش های BLEG (Bulk Leach Extractable Gold)، Enzyme Leach، MMI(Mobile Metal Ion Extraction) و روش ژئوشیمی آب (Aqueous Geochemistry) مورد استفاده قرار می گیرند.
  • انجام آزمایشات الکتریکی و الکترونیکی
  • روش اکتشافات ژئوفیزیکی: در این مورد از روش اندازه‌گیری۲۴Titan و روش  E-scan Surveys استفاده می شود.
  • حفر گمانه به کمک دستگاه های پیشرفته حفاری اکتشافی
  • استفاده از روش های لرزه‌نگاری (Seismic)
  • کمک گرفتن از دستگاه های جدید مگنتومتر
تصویر هوایی از یک معدن روباز
عکسبرداری هوایی، یکی از روش های شناسایی معادن و ذخایر زمین

معرفی ابزار های مناسب برای شناسایی و کشف منابع سنگ آهن

برای اکتشاف و شناسایی معدن سنگ آهن دستگاه های متنوعی وجود دارند. هر یک از این دستگاه ها و ابزارها دارای ویژگی ها و قابلیت های متفاوتی هستند. اغلب این دستگاه ها، در زمان حفاری و اکتشاف، سنگ های مسیر را خرد کرده و از معدن خارج می کند. این دستگاه ها به دستگاه‌های حفاری  Percussion Drills معروف اند.  گروهی از دستگاه ها نیز سنگ ها را با خرد شدگی کم از معدن خارج می کنند. این دستگاه ها Core Drills  هستند. امروزه دستگاه های مغزه گیری(Core Drill Rigs)  در اکتشاف معادن سنگ آهن پرکاربردتر می باشند. در ادامه به معرفی این دستگاه ها خواهیم پرداخت:

حفاری به روش (Reverse Circulation Drilling) RC

در این روش، سنگ ها با فشار آب یا هوا از فضای بین دو لوله عبور کرده و خارج می شوند. سرعت بالای عملیات این دستگاه و هزینه پایین از مزیت های این دستگاه می باشد. استفاده از دستگاه‌های حفاری چند منظوره برای شناسایی و اکتشاف معدن سنگ آهن (Multipurpose Drill Rigs)

این دستگاه اغلب بر روی تراک نصب شده و برای حفاری و اکتشاف مورد استفاده قرار می گیرد. از پرکاربردترین این دستگاه ها می توان به  دستگاه‌های مغزه‌گیری الماسه (Diamond Core Drilling) و RC اشاره کرد.

دستگاه گودبرداری عظیم الجثه که در معادن برای خاک برداری در حجم وسیع استفاده می‌شود
استفاده از دستگاه های اکتشاف و حفاری پیشرفته در معادن سنگ آهن

برای حفاری در مناطق صعب العبور از دستگاه های خاصی استفاده می شود که قابل جداسازی و مونتاژ شدن هستند. این دستگاه ها با هلیکوپتر به محل مربوطه منتقل، در مدت زمان کوتاهی در آنجا مونتاژ شده و مورد استفاده قرار می گیرند. به این دستگاه های که از قدرت حفاری بالایی برخوردار هستند،  Gopher گفته می شود.

استفاده از دستگاه‌ های آنالیزگر جدید و پیشرفته در اکتشاف معدن سنگ آهن

دستگاه های پرتابلی که به اکتشاف ذخایر معدنی کمک شایانی می کنند روز به روز در حال پیشرفت هستند. یکی از دستگاه هایی که در سه سال گذشته عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داده است، دستگاه X.R.F می باشد.

با قرار دادن این دستگاه بر روی نمونه سنگ معدنی، میزان عناصر موجود در نمونه سنگ با دقت بسیار بالایی شناسایی، اندازه گیری و ثبت می شود. حدود ۲۵عنصر توسط این دستگاه‌ قابل شناسایی می باشد.

استفاده از دستگاه های اکتشاف و حفاری پیشرفته در معادن سنگ آهن

یکی دیگر از دستگاه های پیشرفته ای که در سال های اخیر در پروژه های اکتشافی بسیار مورد توجه قرار گرفته است، دستگاه Portable Infra-red Mineral Analyser(PIMA) می باشد. به کمک این دستگاه، مقدار کانی های موجود در یک نمونه سنگ به کمک کامپیوتر و نرم افزار قابل تشخیص می باشد.

روش تشخیص ساده سنگ آهن هماتیت از مگنتیت

در زمان تشکیل سنگ آهن، با توجه به نسبت ترکیب این فلز با اکسیژن، دو نوع کانی به وجود می آید. کانی مگنتیت، کانی هماتیت. هر کدام از این دو نوع کانی معدنی، دارای ویژگی های منحصر به فردی بوده و برای کاربردهای خاصی مورد استقاده قرار می گیرند.

برای تشخیص این دو نوع سنگ از یکدیگر راه های ساده یا آزمایشگاهی زیادی وجود دارد. نام کانی مگنتیت از کلمه یونانی که به معنای آهنربا می باشد، گرفته شده است. در زمان تشکیل سنگ آهن مگنتیت، حجم زیادی از آهن در ترکیب شیمیایی شرکت کرده و عیار آهن موجود در این کانی را به ۷۰ درصد می رساند. رنگ این نوع سنگ به سیاه، قهوه ای مایل به سیاه یا خاکستری با رگه های سیاه متمایل است. داشتن ویژگی آهنربایی و الکترومغناطیسی این سنگ، آن را بسیار پرکاربرد و پر استفاده کرده است.

بیشترین استفاده ای که از کانی مگنتیت می شود، تولید انواع آهن ربا می باشد. اکتشاف، استخراج و فرآوری سنگ آهن مگنتیت از هماتیت ساده تر و کم هزینه تر می باشد. چنانچه عیار این کانی در سنگ آهن بالا باشد، با نزدیک کردن فلزاتی چون سنجاق ته گرد و جذب آنها توسط سنگ، می توان این نوع سنگ آهن را شناسایی کرد.

سنگ آهن مگنتیت دارای خاصیت مغناطیسی
قدرت مغناطیسی می‌تواند به صورت طبیعی در یک کانی مگنتیت یافت شود.

از دیگر کانی هایی که در زمان تشکیل سنگ آهن به وجود آمده است، کانی هماتیت می باشد. این کانی برخلاف سنگ مگنتیت غیر مغناطیسی و غیر آهنربایی بوده و از ماده معدنی اکسید آهن تشکیل شده است. رنگ آن نقره ای یا قهوه ای روشن و مایل به قرمز می باشد. میزان عیار آهن موجود در این نوع سنگ آهن، ۶۹.۹ درصد است.. کاربرد اصلی کانی هماتیت تولید رنگ قرمز و قهوه ای، ضد زنگ، رنگ های هنری و جوهر یا پودر پرینتر می باشد.

تفاوت کانی مگنتیت و کانی هماتیت در چیست؟

دو کانی مگنتیت و هماتیت از چند نظر با هم تفاوت دارند. در ادامه این تفاوت ها را بررسی خواهیم کرد. اصلی ترین و بارزترین اختلاف موجود بین این دو کانی، ترکیب شیمیایی آنها می باشد. آرایش مولکولی در زمان تشکیل سنگ آهن هماتیت، Fe2O3 و در سنگ مگنتیت  Fe3O4می باشد.

ازدیگر تفاوت های بین کانی هماتیت و مگنتیت، ویژگی مغناطیسی است. کانی مگنتیت دارای خاصیت آهنربایی بوده و فلزات را به خود جذب می کند، ولی هماتیت با وجود آن که از عنصر آهن تشکیل شده است این خاصیت را ندارد.

لازم به ذکر است که مراحل آماده سازی این دو سنگ نیز با هم بسیار متفاوت است. اکتشاف، استخراج و فرآوری سنگ مگنتیت نسبت به هماتیت بسیار ساده تر و کم هزینه تر می‌باشد اما در مقابل احیا پذیری سنگ مگنتیت از هماتیت سخت تر است.

سنگ آهن اکسید شده زرد رنگ
نمونه ای از یک سنگ آهن مگنتیت اکسید شده که در معرض رطوبت و اکسیژه بود است.

انواع فراورده های کانی مگنتیت

از انواع فرآورده های کانی مگنتیت می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • چدن

  • چدن چکش خوار

  • آهن کار شده

  • چدن سفید

  • فولاد

  • آهن قراضه

  • سرباره کوره بلند

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *