منو
 کاربر Online
877 کاربر online
تاریخچه ی: استخراج آهن

در حال مقایسه نگارشها

نگارش واقعی نگارش:3


img/daneshnameh_up/f/fb/steel5.jpg

نگاه اجمالی

امروزه یکی از اساسی‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشورهای جهان را صنایع آهن و فولاد تشکیل می‌دهد و این ، به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. با نگاه اجمالی به کارآیی این عنصر حیاتی ، می‌توان به نقش سازنده آن پی‌برد؛ زیرا علاوه بر کاربرد آن در امر ساختمان سازی ، پل سازی و غیره یکی از کالاهای اساسی در صنایع اتومبیل سازی ، کشتی سازی و لوکوموتیو سازی است و به‌صورت آلیاژهای مختلف ، اساس تکنولوژی ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهد.

تاریخچه

با توجه به کشف یک تبر آهنی متعلق به 3000 سال پیش از میلاد در داخل یکی از قبرهای سومریان واقع در شهر اور که در جنوب بین‌النهرین قرار داشت، نشان می‌دهد که استفاده از آهن توسط انسان از حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح آغاز و عمدتاً در کشورهای مصر ، آشور ، چین و هندوستان رواج داشت. در آغاز انسان از آهن طبیعی که به‌صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت بدست می‌آمد، استفاده می‌کرد.

با این حال ، نظر دیگری وجود دارد که انسانهای آن روزگاران از شهاب سنگ‌ها به‌عنوان آهن خالص‌تر استفاده می‌کردند. استفاده از آهن خالص درحدود 1300 سال پیش از میلاد امکان‌پذیر شد که به ظن قوی بطور تصادفی بر اثر گرما دادن شدید صخره‌های کانی ، آهن خالص توسط ذغال صورت گرفت با حرارت دادن گل اخری و ذغال نیز آهن استخراج می‌کردند.

سیر تحولی و رشد

روند استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ، راه تکامل می‌پیمود تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، نوآوری شد. این کوره دارای آتش‌دانی به ابعاد 75×60×60 سانتی‌متر بود. سیر تکاملی این روند به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های عظیم استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.

سنگ معدن‌های آهن

سنگ معدن‌هایی که آهن از آن استخراج می‌شود، بیشتر به‌صورت اکسیدهای آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است که با 2 تا 20 درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات‌ها و آلومینات‌ها) همراه است. این ناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا شده به‌صورت تفاله خارج می‌شوند. سنگ معدن تصفیه شده و تغلیظ شده به‌صورت پودر یا دانه‌های ریز در کوره وارد می‌شود. مناسب‌ترین اندازه ذرات آن بین 6 تا 25 میلی‌متر است. یادآوری می‌شود که امروزه از سولفید طبیعی آهن (پیریت) در استخراج آهن استفاده نمی‌شود، بلکه مصرف عمده آن در اسید سولفوریک سازی است.

فرآیند‌های اولیه استخراج آهن

استخراج آهن از سنگ معدن‌های آن طی فرایند‌های فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی تحت شرایط ویژه ای صورت می‌گیرد.

در مرحله آغازی ، سنگ معدن باید طی چندین مرحله از عملیات از جمله : خرد کردن ، آسیاب کردن ، سرند کردن ، شستشو ، استفاده از جدا کننده مغناطیسی و یا به روش فلوتاسیون تغلیظ شود. محلول غلیظ شده معمولاً دارای 60 تا 65 درصد آهن ، 8 تا 12 درصد سیلیس می‌باشد. پس از تلغیظ سنگ معدن آن را باید به اندازه‌هایی به ابعاد 6 تا 25 میلی‌متر که مناسب برای تغذیه کوره‌های وزشی است، تبدیل کرد که این عمل را اصطلاحاً آگلومریزه شدن می‌نامند.

استخراج آهن از سنگ معدنهای آن عمدتاً با استفاده از کوره‌های وزشی صورت می‌گیرد که در حقیقت یک رآکتور بزرگ شیمیایی است که در آن مخلوطی از سنگ آهک ، سنگ معدن آهن و زغال کک گرما داده می‌شود.

مواد اولیه مورد نیاز استخراج آهن

سنگ معدن آهن

در مجاورت ذغال بر اثر گرما در کوره احیا می‌شود و سپس بر اثر جریانی از گازهای احیا کننده داغ که از سوختن کک در هوای گرم پایین کوره تولید می‌شود و در جهت عکس مسیر آهن حرکت می‌کند، ذوب می‌شود. آهن مذاب و تفاله حاصل از سنگ معدن به ازای هر دو تا چهار ساعت از آتشدان کوره تخلیه می‌شود. اگر مواد اولیه بطور پیوسته از بالای کوره وارد شود، در این صورت ، کوره می‌تواند بطور پیوسته کار کند. محصول کوره وزشی همان چدن است که برای تبدیل آن به دیگر مشتقات آهن ، بویژه فولاد ، باید در آن تغییراتی داد.

زغال کک

مشخصات ساختاری آن عبارت است از : کربن ثابت 85 تا 90 درصد ، خاکستر 5 تا 13 درصد ، رطوبت تا 8 درصد ، مواد فرّار 1.6 تا 11 درصد ، و گوگرد 0.5 تا 1.2 درصد. نقش کک در فرآیند کوره‌های وزشی تولید گازهای احیا کننده است و در اثر سوختن در پایین کوره انجام می‌پذیرد و مقاومت مکانیکی آن نیز در عمل مهم است. اندازه کک مورد مصرف ، باید بین 1.5 تا 75 میلی‌متر باشد.


سنگ آهک

به منظور کمک کردن ذوب و پایین آوردن دمای ذوب ناخالصی‌ها به سنگ معدن افزوده می‌شود. نسبت تشکیل دهنده‌های بازی در مخلوط یعنی (CaO) و (MgO) به تشکیل دهنده‌های اسیدی یعنی (SiO2) باید در حد ثابتی حفظ شود تا تفاله‌های کف مانند و سبک (سیلیکات‌های کاسیم و منیزیم ) بطور کامل تشکیل شود و سایر ناخالصی‌های همراه با خود را از آهن جدا کند. برای این منظور ، سنگ آهک و دولومیت بکار گرفته می‌شود.

گاهی برای کنترل ترکیب تفاله‌های جاری ، مقداری سیلیکات نیز بدان اضافه می‌شود. مناسب‌ترین اندازه این دسته از مواد برای کوره‌های وزشی بین 70 تا 75 میلیمتر است.

img/daneshnameh_up/e/e7/CH_T_PHOLAD.gif

واکنش‌های کوره استخراج آهن

پس از اینکه کک در قسمت پایین کوره بارگیری شده ، آن را تا حدود گرم می‌کنند تا بر اثر وزش هوای گرم شروع به سوختن کرده ، دما را در دهانه قسمت سوخت کوره تا افزایش دهد. دی‌اکسید کربن حاصل در این دما ناپایدار بوده ، بوسیله کک موجود در محیط به منوکسید کربن تبدیل می‌شود. بخار آب همراه با هوای داغ در واکنش با کک نیز خود تولید منوکسید کربن می‌کند.

واکنش‌های انجام شده در دهانه سوخت که در حد بین مخزن سوخت و سنگ معدن آهن قرار دارد، در قسمت بالاتر کوره که دما زیر است، اکسیدهای آهن بوسیله منوکسید کربن و هیدروژن حاصل احیا می‌شوند. در قسمت بالاتر کوره وقتی که دما به تا رسید، سنگ آهک نیز تجزیه می‌شود. در قسمت پایین کوره دربالاتر از اکسیدهای آهن بوسیله کربن احیا شده ، دی‌اکسید کربن حاصل بطور همزمان با کک واکنش داده و به منوکسید کربن تبدیل می‌شود.

این احیا به احیای مستقیم معروف است که نیازی به انرژی زیاد دارد. بیشتر گوگرد که همراه کک وارد کوره می‌شود، در داخل آن به تبدیل می‌شود. حاصل با ترکیب شده آنها را به تبدیل می کند. حاصل ضمن واکنش ، آهن آزاد می‌کند. میزان و چگونگی حذف گوگرد به دمای تفاله و نسبت بستگی دارد.

احیای مستقیم

احیایی است که در آن ، سنگ معدن آهن ، بوسیله عوامل احیا کننده جامد یا گازی احیا می‌شود. با توجه به مقدار کربن موجود در آهن ، این عنصر به‌صورت دو نوع محصول آهن یعنی چدن و فولاد عرضه می‌شود.

جدول نام و فرمول شیمیایی سنگ معدن های مهم آهن

فرمول شیمیایینام معدن شناسینام شیمیایی
مگنتیتتترا اکسید دی آهن (III) آهن (II)
هماتیتاکسید آهن (II)
ایلمنیتتری اکسید تیتان آهن (II)
لیمونیتئیدروکسید آهن (III)
- - یا اکسید آهن (III) هیدراته
سیدریت (اسپاتیت)کربنات آهن (II)
چاموزیت ، گرینالیتسیلیکات آهن (II)
پیویت ، مارکالیتدی‌سولفید آهن (II)

مباحث مرتبط با عنوان

نگاه اجما لی

امروزه یکی از اساسی‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشورهای جهان را صنایع آهن و فولاد تشکیل می‌دهد و این به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. با نگاه اجمالی به کارایی این عنصر حیاتی ، می‌توان به نقش سازنده آن پی‌برد. زیرا علاوه بر کاربرد آن در امر ساختمان سازی ، پل سازی و غیره یکی از کالاهای اساسی در صنایع اتومبیل سازی ، کشتی سازی ، و لکوموتیو سازی است و به صورت آلیاژهای مختلف ، اساس تکنولوژی ماشین آلات را تشکیل می‌دهد.

تاریخچه

با توجه به کشف یک تبر آهنی متعلق به 3000 سال پیش از میلاد در داخل یکی از قبرهای سومریان واقع در شهر اور که در جنوب بین النهرین قرار داشت نشان می‌دهد که استفاده از آهن توسط انسان از حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح آغاز و عمدتاً در کشورهای مصر ، آشور ، چین ، و هندوستان رواج داشت. در آغاز انسان از آهن طبیعی که به صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت به دست می‌آمد استفاده می‌کرد. با این حال نظر دیگری وجود دارد که انسانهای آن روزگاران از شهاب سنگ‌ها به عنوان آهن خالص‌تر استفاده می‌کردند. استفاده از آهن خا لص درحدود 1300 سال پیش از میلاد امکان‌پذیر شد که به ظن قوی به طور تصادفی بر اثر گرما دادن شدید صخره‌های کانی ، آهن خالص توسط ذغال صورت گرفت با حرارت دادن گل اخری و ذغال نیز آهن استخراج می‌کردند.

سیر تحولی رشد

روند استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ، راه تکامل می‌پیمود تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، نوآوری شد. این کوره دارای آتشدانی به ابعاد 75×60×60 سانتی متر بود. سیر تکاملی این روند به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های عظیم استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.

سنگ معدن‌های آهن

سنگ معدن‌هایی که آهن از آن استخراج می‌شود، بیشتر به صورت اکسیدهای آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است که با 2 تا 20 درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات ها و آلومینات‌ها) همراه است. این ناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا شده به صورت تفاله خارج می‌شوند. سنگ معدن تصفیه شده و تغلیظ شده به صورت پودر یا دانه‌های ریز در کوره وارد می‌شود. مناسب‌ترین اندازه ذرات آن بین 6 تا 25 میلی‌متر است. یادآوری می‌شود که امروزه از سولفید طبیعی آهن (پیریت) در استخراج آهن استفاده نمی‌شود، بلکه مصرف عمده آن در اسید سولفوریک سازی است.

جدول نام و فرمول شیمیایی سنگ معدن های مهم آهن


فرمول شیمیایینام معدن شناسینام شیمیایی
مگنتیتتترا اکسید دی آهن (III) آهن (II)
هماتیتاکسید آهن (II)
ایلمنیتتری اکسید تیتان آهن (II)
لیمونیتئیدروکسید آهن (III)
- - یا اکسید آهن (III) هیدرا ته
سیدریت (اسپاتیت)کربنات آهن (II)
چاموزیت ، گرینا لیت
سیلیکات آهن (II)
|text پیویت ، مارکالیت|دی سولفید آهن (II)

فرآیند‌های اولیه استخراج آهن

استخراج آهن از سنگ معدن‌های آن طی فرایند‌های فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی تحت شرایط ویژه‌ای صورت می‌گیرد.br>

در مرحله آغازی ، سنگ معدن باید طی چندین مرحله از عملیات از جمله : خرد کردن ، آسیاب کردن ، سرندکردن ، شستشو ، استفاده از جدا کننده مغناطیسی و یا به روش فلوتاسیون تغلیظ شود. محلول غلیظ شده معمولاً دارای 60 تا 65 درصد آهن ، 8 تا 12 درصد سیلیس می‌باشد. پس از تلغیظ سنگ معدن آن را باید به اندازه‌هایی به ابعاد 6 تا 25 میلی‌متر که مناسب برای تغذیه کوره‌های وزشی است، تبدیل کرد که این عمل را اصطلاحاً آگلومریزه شدن می‌نامند. استخراج آهن از سنگ معدنهای آن عمدتاً با استفاده از کوره‌های وزشی صورت می‌گیرد که در حقیقت یک رآکتور بزرگ شیمیایی است که در آن مخلوطی از سنگ آهک ، سنگ معدن آهن ، و ذغال کک گرما داده می‌شود.

مواد اولیه مورد نیاز استخراج آهن

  • سنگ معدن آهن :
    در مجاورت ذغال بر اثر گرما در کوره احیا می‌شود و سپس بر اثر جریانی از گازهای احیا کننده داغ که از سوختن کک در هوای گرم پایین کوره تولید می‌شود و در جهت عکس مسیر آهن حرکت می‌کند، ذوب می‌شود. آهن مذاب و تفاله حاصل از سنگ معدن به ازای هر دو تا چهار ساعت از آتشدان کوره تخلیه می‌شود. اگر مواد اولیه به طور پیوسته از بالای کوره وارد شود، در این صورت ، کوره می‌تواند به طور پیوسته کار کند. محصول کوره وزشی همان چدن است که برای تبدیل آن به دیگر مشتقات آهن ، بویژه فولاد ، باید در آن تغییراتی داد.

  • زغال کک :
    مشخصات ساختاری آن عبارت است از : کربن ثابت 85 تا 90 درصد ، خاکستر 5 تا 13 درصد ، رطوبت تا 8 درصد ، مواد فرّار 1.6 تا 11 درصد ، و گوگرد 0.5 تا 1.2 درصد. نقش کک در فرآیند کوره‌های وزشی تولید گازهای احیا کننده است و در اثر سوختن در پایین کوره انجام می‌پذیرد و مقاومت مکانیکی آن نیز در عمل مهم است اندازه کک مورد مصرف ، باید بین 1.5 تا 75 میلی‌متر باشد.

  • سنگ آهک :
    به منظور کمک کردن ذوب و پایین آوردن دمای ذوب ناخالصی‌ها به سنگ معدن افزوده می‌شود. نسبت تشکیل دهنده‌های بازی در مخلوط یعنی (CaO) و (MgO) به تشکیل دهنده‌های اسیدی یعنی (Sio2) باید در حد ثابتی حفظ شود تا تفاله‌های کف مانند و سبک (سیلیکات‌های کاسیم و منیزیم ) به طور کامل تشکیل شود و سایر ناخالصی‌های همراه با خود را از آهن جدا کند، برای این منظور ، سنگ آهک و دولومیت بکار گرفته می‌شود. گاهی برای کنترل ترکیب تفاله‌های جاری ، مقداری سیلیکات نیز بدان اضافه می‌شود. مناسب‌ترین اندازه این دسته از مواد برای کوره‌های وزشی بین 70 تا 75 میلیمتر است.

واکنش‌های کوره استخراج آهن

پس از اینکه کک در قسمت پایین کوره بارگیری شده ، آن را تا حدود گرم می‌کنند تا بر اثر وزش هوای گرم شروع به سوختن کرده ، دما را در دهانه قسمت سوخت کوره تا افزایش دهد. دی اکسید کربن حاصل در این دما ناپایدار بوده و بوسیله کک موجود در محیط به منو اکسید کربن تبدیل می‌شود. بخار آب همراه با هوای داغ در واکنش با کک نیز خود تولید منو اکسید کربن می‌کند.

واکنش‌های انجام شده در دهانه سوخت که در حد بین مخزن سوخت و سنگ معدن آهن قرار دارد، در قسمت بالاتر کوره که دما زیر است، اکسیدهای آهن به وسیله منو اکسید کربن و هیدروژن حاصل احیا می‌شوند. در قسمت بالاتر کوره وقتی که دما به تا رسید سنگ آهک نیز تجزیه می شود. در قسمت پایین کوره دربالاتر از اکسیدهای آهن بوسیله کربن احیا شده ، و دی اکسید کربن حاصل بطور همزمان با کک واکنش داده و به منو اکسید کربن تبدیل می‌شود.

این احیا به احیای مستقیم معروف است که نیازی به انرژی زیاد دارد. بیشتر گوگرد که همراه کک وارد کوره می‌شود، در داخل آن به تبدیل می‌شود. حاصل با ترکیب شده آنها را به تبدیل می کند. حاصل ضمن واکنش ، آهن آزاد می کند. میزان و چگونگی حذف گوگرد به دمای تفاله و نسبت بستگی دارد.

احیای مستقیم

احیایی است که در آن سنگ معدن آهن ، بوسیله عوامل احیا کننده جامد یا گازی احیا می شود. با توجه به مقدار کربن موجود در آهن ، این عنصر به صورت دو نوع محصول آهن یعنی چدن و فولاد عرضه می شود.

مباحث مرتبط با عنوان



تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 شنبه 25 فروردین 1386 [11:29 ]   7   فیروزه نجفی      جاری 
 شنبه 25 فروردین 1386 [11:25 ]   6   فیروزه نجفی      v  c  d  s 
 شنبه 25 فروردین 1386 [11:24 ]   5   فیروزه نجفی      v  c  d  s 
 شنبه 25 فروردین 1386 [11:24 ]   4   فیروزه نجفی      v  c  d  s 
 چهارشنبه 02 دی 1383 [07:03 ]   3   حسین خادم      v  c  d  s 
 پنج شنبه 26 آذر 1383 [12:14 ]   2   حسین خادم      v  c  d  s 
 یکشنبه 22 آذر 1383 [06:33 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..