آهن اصلی ترین عنصر سازنده هسته ی بیرونی و درونی کره زمین است و چهارمین عنصری است که در پوسته زمین فراوان یافت می شود. سرچشمه عنصری آهن در شهاب سنگ ها و بسیاری از محیط های کم اکسیژن می باشد اما بایستی اشاره نمود که این فلز نسیت به آب و اکسیژن دارای واکنش است. آهن تازه دارای سطحی به رنگ نقره ای و خاکستری می باشد که در برابر اکسیژن اکسیده می شود و زنگ می زند.
استخراخ آهن از معدن آهن طی فرایندهای فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی صورت می پذیرد. استخراج آهن از سنگ معدن آن با استفاده از کوره های وزشی انجام می شود که در حقیقت یک راکتور شیمیایی است که در آن مخلوطی از سنگ آهک، زغال کک و سنگ معدن آهن گرما داده می شوند. به منظور استخراج آهن به سنگ آهنگ، زغال کک و سنگ معدن آهن نیاز خواهد بود.
تاریخچه استفاده از سنگ آهن
سنگ آهن فراوان‌ترین عنصر فلزی روی کره زمین است. این سنگ گونه‌ای از سنگ ایت که دارای رگه‌های آهن است که با استخراج این سنگ و جداسازی ناخالصی‌ها، پودر تیره رنگ نقره‌ای قهوه‌ای حاصل می‌شود که به آن آهن می‌گوییم این عنصر به سرعت اکسید می‌شود و به همین علت به تنهایی استحکام چندانی ندارد که برای بالابردن استحکام آن و استفاده در بخش ساختمان‌سازی آلیاژ این فلز را می‌سازند. به منظور ساخت آلیاژ آهن از عناصر زیادی استفاده می‌شود که رایج‌ترین آن‌ها فلز نیکل و کروم است.
سنگ آهن از لحاظ نوع کانی شامل: منیتیت Fe3O4، هماتیت Fe2O3، گوتیتFeOOH، لیمونیت Fe2O3.nH2O، سیدریت FeCO3، شاموزیت FeSiO4، مارتیت و ماگهمیت می‌شود که هریک از این کانی‌های دارای ویژگی‌های خاصی هستند و از آن‌ها در مواردی استفاده می‌شود. به منظور استفاده از سنگ آهن این ماده معدنی پس از استخراج فرآوری می شود زیرا این سنگ خالص نیست و ترکیبات مضری در آن وجود دارد.همچنین عیار آن پایین است و نمی‌توان از آن استفاده کرد.
به طور کلی سنگ‌آهن‌هایی که در بازار وجود دارند از نظر شکل ظاهری به سه دسته: دانه بندی شده، گندله و کنسانتره تقسیم می‌شوند.
بیشینه سنگ آهن
بیشینه استفاده از آهن به ماقبل تاریخ برمی‌گردد و می‌توان نخستین نشانه‌های استفاده از آن را در زمان سومریان و مصریان مشاهده کرد. کشف ابزارهای فلزی، سلاح‌های جنگی و لوازم زینتی که به وسیله آهن تولید می‌شده اند، حاکی از آن است که این ماده معدنی قدمتی چند هزار ساله دارد.
انسان‌های اولیه با استفاده از آهن به‌دست آمده از شهاب‌سنگ‌ها اقدام به تولید سرنیزه و زیورآلات می کردند. همچنین آن‌ها علاوه بر این آهن، آهن رابه شکل خالص و نیز بعدها از احیای سنگ آهن تولید و به کار می‌بردند و از آنجایی که دو منبع نخست نایاب بود به روش سوم یعنی احیای سنگ آهن روی آوردند و آن را گسترش دادند. با توجه به اینکه استفاده از سنگ آهن به زمان‌های بسیار دوری باز می‌گردد، زمان دقیق کشف این ماده معدنی مشخص نیست.
با توجه به اشیای آهنی که در مناطق مختلف کره زمین از جمله بین‌النهرین، مصر و آسیای صغیر یافت شده، می‌توان دریافت که در زمان‌های بسیا دور آهن فلزی گران‌بها بوده و حتی ارزش آن از طلا هم بیشتر بوده است. شواهد حاکی از آن است که در ۱۰ و ۱۲ ابزارهای برنزی به سرعت جای خود را به ابزار و سلاح‌های آهنی دادند که به این جایگزینی عصر آهن می‌گویند.
موارد مصرف سنگ آهن
یکی از مواد معدنی است که به نسبت سایر مواد معدنی دارای بیشترین درصد استفاده است. در حال حاضر آهن به دلیل قیمت مناسب، دسترسی آسان و استحکام بالا مورد نیاز تمام صنایع است. این فلز در ساخت انواع ماشین‌ها، کشتی‌ها، راه آهن، پل‌ها، ساختمان سازی، سدها، ساخت کارخانه‌ها و تهیه ادوات جنگی و لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این ماده معدنی مهم‌ترین ماده برای تولید فولاد است و به طور کلی ۹۸ درصد از آهن استخراج شده در سطح جهان برای تولید فولاد به کار برده می‌شود. صنایع خودروسازی، ساخت و ساز اصلی‌ترین بخش‌های مصرف کننده فولاد هستند که باعث شده میزان تقاضای فولاد این بخش‌ها بر تقاضا و بهای سنگ آهت تاثیر بگذارد. فولاد بهترین آلیاژ ساخته شده از آهن است که بسیاری از فرم‌های آن را تشمیل می‌دهد.
همچنین باید اضافه کرد که سنگ آهن در موارد مختلفی مانند تولید سیمان، بتون، گل حفاری، شسشوی زغال سنگ و استفاده به عنوان رنگدانه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. چدن نیز یکی دیگر از محصولاتی است که با استفاده از سنگ آهن تولید می‌شود و یک درصد از ذخایر آهن برای آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. چدن فلزی است که شامل ۴ تا ۵ درصد کربن، سیلیس، فسفات و مقادیر متفاوتی آلودگی‌های سولفور حاصل می‌شود. برای تهیه انواع فولاد عناصر مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند که عبارتند از: کبالت، منگنز، کروم، وانادیم، نیکل، مس، سرب، نیوبیوم، سیلیس، تنگستن و مولیبدن است.
انواع سنگ آهن در ایران
ایران یکی از کشورهایی است که از به واسطه برخورداری از شرایط جغرافیایی خاصی که داراست، انواع سنگ آهن ها را می توان در آن یافت. وجود انواع سنگ آهن این امکان را فراهم آورده است تا بتوان از این ماده معدنی در موارد متعددی بهره مند گردید. سنگ آهن از جمله فراوان ترین عناصر فلزی محسوب می شود که به واسطه ویژگی هایی که داراست، در مصارف متعددی می توان از آن بهره مند گردید. این سنگ معدنی حاوی فلز آهن می باشد که پس از استخراج از معادن و انجام فرآوری می توان از آهن موجود در آن بهره مند گردید. سنگ آهن یکی از سنگ های معدنی محسوب می شود که در نقاط مختلفی از جهان در دسترس می باشد و از همین جهت پاسخگوی نیاز تمام مصرف کنندگان خواهد بود.
انواع سنگ آهن
هریک از انواع کانی های اشاره شده در بالا دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند و از همین جهت می توان آن ها را با توجه به نیاز در موارد خاصی مورد استفاده قرار داد.
فرآوری سنگ آهن
سنگ آهنی که از معادن استخراج می شود، بایستی فرآوری شود. انجام فرآوری از آن جهت دارای اهمیت است که سنگ آهن های استخراج شده، خالص نیستند و دارای ترکیبات مضری هستند. همچنین می توان اشاره نمود که عیار این سنگ آهن ها پایین می باشد و به سبب همین امر نمی توان از آن ها بهره مند شد. با انجام کلیه مراحل فرآوری می توان به آسانی از سنگ آهن در مکان های متعددی استفاده نمود. سنگ آهن پس از فرآوری به اشکال مختلفی از جمله دانه بندی شده، گندله و کنسانتره تبدیل می گردد و مصرف کنندگان می توانند با توجه به نیاز برای تهیه این محصول اقدام نمایند.
فرآوری سنگ آهن با توجه به محصول تولیدی به دو دسته تقسیم خواهد که دسته اول تولید سنگ آهن دانه بندی شده و دسته دوم تولید کنسانتره می باشد. به منظور سنگ آهن دانه بندی شده از روش خشک و بدون آب بهره گرفته می شود. سنگ آهن دانه بندی شده تولید شده به سبب آن که دارای عیار پایین است، در سیستم احیا قابل استفاده نیست و به همین جهت از آن در کوره بلند بهره می برند. به منظور تولید سنگ آهن کنسانتره از آب بهره گرفته می شود. به سبب عیار مناسبی که کنسانتره تولید شده داراست، می توان از آن در مصارف مختلفی با توجه به نیاز بهره مند شد.
فرآوری سنگ آهن برای تولید فولاد نیز دارای اهمیت می باشد. در صورتی که این ماده معدنی فرآوری شود، می توان در بسیاری از هزینه ها و همچنین فرآیندهای تولید فولاد صرفه چویی به عمل آورد. از دیگر مزیت های فرآوری شامل کاهش هزینه تصفیه، کاهش آلودگی و کاهش هزینه ذوب و انرژی خواهد بود.
مراحل فرآوری سنگ آهن برای تولید کنسانتره :