سنگ آهن، از شناسایی/استخراج تا کاربردها و کاربرد صنعت + ویدیو

سنگ آهن چهارمین عنصری است که به فراوانی در پوسته زمین یافت می شود. این عنصر فلزی که بیشتر در سنگ های رسوبی سطح زمین ذخیره شده است و حدود پنج درصد جرمی از پوسته زمین را به تشکیل داده است. در واقع همانطور که می‌دانید سنگ آهن نوعی سنگ معدنی است که عنصر آهن در آن با درصد قابل توجهی وجود دارد و همچنین این آهن به روش‌های بهینه، از آن قابل جداسازی است.

مقدمه

باید بدانید آهن پرکاربردترین فلز جهان است و تقریبا در ۹۵ درصد از کل تناژهای فلزی که در دنیا وجود دارند، حضور دارد. نکته قابل توجه آن است که می توان به جرأت ادعا کرد که بیشترین مقدار سنگ آهنی که در جهان از معادن مختلف استخراج می شود، برای ساختن آهن خام مورد استفاده قرار می گیرد. این آهن خام نیز ماده اصلی و اولیه برای ساخت و تولید فولاد می باشد. اما مقدار بسیار کمی از سنگ معدن آهن نیز باقی می ماند که کاربردهای متنوعی دارد. برای مثال از آن در کارخانه های تولید سیمان و یا کارخانه های ذغال سنگ استفاده می‌‎کنند همچنین پودر سنگ آهن نیز کاربردهای فراوان در صنایع مختلف دارد. مثلا از پودر سنگ آهن مگنتیت در سیستم های تصفیه آب استفاده می‌کنند. در این مقاله به معرفی انواع سنگ آهن مگنتیت و هماتیت خواهیم پرداخت و معروف ترین معادن استخراج سنگ آهن در ایران و جهان را معرفی خواهیم کرد.

 

سنگ آهن

سنگ مگنتیت چیست

یکی از انواع سنگ آهن که بسیار مشهور است، سنگ مگنتیت است که اولین بار در سوییس کشف شد. اسم این کانی معدنی از واژه یونانی مگنتیت به معنای آهنربا الهام گرفته شده است. معمولا میزان آهن موجود در سنگ مگنتیت حدود ۷۰ درصد است. معمولا رنگ سنگ مگنتیت سیاه، قهوه ای مایل به سیاه و یا خاکستری با رگه های سیاه است و خاصیت اصلی آن همانطور که از نام آن مشخص است، برخورداری از خاصیت الکترومغناطیسی می باشد.

مهم ترین کاربرد سنگ آهن مگنتیت، تولید آهن رباست. نکته جالب آن است که هم از نظر مراحل کشف و استخراج و هم از نظر مراحل فرآوری، سنگ مگنتیت کم هزینه تر از سنگ هماتیت است.

سنگ آهن هماتیت چیست

سنگ هماتیت نوعی ماده معدنی اکسید آهن است که غیر مغناطیسی بوده و البته به رنگ های متفاوتی مشاهده شده است. از جمله این رنگ ها می توان نقره استیل و یا قهوه ای مایل به قرمز اشاره کرد. درصد آهن موجود در سنگ هماتیت معدنی ۶۹/۹% می باشد. معمولا کاربرد اصلی سنگ آهن هماتیت در تولید رنگ و یا ساختن ضد زنگ است.

جالب است بدانید که سنگ هماتیت اولین بار در دهه ۶۰ میلادی در استرالیا کشف و استخراج شد و در حال حاضر نیز می توان گفت مرغوب ترین سنگ هماتیت جهان متعلق به ایالت همرسلی این کشور می باشد.

انواع سنگ آهن

تفاوت هماتیت و مگنتیت

مهم ترین و اصلی ترین تفاوت هماتیت و مگنتیت تعداد اتم های اکسیژنی است که در ترکیب این سنگ آهن ها وجود دارند. در واقع هماتیت دارای ظرفیت سه اتم اکسیژن است، در حالی که تعداد اتم های اکسیژنی که در ترکیب مگنتیت پیدا می شوند، دو عدد است. این نکته در فرمول شیمیایی این دو ماده به خوبی مشخص شده است. فرمول شیمیایی سنگ هماتیت Fe2O3 می باشد، در حالی که فرمول شیمیایی سنگ مگنتیت Fe3O4 است.

تفاوت بسیار مهم دیگری هماتیت و مگنتیت دارند خاصیت مغناطیسی است. در واقع سنگ مگنتیت که به نام سنگ آهنربا نیز شناخته می شود، دارای خاصیت مغناطیسی است. در حالی که سنگ هماتیت چنین خاصیتی را ندارد. از طرف دیگر احیاپذیری سنگ مگنتیت نسبت به هماتیت سخت تر است.

اگر از نظر هزینه استخراج و آماده سازی نیز به بررسی این سنگ ها بپردازیم، متوجه می شویم که فرآوری مگنتیت کار بسیار راحت تری است و در نتیجه هزینه آماده سازی این سنگ آهن معدنی بسیار کمتر از هزینه ای است که فرآوری سنگ هماتیت دارد.

نحوه شکل گیری سنگ های آهن

از آنجا که سنگ آهن از جمله مهم ترین و پرکاربردترین سنگ های معدنی موجود در جهان است، این سوال پیش می آید که سنگ آهن چگونه تشکیل می شود و ماده اولیه آهن چیست. نکته ای که در پاسخ به این سوال باید به آن دقت کرد، آن است تقریبا همه آنچه به عنوان ذخیره سنگ آهن در جهان وجود دارد، حدود ۱.۸ میلیارد سال پیش شکل گرفته و ذخیره شده اند. در آن دوران اقیانوس های کره زمین دارای آهن محلول بسیار زیادی بوده اند، در عین حال به هیچ عنوان اکسیژن محلول در این اقیانوس ها وجود نداشته است.

با شروع فتوسنتز توسط ارگانیسم های نخستین جهان، اکسیژن در آب های اقیانوس ها به وجود آمده است و در نتیجه ذخایر آهن نیز در مجاورت اکسیژن، شروع به شکل گیری کرده اند. واکنش آهن محلول موجود در آب و اکسیژن باعث شده است که انواع سنگ های آهن، از جمله سنگ های هماتیت و مگنتیت شکل بگیرند.

سنگ آهن مگنتیت

روش تشخیص سنگ آهن

به نوعی می توان گفت سنگ آهن از جمله قدیمی ترین سنگ های معدنی جهان است. در گذشته برای اینکه بتوانند این سنگ معدنی را تشخیص دهند، از تورب های مردابی استفاده می کرده اند. تورب های مردابی عبارت بودند از مرداب هایی که حالت اسفنجی داشته و مقدار زیادی ذغال سنگ نارس در آنها موجود بود. معمولا زیر این مرداب ها نهشته هایی وجود داشتند که سرشار از سنگ آهن بودند. در عصر آهن با شناسایی این نهشته ها، این سنگ معدنی را استخراج می کردند.

اما در حال حاضر، برای اینکه بتوان سنگ آهن را تشخیص داد، از روش های دیگری استفاده می کنند. یکی از این روش ها آن است که نمونه ای را که تصور می رود دارای ذخیره سنگ آهن باشد، با استفاده از محلول آب و صابون می شویند. در ادامه آن را خشک کرده و مورد بررسی قرار می دهند. اگر سنگ آهن در معرض اکسیژن قرار نیگرد، می توان آن را به صورت لایه های خاکستری یا نقره ای براق مشاهده کرد. ضمن اینکه شکل ظاهری آن نیز معمولا به صورت رگه هایی است که به شکل لایه لایه روی نمونه مشاهده می شوند.

از طرف دیگر برای تشخیص سنگ آهن و انواع مختلف آن به بررسی ویژگی های آن بر روی نمونه می پردازند. چگالی، رنگ، نوع شکستگی، سختی، سیستم کریستالی و غیره، همگی در تشخیص این نوع کانی ها اهمیت فوق العاده ای دارند. برای مثال برای اینکه بتوان مگنتیت را مورد شناسایی قرار داد، خاصیت مغناطیسی آن را آزمایش و تست می کنند. در حالی که برای شناسایی و تشخیص سنگ هماتیت رنگ آن را که معمولا به سوی رنگ قرمز متمایل می شود، مورد بررسی قرار می دهند.

نحوه سنجش درصد مگنتیت و هماتیت

برای اینکه بتوانید سنجش درصد هماتیت و مگنتیت را انجام دهید، باید بتوانید کمی حساب و کتاب کنید و برخی اصول اولیه را بلد باشید. واقعیت این است که اگر سنگ آهن را به آزمایشگاه بدهید، آزمایشگاه فقط میزان درصد آهن و اکسید آهن دو ظرفیتی را به شما می دهد و در نتیجه خودتان باید با انجام حساب و کتاب، میزان مگنتیت و یا هماتیت را بررسی کنید. برای چنین کاری باید بدانید که وزن اتمی آهن برابر ۵۵.۸۵ گرم و وزن اتمی اکسیژن ۱۶ گرم می باشد. در نتیجه می توانید به راحتی متوجه شوید که درصد اتمی مگنتیت و هماتیت چقدر می باشد. به این معنا که وزن اتمی هماتیت ۱۵۹.۷ گرم و وزن اتمی مگنتیت ۲۳۱.۵۵ گرم است. حال کافی است با تبدیل حالات مختلف سنگ آهن به یکدیگر ضریب های هر کدام را به دست آورید.

۲Fe/ Fe2O3 = (2*55.85)/159.7 = 0.699

۳Fe/ Fe3O4 = (3*55.85)/231.55 = 0.723

Fe/ FeO = (1*55.85)/71.85 = 0.777

Fe2O3 / 2Fe = 159.7/(2*55.85) = 1.43

Fe3O4/ 3Fe =231.55 /(3*55.85) = 1.38

Fe/ FeO = 71.85/(1*55.85) = 1.29

“ترین” های سنگ آهن

اولین معدن سنگ آهن در ایران

معدن آهن چغارت اولین معدن سنگ آهن ایران است که دارای حدود ۱۷۷ میلیون تن ذخیره آهن می باشد.  معدن چغارت در دوازده کیلومتری شمال شرقی بافق و ۱۲۵ کیلومتری جنوب شرقی یزد قرار دارد. آب هوای منطقه بسیار گرم است و رطوبت آن نیز بسیار کم می باشد.این معدن حدود ۱۳۴۰ کشف شده و از سال ۱۳۵۰ عملیات استخراج سنگ آهن از آن شروع شده است.

بزرگ ترین معادن سنگ آهن در ایران

معدن سنگ آهن چادرملو که در حال حاضر بزرگ ترین معدن آهن ایران است، در سال ۱۳۱۹ کشف شده است شده است، اما استخراج آهن از آن در دهه ۶۰ شروع شده است و طبق پیش بینی های انجام شده ذخایر آن حداکثر طی پنج سال آینده به پایان خواهید رسید.

معدن سنگ آهن چادرملو دارای ۳۲۰ میلیون تن ذخیره آهن بوده و در کویری ترین بخش ایران در ۱۸۰ کیلومتری شمال شرقی یزد قرار گرفته است.

معدن سنگ آهن گل گهر نیز که در شهرستان سیرجان استان کرمان قرار گرفته است، یکی دیگر از بزرگ ترین معادن سنگ آهن ایران است که احتمال می رود حدود یک میلیارد تن ذخیره آهن داشته باشد. در حال حاضر ذخیره قطعی این معدن که در ۵۵ کیلومتری جاده سیرجان – نی ریز قرار گرفته است، ۲۱۹ میلیون تن می باشد. با وجود تخمین ها از ذخایر احتمالی این معدن، در حال حاضر معدن گل گهر بزرگ ترین معدن سنگ آهن موجود در خاورمیانه است.

اولین معدن سنگ آهن در دنیا

معدن Ngwenya که در سلسله کوه های بوموو، در شمال غربی امبابانه و نزدیک مرکز شمال غربی کشور سوازیلند واقع شده است، قدیمی ترین معدن سنگ آهن جهان است. در عصر حجر میانه از این معدن سنگ هماتیت استخراج می شده است.

بزرگ ترین معادن سنگ آهن جهان

در حال حاضر معدن سرا نورته بزرگ ترین معدن سنگ آهن جهان است. از این معدن که ایالت پارا در برزیل واقع شده است، در سال ۲۰۲۰ حدود ۱۰۶.۰۹۲ میلیون تن سنگ آهن استخراج شده است. تخمین زده می شود این معدن تا سال ۲۰۳۷ دارای ذخایر سنگ معدنی آهن باشد.

معدن کاراخاس که در منطقه پارا کشور برزیل قرار دارد، دومین معدن بزرگ سنگ آهن در جهان می باشد. گفته می شود که ذخایر این معدن ۷.۲ میلیارد  تن باشد. ضمن اینکه این عمر ذخایر این معدن تا سال ۲۰۵۸ ادامه خواهد داشت. معدن کاراخاس طی دهه ۶۰ میلادی کشف شد. آهن موجود در این معدن دارای ۶۶ درصد خلوص می باشد. در سال ۲۰۲۰ از این معدن حدود ۸۲.۹ میلیون تن آهن استخراج شده است.

سومین معدن بزرگ سنگ آهن در جهان معدن یاندی است که در منطقه پیلبارا در غرب استرالیا و در ۹۰ کیلومتری شهر نیومن قرار دارد. این معدن کار خود را از سال ۱۹۹۱ شروع کرده و اولین استخراج از آن در سال ۱۹۹۲ انجام گرفت. مالک این معدن شرکت BHP می باشد و طی سال ۲۰۲۰ حدود ۸۱.۴۸۴ میلیون تن آهن از آن استخراج کرده است. تخمین زده شده است که ذخایر این معدن طی یک سال آینده به اتمام رسیده و معدن آهن یاندی در سال ۲۰۲۳ به کار خود پایان دهد.

چهارمین معدن بزرگ سنگ آهن در جهان معدن مونت ویل بک است که در منطقه پیلبارا در غرب استرالیا، در شش کیلومتری غرب نیومن قرار گرفته است. این معدن در سال ۱۹۵۷ کشف شد و اولین استخراج سنگ آهن از آن در سال ۱۹۶۶ انجام گرفت. در حال حاضر مالک این معدن نیز شرکت BHP می باشد. در سال ۱۹۶۸ که این شرکت کار خود را بر روی این معدن شروع کرد، معدن مونت ویل بک بزرگ ترین و تنها معدن روباز جهان بود. خلوص سنگ آهن استخراج شده در این معدن ۶۹ درصد می باشد و مساحت آن ۱.۵ در ۵ کیلومتر می باشد. از این معدن در سال ۲۰۲۰ حدود ۷۷.۲۲۵ میلیون تن آهن استخراج شده است. تخمین زده می شود که معدن مونت ویل بک در سال ۲۰۳۶ به کار خود پایان دهد.

مراحل استخراج سنگ آهن

استخراج و فرآوری سنگ آهن مراحل متعددی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم:

کشف و شناسایی معدن

اولین قدم که معمولا برای استخراج سنگ آهن باید برداشت، آن است که معادنی را که گمان می رود سنگ آهن در آنها وجود دارد، شناسایی کرد. روش های گوناگونی را می توان برای شناسایی این معادن استفاده کرد، از جمله عکسبرداری هوایی، ژئوشیمی، برداشت زمین شناسی، حفر گمانه، برداشت الکتریکی، برداشت ژئوفیزیک و غیره.

نمونه برداری از معدن

در مرحله بعد از کشف معدن، نمونه برداری باید انجام بگیرد. این کار به صورت جزئی و کلی انجام می شود و نمونه ها به آزمایشگاه منتقل می شوند تا مورد بررسی قرار بگیرند.

ثبت معدن سنگ آهن

مرحله بعدی، مرحله ثبت قانونی معدن سنگ آهن مورد نظر است که طی آن وزارت صنعت، معدن و تجارت به بررسی محدوده مورد نظر پرداخته و در صورتی که مشکل نباشد، بعد از گذراندن مراحل اداری و ارائه مدارک لازم، معدن را به نام متقاضی ثبت می کند.

حفاری معدن سنگ آهن

مرحله بعدی، مرحله حفاری معدن مورد نظر است. در چنین حالتی باید بررسی کرد که روش مناسب برای حفاری و استخراج سنگ آهن کدام است. برای تصمیم گیری در این مورد، موارد متعددی مورد بررسی قرار می گیرند و در نهایت بعد از گرفتن تصمیم مناسب، مرحله حفاری انجام می شود.

مرحله انفجار در معدن

عملیات انفجار بلافاصله بعد از انجام حفاری و حفر چال های مناسب انجام می گیرد. طی این مرحله سنگ ها خرد می شوند و به این ترتیب استخراج سنگ آهن وارد مرحله بعدی خود می شود.

بارگیری

مرحله بعدی آن است که سنگ های خرد شده، در کامیون های مناسب بارگیری شده و به کارخانه منتقل شوند.

در کارخانه نیز طی انجام مراحل مختلف فرآوری سنگ آهن انجام می گیرد. این مراحل شامل غربالگری، خردایش، آسیاب کردن، جدایش ثقلی و جدایش مغناطیسی هستند.

ویدیوهای مرتبط

بارگیری مواد معدنی در کامیون:

نمای بالا از یک کارگاه استخراج/فرآوری سنگ معدن