کانه های آهن

کانه های آهن

تعداد بازدید: 30508
چهارشنبه 03 دي 1393

کانه های آهن

از مهمترین کانی های آهن (Iron Ore)، اکسیدهای آهن هستند، زیرا دیگر کانی های آهن قبل از احیا باید به صورت اکسید درآیند، بنابراین شناخت مختصری از ساختمان اکسیدهای آهن ضروری است. سه نوع اکسید آهن به نام های هماتیت،مگنتیت و وستیت، شناسایی شده است. نمودار تعادلی دما - اکسیژن که محدوده پایداری این اکسیدها را در دماها و درصد های مختلف اکسیژن در فشار کل یک اتمسفر نشان می دهد در شکل زیر آمده است. جدول زیر خصوصیات نقاط مختلف شکل را که با حروف لاتین علامت گذاری شده است نشان می دهد.

 نمودار تعادلی دما – اکسیژن در فشار یک اتمسفر و دماهای مختلف

خصوصیات شیمیایی نقاط علامت گذاری شده در شکل

نقطه دما (سانتی گراد) PCO2/PCO درصد اکسیژن
A 1539 - -
B 1528 0.209 0.16
C 1528 0.209 22.6
G 1400 0.263 22.84
H 1424 16.2 25.6
I 1424 16.2 25.31
J 1371 0.282 23.16
L 911 0.447 23.1
N 1371 0.282 22.91
Q 560 1.05 23.26
R 1583 - 28.3
'R 1583 - 28.07
S 1424 16.2 27.64
V 1597 - 27.64
Y 1457 - 28.36
Z 1457 - 30.04
'Z - - 30.06

آهن در طبیعت به شکل های ترکیبی مانند اکسید، سولفور یا سولفید، کربنات، سیلیکات و غیره یافت می شود و عملا تمامی سنگ های پوسته زمین به استثنای بعضی سنگ های آهکی حاوی مقداری آهن در ترکیب خود می باشند. همچنین مقدار کمی آهن در آب دریاها وجود دارد. کانی های آهن دار در طبیعت فراوان بوده و تعداد آن ها بالغ بر 300 می باشد که اکثر آن ها از نظر استخراج متالورژی آهن به علت عیار کم آهن در آن ها یا همراه بودن با کانی های عناصر نامطلوب که تصفیه و جداسازی آن ها مشکل یا غیر ممکن است، غیر قابل کاربرد بوده و تنها تعداد معدودی از آن ها که به طور کلی اکسیدهای آهن هستند، برای این منظور اهمیت عملی دارند.

کانی شناسی در کاربرد سنگ های معدن آهن اهمیت فراوانی دارد. بسیاری از کانی ها که ممکن است عیار بالایی از آهن داشته باشند ولی به علت نوع ترکیب کانی به عنوان ماده اولیه آهن و فولاد قابل استفاده نیستند. مثلا فایالیت (SiO2.2FeO) با وجود آنکه از آهن نسبتا غنی می باشد (عیار حدود 55 درصد) ولی به علت ترکیب سیلیکاته آن که عملا در روش های تولید آهن و فولاد غیر قابل احیا می باشند، در متالورژی آهن قابل کاربرد نیست. در بین انواع کانی های آهن دار تعداد محدودی از آن ها از نظر متالورژی آهن مهم و قابل مصرف می باشند. مهمترین آن ها کانی های اکسیدی و سیدریت است. بعضی از  کانی های اکسیدی به علت خاصیت احیا پذیری 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 به کاربرده شوند. در بعضی از کانی ها مانند کانی های آرسنیک دار وجود عناصری که می توانند نقش مهمی در آلودگی محیط زیست داشته باشند، مانع از کاربرد آن ها می شود.

 

کانه های مهم آهن و برخی از ویژگی های آنها

نوع کانی ترکیب شیمیایی آهن در کانی خالص (درصد) وزن مخصوص (گرم به ازای سانتی متر مکعب) سختی موس رنگ
اکسیدی مگنتیت Fe3O4 72.4 4.9 تا 5.3 5.5 تا 6.5 سیاه
هماتیت Fe2O3 70 5 تا 5.2 5 تا 6 قرمز تا قهوه ای
مارتیت Fe2O3 70 4.8 تا 5.2 6 تا 7 سیاه
ماگ هماتیت Fe2O3 70 - 5 قهوه ای
اکسیدهای آبدار گوتیت FeO(OH) 62.9 4 تا 4.4 4.5 تا 5.5 زرد تا قهوه ای
لپیدوکروسیت FeO(OH) 62.9 4 5 زرد تا قهوه ای
لیمونیت FeO(OH),nH2O - 2.7 تا 4.3 1 تا 4 زرد تا قهوه ای
تورگیت 2Fe2O3,nH2O 40 تا 50 4.2 تا 4.7 2 تا 4 سیاه
کربناتی سیدریت CO3Fe 48.3 3.8 تا 3.9 3.5 تا 4.5 قهوه ای روشن تا تیره
سولفوری پیریت FeS2 46.6 4.9 تا 5.2 6 تا 6.5 زرد برنجی تا زرد قهوه ای
پیروتیت Fe1-xS 60 تا 61 4.5 تا 4.7 4 زرد برنجی تا زرد قهوه ای
آرسنیکی لئولیینزیت FeAs2 27.2 7 تا 7.4 5 تا 5.5 سفید نقره ای تا خاکستری
آرسنوبیریت FeAsS 43.3 5.9 تا 6.7 5.5 تا 6 سفید تا خاکستری
سولفاته ملانتریت FeSO4.7H2O 26 1.8 تا 1.9 2 سبز روشن
کانی سیلیکاته فایالیت 2Fe.SiO2 55 4 تا 4.35 6 تا 6.5 سبز تیره - زرد
سایر ایلمنیت FeO.TiO2 36.8 4.72 5 تا 6 خاکستری
کرومیت Cr2O3.FeO متغییر 4 تا 4.8 5.5 تا 7.5 سیاه

 

وستیت

وستیت (Wüstite) در طبیعت وجود ندارد و به عنوان کانی آهن معرفی نمی شود اما چون در مراحل نهایی احیای آهن تشکیل می شود لذا شناخت خصوصیات آن برای درک درست فرآیند احیا لازم است. اگر چه اغلب فرمول شیمیایی این اکسید را به صورت FeO می نویسند ولی در واقع مقدار اکسیژن وستیت همیشه بیش از مقدار استوکیومتری است در نتیجه فرمول شیمیایی آن را می توان به صورت Fe 1-xO نوشت، شبکه کریستالی وستیت مکعبی (شبکه آن مانند شبکه کلرید سدیم است) می باشد که در آن شبکه آهن ناقص بوده و جاهای خالی در شبکه وجود دارد. جهت خنثی شدن شبکه لازم است به ازای هر جای خالی آهن دو ظرفیتی، دو یون آهن سه ظرفیتی در شبکه وجود داشته باشد. مقدار X در فرمول شیمیایی وستیت بر حسب شرایط (مثلا درجه حرارت) بین 0.175 تا 0.05 درصد تغییر می کند. با افزایش درجه حرارت تعداد جاهای خالی در شبکه وستیت افزایش می یابد. بنابراین درصد اکسیژن و تعداد یون های سه ظرفیتی نیز افزایش می یابد. در دمای 1524 درجه سانتی گراد در نقطه C نمودار پایداری اکسیدهای آهن، آهن مذاب اشباع از اکسیژن در تعادل با یک فاز مایع نامحلول اکسید آهن دو ظرفیتی است که حاوی 22.6 درصد اکسیژن است. دمای ذوب این اکسید با افزایش اکسیژن کاهش می یابد و در دمای 1371 درجه سانتیگراد که کمترین مقدار دمای ذوب را دارد، در تعادل با آهن آستنیت جامد اشباع از اکسیژن است. بعد از آن دمای ذوب اکسید آهن دو ظرفیتی با زیاد شدن مقدار اکسیژن افزایش می یابد. از نمودار تعادلی دما - اکسیژن مشخص می شود اکسید آهن دو ظرفیتی که حاوی 22.6 درصد اکسیژن است و به صورت FeO نشان داده می شود وجود خارجی ندارد. مقدار متوسط اکسیژن در محدوده دمایی 1371-600 درجه سانتی گراد برای وستیت اشباع از آهن، برابر 23.2 درصد است بنابراین، فرمول شیمیایی وستیت در این محدوده دمایی FeO 0.95 یا FeO 1.05 است. تنها برای راحتی محاسبات فرمول شیمیایی وستیت را به صورت FeO می نویسند.

 

ایلمنیت

اگر چه این کانه بیشتر به عنوان یک منبع تیتانیم دار شناخته می شود ولی می توان آهن را به عنوان محصول جانبی از آن بازیابی کرد. ایلمنیت خالص به فرمول شیمیایی FeTiO3 دارای 36.8 درصد آهن، 31.57% درصد تیتانیم و 31.63 درصد اکسیژن است و اغلب مقدار کمی مگنتیت دارد.

کانه های آبدار آهن (اکسیدهای آبدار)

اکسیدهای آبدار یا هماتیت قهوه ای با فرمول Fe2O3.nH2O، منابع قابل توجهی از آهن را در دنیا تشکیل می دهند. اکسیدهای آبدار آهن رنگ زرد تا قهوه ای دارند و ممکن است خاکی شکل یا فشرده باشند. این کانه ها از دسته مینرال های ثانویه آهن می باشند که عمدتا بر اثر هوازدگی تشکیل شده و همراه با سایر اکسیدهای آهن در سنگ های رسوبی وجود دارند. از این گروه گوتیت و لیمونیت را می توان نام برد (گاهی لیمونیت به کلیه اکسیدهای آبدار آهن اتلاق می شود):

گوتیت:

فرمول شیمیایی گوتیت FeO(OH) و یا FeO2H و یا Fe2O3.H2O است. از نظر ترکیب شیمایی حاوی 89.9 درصد Fe2O3 و 10.1 درصد آب می باشد. مقدار آهن این کانی 62.9 درصد است. از نظر کانی شناسی گوتیت دارای شکل بلوری ارتورمبیک می باشد. رنگ کانی قهوه ای تیره یا سیاه بوده و سختی آن در مقیاس موس 4.5 تا 5.5 و وزن مخصوص آن 4 تا 4.4 است. این کانی به طور معمول فاقد خاصیت مغناطیسی می باشد ولی گاهی نیز خواص مغناطیسی نسبتا ضعیفی از خود نشان می دهد. گوتیت بیشتر همراه با سولفورهای فلزی و کربنات ها در طبیعت دیده می شود و در کانسارهای آن معمولا مقداری گوگرد وجود دارد. کانسارهای گوتیت اغلب رسوبی و نسبتا جوان می باشند. گاهی اوقات کانسارهای گوتیت از اکسایش سیدریت و سیلیکات های آهن تشکیل شده اند. در اثر حرارت گوتیت آب تبلور خود را از دست می دهد و تبدیل به ذرات کاملا متخلخل می شود که خاصیت احیا پذیری بالایی دارند.

  گوتیت،Goethite
لیمونیت،Limonite  

لیمونیت:

لیمونیت ها نیز اکسیدهای آهن آب دار می باشند و فرمول آن ها را می توان به صورت Fe2O3.nH2O نوشت. مقدار آب تبلور در لیمونیت ها بیشتر از گوتیت بوده و به طور معمول کانی حاوی 12 تا 15 درصد آب تبلور می باشد. رنگ لیمونیت ها نسبت به گوتیت روشن تر بوده و به رنگ زرد تا قوه ای روشن در طبیعت دیده می شوند. وزن مخصوص لیمونیت 2.7 تا 4.3 گرم بر سانتی متر مکعب است. سختی این کانی ها کاملا متغیر بوده و از 1 تا 4 در مقیاس موس تغییر می کند. لیمونیت ها انواع مختلف داشته و اختلاف آن ها در مقدار آب تبلور و سختی آن ها می باشد و به نام های مختلفی در نقاط مختلف نامگذاری شده اند. مثلا در فرانسه این کانی ها مینت نامیده می شوند. لیمونیت ها در اثر حرارت بی آب شده و ذرات کاملا متخلخل با خاصیت احیا پذیری بسیار عالی را تشکیل می دهند و به همین دلیل نیز سنگ های معدنی با عیار نسبتا کم ولی لیمونیتی در صنعت متالورژی آهن مورد مصرف فراوان دارند. اکثر معادن اروپای غربی لیمونیتی بوده و سنگ های معدنی آن با عیار حدود 40 درصد و کمتر در صنایع متالورژی این کشور ها بکار برده می شود. در بعضی نقاط دنیا منابع بزرگی از این کانه وجود دارد که از اهمیت زیادی برخودار است مانند لورن فرانسه که در آن لیمونیت با مقدار زیادی فسفر همراه است که برای تهیه چدن به روش توماس بکار می رود.

کانی های آبدار آهن در اثر حرارت آب خود را از دست داده و ذراتی متخلخل با احیا پذیری عالی را تشکیل می دهند. کانسارهای بسیاری در طبیعت وجود دارد که ترکیبی از گوتیت و هماتیت آب دار هستند و به عنوان کانی های لیمونیتی مورد استفاده قرار می گیرند. کانسارهای لیمونیت و گوتیت اغلب از اکسایش کانی ها آهن دار مانند سولفورها، کربنات ها، سیلیکات ها و هیدرولیز بعدی محصولات اکسیده شده بوجود آمده اند.

کانه های کربناتی آهن

کربنات آهن سیدریت دارای 48.2 درصد آهن، 37.99 درصد دی اکسید کربن و 14.81 درصد اکسیژن است. وزن مخصوص آن حدود 3.88 – 3.83 گرم بر سانتی متر مکعب و رنگ آن سفید، سبز، خاکستری و یا قهوه ای است. سنگ معدن سیدریت مقادیر متنوعی ترکیبات کلسیم، منیزیم و منگنز دارد که این مواد بر ارزش آن می افزاید. منابع مهمی از این سنگ معدن در اتریش، فرانسه و اسپانیا وجود دارد. کانه های کربناتی آهن را معمولا قبل از مصرف در کوره بلند، در معدن تکلیس می کنند تا گاز دی اکسید کربن آن حذف شود و ضمن کاهش وزن و در نتیجه کم شدن مخارج حمل و نقل، احیا پذیری آن نیز به دلیل ایجاد تخلخل افزایش یابد. این کانه معمولا به اندازه کافی با خود آهک و ترکیبات منیزیم و در نتیجه یک محصول خودگداز را پس از تکلیس به وجود می آورد.

کانسارهای سیدریت به طور کلی به دو طریق زیر تشکیل شده اند:

 
 

- کانسارهای هیدروترمال

این کانی ها در حرارت های نسبتا پایین تشکیل شده اند و معمولا همراه با سولفورها یا سولفیدهای فلزی سرب، روی و مس می باشند و گاهی نیز سیدریت به صورت کاملا خالص با کلسیت در طبیعت دیده می شود.

- کانسارهای رسوبی

کانسار سیدریت به صورت رسوبی در مرداب ها نیز می تواند تشکیل شده باشد. در اثر تجزیه مواد آلی در مرداب ها گاز کربنیک حاصل از این تجزیه روی کانی آهن دار اثر کرده و آن را به سیدریت تبدیل می کند. در محیط های اکسید کننده، سیدریت ناپایدار بوده و تبدیل به گوتیت و لیمونیت می شود. کانسارهای سیدریت به طور معمول فاقد ناخالصی های نامطلوب مانند فسفر و غیره می باشد و درجه حرارت تکلیس آن ها نیز پایین و در حدود 500 تا 600 درجه سانتی گراد قرار دارد. پس از تکلیس، کانی خاصیت احیا پذیری عالی داشته و یک سنگ معدنی مطلوب برای تولید آهن و فولاد است.

کانه های سیلیکاتی آهن

اگر چه تعداد زیادی از کانی های سیلیکاتی حاوی آهن می باشند اما تعداد بسیار کمی از آن ها به عنوان کانه آهن شناخته می شوند. سیلیکات های آهن دار دارای وزن مخصوص بیش از 2.8 گرم بر سانتی متر مکعب هستند و رنگ آن ها از خاکستری تا سیاه متغیر است. مهمترین کانی های سیلیکات آهن عبارتند از: شاموزیت، گینالیت و کلریت که ترکیب پیچیده ای از منیزیم، آلومینیوم، سیلیس و آهن می باشند و به رنگ سبز مایل به زرد مشاهده شده اند که عمدتا بر اثر هوازدگی تشکیل شده و همراه با سایر اکسیدهای آهن در سنگ های رسوبی وجود دارند.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

علی سعیدی و نادر ستوده، تولید آهن، جهاد دانشگاهی واحد اصفهان، 1385.

ناصر توحیدی و رامز وقار، آماده سازی بار کوره های تولید آهن و فولاد، دانشگاه تهران، 1376.

ناصر توحیدی، فلزات استراتژیک، مواد اولیه و شیوه های تولید، کارایی و کاربرد، عرضه و تقاضا، درجه بحرانی و آسیب پذیری، دانشگاه تهران، 1388.

R.M.Cornell, U.Schwertmann, The Iron Oxides, Wiley, 2003

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

لغات و اصطلاحات کانه های آهن

Iron Ore کانی های آهن
Magnetite مگنتیت
Hematite هماتیت
Martite مارتیت
Maghemite ماگ هماتیت
Goethite گوتیت
Lepidocrocite لپیدوکروسیت
Limonite لیمونیت
Turgite تورگیت
Siderite سیدریت
Pyrite پیریت
Pyrrhotite پیروتیت
 Loellingite لئولیینزیت
Arsenopyrite آرسنوبیریت
Melanterite ملانتریت
Fayalite فایالیت
Ilmenite ایلمنیت
Chromite کرومیت
Loellingite

کانه های آهن از دید ngdir.ir

آهن خالص به رنگ سياه تا خاكستری فولادی و در سطوح صيقلی به رنگ سفيد فلزی بوده و دارای جلای فلزی است. سختی آهن 5-4 و چگالی آن 8/7-7 و چكش خوار می باشد. دمای ذوب آهن 1536 درجه سانتیگراد و دارای خاصيت مغناطيسی زياد است. اين عنصر دارای چند شكلی است: آهنی كه در دمای بالاتر از 906 درجه تشكيل شود، آهن نوع Fe-γ و آهنی که در دمای كم با بلورهايی به شكل مكعب مركز دار متبلور می شود، آهن Fe- α می گويند. آهن در سنگ های آذرين قليايي يا فرا قليايی يافت می شود...ادامه

کانه های آهن از دید wikipedia.org

Iron ores are rocks and minerals from which metallic iron can be economically extracted. The ores are usually rich in iron oxides and vary in color from dark grey, bright yellow, deep purple, to rusty red. The iron itself is usually found in the form of magnetite (Fe3O4), hematite (Fe2O3), goethite (FeO(OH)), limonite (FeO(OH).n(H2O)) or siderite (FeCO3).Ores carrying very high quantities of hematite or magnetite (greater than ~60% iron) are known as "natural ore" or "direct shipping ore", meaning they can be fed directly into iron-making blast furnaces. Most reserves of such ore have now been depleted. Iron ore is the raw material used to make pig iron, which is one of the main raw materials to make steel. 98% of the mined iron ore is used to make steel. Indeed, it has been argued that iron ore is "more integral to the global economy than any other commodity, except perhaps oil"...more

کانه آهن
اکسیدهای آهن
ساختمان کانه های آهن
ترکیب کانه های آهن
اکسید آهن
Iron ore
سنگ آهن
برچسب ها: کانه های آهنفولادسازیتولید آهنآهن
نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیست و یکمین دوره
عنوان : نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیس ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان :نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره شهر : تهران ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره ...بیشتر
نمایشگاه های سال 1401
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر تهران 1401 نوزدهمین دوره
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر شهر: ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 1400
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر