گندله و کنسانتره آهن را بشناسیم

مینا ایزدی - گروه معدن: ماده اولیه برای تولید فولاد سنگ‌آهن است. سنگ‌آهن پس از تبدیل به کنسانتره و سپس گندله به فولاد تبدیل می‌شود. در این گزارش با مفاهیم کنسانتره و گندله که نقش مهمی در زنجیره تولید فولاد دارند، آشنا می‌شوید.

کنسانتره
از اوایل انقلاب صنعتی در اروپا، استفاده از فولاد به بخش ضروری صنعت تبدیل شده است. با افزایش تقاضای فولاد، تولید کنسانتره آهن نیز افزایش یافت. فرآوری سنگ‌آهن یکی از مهم‌ترین فرآیندهای زنجیره تولید فولاد است. فرآوری سنگ‌آهن براساس محصول تولیدی به دو دسته تقسیم می‌شود: تولید سنگ‌آهن دانه‌بندی شده و تولید کنسانتره سنگ‌آهن. تولید سنگ‌آهن دانه‌بندی به‌صورت خشک و بدون آب انجام می‌شود. سپس با استفاده از روش‌های جدایش فیزیکی (به روش مغناطیسی) سنگ‌آهن پرعیار از باطله کم عیار جدا می‌شود. این محصول که سنگ‌آهن دانه‌بندی نامیده می‌شود، به علت پایین بودن عیار، قابل استفاده در سیستم احیای مستقیم نیست اما در کوره بلند می‌توان از آن استفاده کرد. در کانسارها عیار متوسط سنگ‌آهن پایین است و مقدار عناصر بیش از حد مورد قبول است. به همین دلیل برای پرعیارسازی از روش‌های پیشرفته‌تر و مدار پیچیده‌تری اقدام به تولید کنسانتره می‌شود. مدار فرآوری به طور کلی از واحدهای خردایش، آسیاب‌کنی، پرعیارسازی و آبگیری تشکیل شده است. در کنار این واحدها، حمل‌ونقل، تامین آب، تاسیسات و... به‌عنوان واحدهای جانبی هستند. نخستین مرحله (خردایش) در کارخانه با ورود ماده معدنی به سنگ‌شکن آغاز می‌شود. در این بخش قطعات بین ۲۰-۲۵ تا ۱۰۰ سانتی‌متر به ابعاد کوچکتر از ۲۵-۲۰ سانتی‌متر خرد می‌شوند. البته در ورودی سنگ‌شکن سرند ثابت گریزلی نصب می‌شود که روزنه‌های آن برابر با ابعاد محصول خروجی از سنگ‌شکن هستند. به این ترتیب ابعاد ریزتر وارد سنگ‌شکن نمی‌شوند تا مبادا خردتر شوند. سپس مواد معدنی خرد شده با نوار نقاله وارد مرحله بعدی سنگ‌شکن و سرند می‌شوند. در این بخش که بسته به ابعاد و ویژگی‌های مواد معدنی ممکن است از ۲ مرحله سنگ‌شکنی خشک تشکیل شده باشد، از سنگ‌شکن مخروطی استفاده می‌شود و ابعاد مواد معدنی تا اندازه ۳۰ میلی‌متر کاهش پیدا می‌کند. خردایش چند مرحله‌ای به منظور کنترل دانه‌بندی و جلوگیری از خردایش بیش از حد ماده معدنی انجام می‌شود. مرحله دوم آسیاب‌کنی است، مواد معدنی با ابعاد کمتر از ۳۰ میلیمتر، به منظور خردایش بیشتر وارد مرحله آسیاب‌کنی می‌شود که به‌صورت«تر» انجام می‌شود. در این مرحله، مواد به وسیله آسیاب خودشکن یا نیمه خودشکن یا غلتکی فشاری تا اندازه ۱-۰/۵ میلی‌متر آسیاب می‌شوند. این ماده با ابعاد ۱-۰/۵ سپس به مرحله بعدی هدایت می‌شود و در آنجا به وسیله آسیاب‌های گلوله‌ای مورد خردایش بیشتر قرار می‌گیرد. در این قسمت‌ها خردایش در محیط «تر» انجام می‌شود، ابعاد خردایش به وسیله هیدروسیکلون‌ها کنترل می‌شود و هدایت مواد که در آب شناور هستند و ترکیب دوغاب (اسلاری) را ایجاد کرده‌اند، به وسیله پمپ‌ها انجام می‌شود.  مرحله سوم پرعیارسازی است در این مرحله ذرات پس از عبور از مرحله آسیاب کنی به ابعاد بسیار ریز مورد نظر رسیده‌اند و لازم است به منظور جدا کردن مواد باارزش از ترکیبات باطله داخل اسلاری، وارد مرحله بعدی شوند. اسلاری به وسیله پمپ به مرحله جدایش مغناطیسی هدایت می‌شود. جداکننده‌های مغناطیسی تر، جداکننده‌های نوع درام هستند. اسلاری از روی این درام‌ها که دارای ویژگی مغناطیسی هستند عبور داده می‌شود. کانی‌های آهن‌دار به درام می‌چسبند. در انتهای درام به وسیله یک تیغه از روی درام جمع‌آوری می‌شوند. سایر کانی‌های موجود در دوغاب نیز از ته ریز تجهیز خارج می‌شوند. این جداکننده‌های مغناطیسی دارای انواع شدت پایین، شدت متوسط، شدت بالا و گرادیان (کمیت عدد) بالا هستند که انتخاب آنها براساس ویژگی مواد معدنی و آزمون فرآوری که روی ماده معدنی به انجام رسیده است، انجام می‌شود و در صورتی که عناصری مانند فسفر و گوگرد در کنسانتره وجود داشته باشد، از روش فلوتاسیون برای جدایش مواد مزاحم از کنسانتره استفاده می‌شود.  مرحله چهارم نیز آبگیری است وسنگ‌آهن پرعیار شده حاوی مقادیری آب است که باید آبگیری و خشک شود و رطوبت آن به ۱۰-۹ درصد برسد. بدین منظور از فیلترهایی برای جدایش آب کنسانتره به‌دست آمده، استفاده می‌شود. سپس کنسانتره آبگیری شده به انبار محصول منتقل و در آنجا دپو می‌شود. باطله نیز برای آبگیری به سمت تجهیزاتی به نام تیکنر هدایت می‌شود. در آنجا مواد جامد ته‌نشین شده و آب به صورت سرریز از بالای تیکنرخارج می‌شود. ذرات جامد ته‌نشین شده نیز به وسیله بازوی جمع‌کننده کف تیکنر به سمت مرکز و به وسیله پمپ به سمت سد باطله هدایت می‌شوند. برای افزایش سرعت ته‌نشینی از مواد شیمیایی پلیمری به نام فلوکولانت استفاده می‌شود که باعث چسبیدن ذرات باطله به یکدیگر و افزایش سرعت سقوط آنها می‌شود.


گندله
سنگ‌های آهن مهم‌ترین و عمده‌ترین مواد اولیه را برای تولید گندله تشکیل می‌دهند. گندله؛ یعنی گلوله‌های تولید شده از نرمه سنگ‌آهن و سایر مواد افزودنی که نخست خام و سپس پخته شده و سخت می‌شود و برای احیا به روش سنتی تولید آهن در کوره بلند یا روش‌های متعدد احیای مستقیم به کار می‌رود. گندله ماده اولیه برای تولید آهن خام است و باید در کوره‌های احیا ویژگی مکانیکی شیمیایی و حرارتی مطلوبی را داشته باشد. برای تولید گندله خام، نرمه سنگ‌آهن شامل مواد افزودنی که ۹۰درصد آن زیر ۳۲۵ مش (معادل ۴۵ میکرون) است با محلول‌های ترکننده مانند آب برای دستیابی به شکل کروی، در دستگاه‌های گندله ساز به چرخش درآروده می‌شوند تا گندله خام تولیدشود. در هنگام تولید گندله خام ممکن است مواد افزودنی و چسبنده مانند هیدروکسید کلسیم برای افزایش کیفیت و ویژگی متالورژیکی مکانیکی گندله به آن اضافه شود. در این مرحله گندله با ابعاد مطلوب و استحکام مکانیکی کافی تولید و برای حمل‌ونقل تا دستگاه سخت کردن یا پخت ارسال می‌شود. در مرحله دوم گندله‌های خام، به منظور سخت شدن در اتمسفر اکسیدکننده به دقت تا زیر دمای نرم شدن سنگ‌آهن در دستگاهی حرارت داده می‌شوند تا نخست خشک و سپس پخته شوند، به گونه‌ای که درجه تخلخل آنها کاهش پیدا نکند. در این مرحله با پیوند بین ذرات سنگ‌آهن و مواد دیگر بار گندله، ساختار بلوری سنگ تغییر پیدا می‌کند و واکنش‌هایی بین مواد سرباره ساز و اکسیدهای آهن نیز انجام می‌شود. در این مرحله نخست مواد با یکدیگر مبادله شده و ترکیبات خنثی یا بازی بین دانه‌های اکسیدهای آهن تشکیل می‌شوند. در پایان مرحله پخت، سرد کردن گندله داغ باید به گونه‌ای انجام شود که ترک در آنها ایجاد نشود. گندله‌ها دارای این ویژگی‌ها هستند: توزیع یکنواخت ابعاد به‌طور عمده از ۹ تا ۱۶ میلی‌متر، تخلخل زیاد و یکنواخت ۲۵ تا ۳۰درصد، ترکیب کانی‌شناختی یکنواخت به شکل هماتیت یا ترکیبات هماتیت‌دار احیاشونده، استحکام مکانیکی زیاد و یکنواخت، مقاومت به سایش، استحکام مکانیکی کافی حتی در برابر تنش گرمایی در محیط‌های احیاکننده و قابلیت چسبندگی کم. برای تبدیل کنسانتره آهن به گندله باید مراحل مختلفی مانند انتقال مواد خام، آسیاب و خردایش مواد اولیه، مخلوط‌سازی مواد اولیه، تولید گندله خام، کوره پخت گندله، غبارگیری، تامین آب خنک‌کننده، انتقال محصول نهایی، سیستم تصفیه آب، تولید هوای فشرده و آزمایشگاه انجام شود.


چاپ