False

معدن ایرانیان

سنگ آهن




١٣٩٧/١/٤
طرز تشکیل سنگهای معدنی آهن در طبیعت:
به طور کلی می توان گفت که چگونگی تشکیل سنگهای معدنی آهن و خواص کانی های متشکله آن از نظر فیزیکی و شیمیایی (‌پرعیار کردن ،‌کلوخه کردن و غیره) بستگی به تشکیل و تغییرات آنها در دورانهای زمین شناسی دارد. لذا چگونگی تشکیل سنگ آهن در طبیعت بسیار مهم می باشد. تشکیل کانسارهای آهن به صورتهای مختلف انجام گرفته و از نظر زمین شناسی به چهاردسته تقسیم شده اند که عبارتند از :
کانسارهای رسوبی
کانسارهای آتشفشانی یا هیدروترمال،
کانسارهایی که از پرعیار شدن آهن محتوای آنها ناشی از حلالیت و خروج ناخالصی های موجود در سنگ بوجود آمده اند.
کانسارهایی که منشاء سولفوری داشته و در اثر تغییرات فیزیکی و شیمیایی آنها، تبدیل به کانسارهای آهنی شده اند . که به طور مختصر به شرح هریک از آنها پرداخته .
الف ـ کانسارهای رسوبی
این کانسارها منشاء رسوبی دارند و معمولا به صورت لایه ای هستند. عیار آهن آنها بستگی به رسوب هم زمان کانی آهن دار با سایر ناخالصی ها دارد و معمولا همراه با کانی های رسی و سیلیسی می باشد. مشخصه عمومی سنگهای رسوبی ، تراکم و سختی نسبتا زیاد آنهاست. مهمترین این کانسارها عبارتند از :
۱ـ تاکونیت و نیمه تاکونیت
لغت تاکونیت به سنگهای آهنی اطلاق می شود که کاملا متراکم و معمولا بسیار سخت می باشند. اکثرا سنگ به همان شکل اولیه باقیمانده و اثر عوامل طبیعی در تخریب و هوازدگی آنها ناچیز می باشند. نیمه تاکونیت ها سنگهایی هستند که کم و بیش مورد عمل هوازدگی قرار گرفته اند.
به طور کلی تاکونیت های دارای قابلیت پرعیار شدن بالا می باشند. کانی آهن دار در این سنگها می تواند مختلف و شامل کانی های اکسیدی، اکسیدهای آبدار،‌سیدریت و غیره باشد و معمولا بر حسب نوع کانی اصلی آن دسته بندی می شوند، مانند تاکونیت های مگنتیتی ،‌تاکونیت سیدریتی ،‌تاکونیت گوتیتی و غیره.
کانسارهای تاکونیت در کشورهایی مانند ونزوئلا ـ آمریکای شمالی ( معادن آهن مزابی در ایالت مینسوتا) دیده می شود.
۲ـ ژاسپیلت ها
این سنگها که از رسوب هم زمان اکسید آهن و کانی ژاسپر (کانی های سیلیسی) تشکیل شده اند معمولابه صورت لایه های منظم کانی ژاسپر و اکسید آهن در طبیعیت یافت می شود. این سنگها مانند تاکونیت ها می‌باشند، با این تفاوت که حاوی سیلیس بیشتر بوده و نوع کانی آهن دار آن معمولا هماتیت است.
۳ـ ایتابریت ها
در این سنگها کانی آهن دار اغلب هماتیت بوده و گاهی نیز سیدریت در آنها دیده می شود. معمولاً این کانسارها فاقد کانی های رسی می باشد. مشخصه اصلی این سنگها توزیع بسیار دانه ریز سیلیس در آنها می‌باشد این کانسارها در برزیل به وفور یافت می شود و قسمت عمده معادن سنگ آهن برزیل در ایالت  Minas – gerais از این نوع بوده که اغلب به صورت شیست می باشند.
۴ـ لاتریت ها
لاتریت ها نیز معمولا متراکم و سخت بوده و کانی آهن دار در این سنگها معمولاً اکسیدهای آهنی آب دار مانند لیمونیت می باشد. این سنگها معمولا همراه با سایر کانی های منگنز دار، کرم و نیکل دار مانند معادن سنگ آهن ونزوئلا ،‌فیلیپین ، و غیره دیده می شوند.
۵ـ اوولیتیک
در این کانسارها به طور کلی کانی آهن دار ،‌لیمونیت بوده و قسمت عمده معادن سنگ آهن لرن (فرانسه) از این نوع می باشد.
۶ـ معادن سیدریتی
در این کانسارها کانی آهن دار به طور عمده از سیدریت تشکیل شده و معادن آهن پنسیلوانیا در آمریکا از این نوع است.
۷ـ معادن شنی
در این نوع کانسارها سنگ آهن خرد شده و به صورت دانه های نسبتاً ریز در آمده اند و اکثر معادن کانادا، زلاندنو و هندوستان از این نوع می باشند.
ب ) کانسارهای آتشفشانی یا هیدروترمال
این کانسارها اکثراً حاوی کانی های سایر عناصر مانند تیتان می باشند. اگر منشاء آتشفشانی داشته باشند به صورت عدسی یا توده های بزرگ در طبیعت یافت شده و اگر منشاء آنها هیدروترمال باشد معمولا به صورت رگه ای دیده می شوند. کانی آهن دار معمولا منگنیت می باشد که گاهی در سطح اکسید شده و قسمتی از مگنتیت به هماتیت تبدیل شده است. این نوع کانسارها را می توان در ایالت میسوری آمریکا ،‌آلاسکا ،‌کانادا و سوئد مشاهده نمود.
ج)کانسارهای پر عیار شده در اثر حلالیت ناخالصی ها و خروجی آنها از سنگ
این نوع کانسارها می توانند منشاء رسوبی یا آتشفشانی داشته باشند. قسمتی از ناخالصی های آنها در دورانهای زمین شناسی توسط آبهای سطحی بتدریج حل شده و از سنگ خارج شده اند و بدین ترتیب عیار آهن بتدریج افزایش یافته و کانسارهای بزرگ آهن نسبتاً‌غنی را تشکیل داده اند. از این نوع کانسارها در برزیل، استرالیا ،‌بیهار هندیوتان و کانادا (لابرادور) دیده می شود.
د) کانسار با منشاء سولفور
در این کانسارها کانی اصلی و اولیه به صورت سولفور بوده و در شرایط اکسید کننده این سولفورها که بطور عمده از پیریت و پیروتیت تشکیل می شده اند تجزیه و اکسید شده اند. مشخصه اصلی این نوع معادن وجود گوگرد باقیمانده در آنها می باشد. از این نوع کانسار در کشورهای اروپایی مانند اسپانیا و معادن آنتاریو کانادا یافت می شود.
ه) کانسارهای کنگلومرا
این کانسارها به صورت کنگلومرا بوده و دانه های اکسید آهن که بیشتر هماتیت است توسط سیمان لیمونیتی به یکدیگر اتصال می یابند. قسمتی از معادن برزیل از این نوع می باشد.
کانی شناسی سنگهای آهن
کانی شناسی در کاربرد سنگهای معدن آهن اهمیت فراوانی دارد. بسیاری از کانی ها که ممکن است عیار بالایی نیز از آهن داشته باشند به علت نوع ترکیب کانی به عنوان ماده اولیه آهن و فولاد قابل مصرف نیستند. مثلا فایالیتFeO)2 (SiO2. با وجود آنکه از آهن نسبتا غنی می باشد (عیار آهن حدود ۵۵ درصد) ولی به علت ترکیب سیلیکاته آن که عملاً در روشهای تولید آهن و فولاد غیر قابل احیا می باشد، در متالورژی آهن قابل کاربرد نیست. در بین انواع کانی های آهن دار تعداد محدودی از آنها از نظر متالورژی آهن مهم و قابل مصرف می باشند.
مهمترین آنها کانی های اکسیدی و سیدریت است. در بین کانی ها اکسیدی بعضی از آنها به علت خاصیت احیاپذیری کم (مگنتیت) به صورت مستقیم کاربرد ندارند و باید مورد عملیات کلوخه سازی یا گندله سازی قرار گیرند تا شکل کانی شناسی آن در جریان این عملیات تغییر یابد و سپس بکار برده شوند. سرانجام در بعضی از کانی ها وجود عناصری که می توانند نقش مهمی در آلودگی محیط زیست داشته باشند، مانند کانی ها ارسنیک دار مانع از کاربرد آنها می باشد.
در جدول ۲ـ۲ کانی های مهم آهن دار و بعضی از مشخصات آنها نشان داده شده است.
ارزشیابی سنگ معدن آ‌هن
عوامل بسیاری در ارزشیابی سنگ معدن مؤثر می باشند که به طور خلاصه عبارتند از :‌
۱ـ رطوبت و آب تبلور
مقدار رطوبت سنگ معدن بین ۰ تا ۲۰ درصد تغییر می کند،‌آب موجود در سنگهای معدن ممکن است رطوبت یا آب تبلور باشد. در بعضی از کانی های لیمونیتی مقدار آب تبلور می تواند به ۱۵ الی ۱۶ درصد نیز برسد. هرقدر آب موجود در سنگ معدن بیشتر باشد ارزش آنرا بیشتر کاهش می دهد. وجود آب در سنگ معدن باعث گران شدن حمل و نقل و همچنین افزایش مصرف انرژی برای بی آب کردن آن می گردد.
بخصوص در مورد آب تبلور باید در نظر داشت که حذف آن در درجه حرارت بالاتری نسبت به رطوبت انجام گرفته و هزینه انرژی مصرفی برای حذف آن بالاتر خواهد بود.
۲ـ عیار آهن
عیار سنگ آهن عامل اصلی در ارزش آن می باشد. معمولا عیار پایه ای برای سنگ آهن در نظر گرفته می شود و سنگهای پرعیار مشمول اضافه قیمت تصاعدی شده و سنگ با عیار کمتر مشمول جریمه می شود . عیار پایه برای سنگهای مصرفی در کوره بلند ۵/۵۱ درصد و در مورد کنستانتره های احیای مستقیم حدود ۶۷ درصد است.
۳ـ اندیس بازی
اندیس بازی سنگ یعنی در حقیقت نسبت  نیر در ارزشیابی سنگ معدن موثر بوده و با افزایش عددی این نسبت ارزش سنگ نیز بالا خواهد بود. همچنین نسبت  نیز در ارزشیابی موثر بوده و با افزایش آن ، قیمت سنگ نیز بالا می رود.
۴ـ ناخالصی ها
ناخالصی ها موجود در سنگ معدن روی ارزشیابی آن اثر عمده دارند. در بین این ناخالصی ها عنصر فسفر بسیار مهم می باشد و با افزایش مقدار فسفر در سنگ معدن ارزش سنگ کاهش می یابد. همچنین وجود سایر ناخالصی های نامطلوب باعث کاهش قیمت سنگ معدن می گردد. سرانجام وجود ناخالصی های مطلوب مانند کانی های منگنز دار و یا افزایش اندیس بازی سنگ معدن باعث افزایش قیمت می شود.
۵ـ ابعاد
ابعاد سنگ معدن خود عامل مؤثری در ارزشیابی آن می باشد. با کاهش ابعاد سنگ بر ارزش آن افزوده می شود. کاهش ابعاد سنگ معدن باعث صرفه جویی در هزینه خردایش بعدی آن شده و همچنین به علت آنکه وزن مخصوص ظاهری سنگ را افزایش می دهد،‌لذا سنگ حجم کمتری را اشغال کرده و هزینه حمل و نقل آن کاهش می یابد.
خرد بودن ابعاد سنگ محدود بوده و چنانچه از حدی کمتر باشد به علت مشکلات مربوط به حمل و نقل مواد بسیار دانه ریز ، از ارزش سنگ کاسته می گردد. ذرات بسیار دانه ریز بخصوص در حجم های کوچک هزینه حمل و نقل بالایی دارند، در صورتی که در حجم های بزرگ می توان آنها را توسط لوله جابجا کرد و هزینه حمل و نقل را بسیار کاهش داد.
به طور کلی از نظر ابعاد، سنگهای اهن به چند دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
·        ـ سنگ درشت که معمولا متوسط ابعاد آن از ۵۰ میلیمتر بزرگتر است.
·        ـ سنگ متوسط که دارای ابعادی بین ۱ تا ۵۰ میلیمتر می باشد.
·        ـ سنگ خرد که ابعاد آن ۱ تا ۱۰  میلیمتر می باشد.
·        ـ سنگ دانه ریز با ابعاد ۱/۰ تا ۱ میلیمتر .
ـ نرمه یا پودر که معمولاً ابعاد آن کمتر از ۷۴ میکرون (۲۰۰ مش ) است.
ارزش سنگ معدن از سنگ درشت تا سنگ دانه ریز افزایش یافته و در مورد نرمه مسائل بسیاری از قبیل حجم، چگونگی حمل و نقل و غیره روی ارزش آن اثر می گذارند.
چگونگی حمل و نقل نیز خود در ارزش سنگ معدن در محل معدن اثر می گذارد. با توجه به اینکه حمل و نقل دریایی ۵ الی ۱۰ بار ارزانتر از حمل توسط کامیون و راه آهن می باشد و حمل توسط کشتی های بزرگ با ظرفیت های بالا (بالغ بر صد هزار تن) حداقل ۳۰ تا ۴۰ درصد ارزانتر از حمل با کشتی های کوچک است، لذا معادن سنگ آهن که در نزدیکی دریاها بخصوص دریاهای عمیق قرار گرفته اند از ارزش بالاتری برخوردارند. حمل نرمه سنگهای معدنی توسط لوله نیز راه حل جالبی برای جابجایی مواد بسیار ریز می باشد ولی دامنه کاربرد آن به نواحی گرمسیر( نقاطی که امکان یخ زدن وجود ندارد ) و مسطح ( غیر کوهستان) محدود می شود. همچنین خاصیت فرسایشی ذرات، شکل آنها (گرد و یا گوشه دار بودن ) و غیره اثر روی انتقال آنها توسط لوله به منظور حمل و نقل دراد.
۶ـ قابلیت پر عیار شدن
بیشتر سنگهای آهن امروزه عملا مورد عملیات کانه آرایی به منظور پر عیار شدن ویا حذف ناخالصی های نامطلوب آن قرار می گیرند. لذا قابلیت پرعیار شدن و هزینه آن در ارزشیابی سنگ معدن مؤثر خواهد بود . به طور کلی روشهای فیزیکی و مغناطیسی ارزانتر از روش فلوتاسیون می باشند،‌لذا کانی های آهن دار که خاصیت مغناطیسی باشند با هزینه کمتری قابل پرعیار شدن هستند. سرانجام توزیع ناخالصی ها در سنگ معدن نیز در هزینه پرعیار کردن اثر می گذارد.
هر قدر توزیع ناخالصی ها دانه درشت تر باشد امکان عمل پرعیار کردن در ابعاد درشت تری وجود داشته و هزینه آن کمتر خواهد بود. در هر حال قابلیت پرعیار شدن سنگ و هزینه آن از عوامل مهم در ارزشیابی سنگ آهن می باشد.
۷ـ قابلیت خردایش
خردایش سنگ یکی از گرانترین عملیات کانه آرایی می باشد. عملا بیش از ۵۰ درصد هزینه و ۷۰ درصد انرژی مصرفی در هر کارگاه کانه ‌آرایی صرف خردایش می گردد. لذا قابلیت خردایش سنگ آهن روی ارزشیبای آن اثر بسیار مهم دارد.
در خردایش سختی سنگ یکی از عوامل اصلی بوده و هرقدر سختی سنگ بیشتر باشد هزینه خردایش آن بالاتر خواهد بود. بسیاری از سنگهای معدنی به آسانی تا ابعاد کوچک ( حدود ۱ میلیمتر) خرد می شوند ولی خردایش نرم آنها مواجه با اشکال و هزینه و مصرف انرژی زیاد می باشد. قابلیت خردایش سنگ را می‌توان به دو قسمت تقسیم کرد که عبارتند از :
الف ـ قابلیت خردایش درشت
قابلیت خردایش درشت که مربوط به خردکردن سنگ تا ابعاد حدود ۱ میلیمتر می باشد. در این قابلیت وجود درز، ترک ،‌شکاف ، تراکم ، تخلخل صفحات کلیواژ، رگه های ناخالصی و سرانجام سختی از عوامل مهم هستند.
ب ـ قابلیت خردایش نرم
قابلیت خردایش نرم مربوط به خردایش سنگ از ابعاد حدود ۱ میلیمتر به ابعاد مورد نظر می باشد. معمولا خردایش نرم برای تولید گندله بکار گرفته می شود و حد خردایش نرم در حدود ۴۴ میکرون قرار د ارد. در این خردایش سختی سنگ و شکل بلوری و خواص فیزیکی آن از عوامل اصلی می باشند. لذا بسته به نوع عملیاتی که باید روی سنگ معدن انجام شود و نوع مصرف سنگ آهن قابلیت خردیاش درشت و یا نرم در ارزشیابی سنگ موثر خواهد بود.
۸ـ شکل و چگونگی عملیات انجام شده بر روی سنگ معدن
عملیات قبلی انجام شده بر روی سنگ معدن یکی دیگر از عوامل ارزشیابی سنگ آهن می باشد
سنگ آهن به صورتهای مختلفی در صنایع مختلط مورد مصرف قرار میگیرند که عبارتند از:
·          کلوخه و دانه بندی شده
·        کنسانتره
·        گندله
 
در مورد سنگ اهن پر عیارلازم به توضیح است که حدود 95 درصد سنگ اهن عیار بالای استخراج شده از معادن  دنیا جهت تولید فولاد بکار میرود. خود فلز آهن کمی نرم بوده و آسیب پذیر است و لازم است باعناصری همچون کربن و ... ترکیب شود و تا حدودی مقاوم شود. با افزودن کربن و عناصری دیگر، آهن به فولاد تبدیل شده و نسبت به آهن بسیار مقاوم تر میباشد.
در حال حاضر، جایگزینی برای آهن وجود ندارد. بنابراین صنعت استخراج و فرآوری سنگ آهن میتواند همیشگی باشد. البته در برخی مواقع میتوان آلومینیوم را جایگزین آهن کرد ولی در جایی که صحبت از استحکام میباشد، باید از آهن و مخصوصا فولاد استفاده کرد.
کشور چین بعنوان بزرگترین واردکننده و مصرف کننده ی سنگ آهن در دنیاست و بزرگترین تولیدکننده سنگ آهن در جهان کشور استرالیا است.