2. توليد آهن

3. روشهای توليد آهن و فولاد
1-روش کوره بلند- کنورتور
Coke Oven-Blast Furnace- Basic Oxygen Furnace
 عامل احيا کننده: کک تهيه شده از زغال سنگ کک شو
(کک در کوره بلند می سوزد و ايجاد حرارت و گاز احيا کننده می کند)
 محصول : چدن (آهن خام مذاب)
 فولاد سازی: با دمش اکسيژن و عموما اکسيداسيون ناخالصيها در کنورتور
ويژگيها:
1- هزينه سر مايه گذاری بالا (واحدهای بزرگ با 3 ميليون تن ظرفيت در سال)
2- وابستگی به زغالسنگ کک شو
3- آلودگي محيط زيست (عمدتا ناشی از واحد های کک سازی)

4. روشهای توليد آهن و فولاد
2- احيا مستقيم – کوره قوس الکتريکی
Direct Reduction- Electrical Arc Furnace
 احيا در دمايي کمتر از دمای ذوب و توليد آهن اسفنجی
 فولاد سازی: در کوره قوس الکتريکی
ويژگيها:
1- احيا در حالت جامد و دمای کمتر
2- امکان ساخت واحد های کوچک(400 هزارتن يا يک ميليون تن) يا تعدادی مدول احيا به صورت موازی
3- عدم وابستگی به زغاسنگ کک شو (امکان استفاده از گاز طبيعی و زغالسنگ معمولی)
4- امکان استفاده از DRI به جای قراضه و اجتناب از مشکلات تهيه و مصرف قراضه

6. كاني‌هاي آهن
كاني‌هاي حاوی آهن بسيار متنوعند ولي فقط تعداد محدودي از آنها ارزش اقتصادي دارند و كانه آهن محسوب مي‌شوند (جدول ).
كاني‌هاي آهن )از نظر تركيب شيميايي( : شامل اكسيدها ، كربناتها ، سيلكاتها وسولفيدها (جدول).

8. كاني‌هاي آهن
فقط كانيهاي اكسيدي ، اكسيدهاي آبدار وسيدريت بعنوان ماده اوليه توليدآهن و فولاد اهميت دارند .
با انجام عمليات تشويه مناسب برروي كانيهاي سولفيدي آهن وحذف گوگرد، ازآنهادرتوليد آهن استفاده مي كنند.
EX. : MS+ O2= MO+0.5 SO2

9. ساختمان و تركيب اكسيدهاي آهن
 سه نوع اكسيد آهن به نام‌هاي هماتيت ، مگنتيت و وستيت شناسايي شده است.
 شكل: نمودارتعادلي آهن – اكسيژن كه محدوده پايداري اين اكسيدها را دردماها و درصدهاي اتمی مختلف اكسيژن در فشار كل يك اتمسفر

10. وستيت (Wustite)
درطبيعت وجود ندارد و کاني طبيعی آهن نيست اماچون درمراحل نهايي احياء آهن تشكيل می شود شناخت خصوصيات آن براي درك درست فرآينداحياء لازم است.
اگرچه اغلب فرمول شيميايي اين اكسيد را بصورت FeO مي‌نويسند ولي در واقع مقدار اكسيژن وستيت هميشه بيش از مقدار استوكيومتري است در نتيجه فرمول شيميايي آن رامي‌توان بصورت نوشت.
مقدار X در فرمول شيميايي وستيت برحسب شرايط (مثلاً درجه حرارت) درصد تغيير مي كند .
شبكة كريستالي وستيت مكعبي (شبكه آن مانند شبكه كلريد سديم است) مي‌باشد كه در آن شبكه آهن ناقص بوده و جاهاي خالي در شبكه وجود دارد (آيا وستيت يونی است؟).

11. وستيت (Wustite)
جهت خنثي شدن شبكه لازم است به ازاء هرجاي خالي آهن دوظرفيتي ، دو يون آهن سه ظرفيتي درشبكه وجود داشته باشد.

12. مگنتيت Magnetite فرمول شيميايي مگنتيت Fe3O4است .
خاصيت مغناطيسي قوي اين كانه باعث مي‌شود كه بتوان آن را به روش جداكننده مغناطيسي ازموادباطله جدا کرد (مشکل ؟)
مگنتيت داراي شبكه كريستالي مكعبي با آهن دو و سه ظرفيتي است كه فرمول آنرا مي‌توان بصورتFeO.Fe2O3 نوشت.
شبكة مگنتيت بسيارمتراكم مي‌باشد اما مانند شبكة وستيت ممكن است درآن جاهاي خالي ديده شود. دردماي بالاتر از800 درجه سانتيگراد جاهاي خالي آهن در شبكه ‌مگنتيت بوجود مي‌آيد كه با افزايش درجه حرارت زيادمي‌شود درنتيجه درصد اكسيژن در آن بالا مي‌رود.(اما نه به شدت وستيت- نمودار فازی)

13. هماتيت Hematite فرمول شيميايي هماتيت Fe2O3است.
هماتيت پايدار داراي شبكه كريستالي هگزا گونال بوده و خاصيت مغناطيسي ندارد.

14. ايلمنيت FeTiO3
اگرچه اين كانه بيشتر به عنوان يك منبع تيتانيم دار شناخته مي‌شود ولي مي توان آهن آن را به عنوان محصول جنبي بازيابي کرد .

15. كانه هاي آبدارآهن (آكسيدهاي آبدار)
اكسيدهاي آبدار منابع قابل توجهي از آهن را دردنيا تشكيل مي‌دهند.
ازاين گروه گوتيت و ليمونيت رامي‌توان نام برد .
كاني هاي آبدارآهن دراثرحرارت آب خودرا ازدست داده و ذراتي متخلخل با احيا پذيري عالي را تشكيل مي دهند .

16. كانه‌هاي كربناتي •فوايد تکليس کانه های کربناتی :
سنگ معدن سيدريت مقاديرمتنوعي تركيبات كلسيم ، منيزيم و منگنز داردكه اين مواد بر ارزش آن مي‌افزايد (مواد همراه آن در پروسه های متالوژيکی استخراج مفيد هستند مثلا دمای ذوب راپايين می آورند و اصطلاحا خود گداز هستند)
كانه‌هاي كربناتي آهن را معمولاً قبل از مصرف، درمعدن تكليس مي‌كنند.
•فوايد تکليس کانه های کربناتی :
1. حذف گاز دي اكسيد كربن
2. كاهش وزن ( كم شدن مخارج حمل و نقل)
3. افزايش احياءپذيري ( ايجاد تخلخل)

17. سيلكاتهای آهن
استخراج آهن از اين ترکيبات به دليل مشکلات فنی موجود اقتصادی نمی باشد.
به طور مثال فايالايت

18. سولفورهاي آهن
مهمترين سولفورهای آهن عبارتند از: پيريت ، پيروتيت و ماركازيت .
پيريت، ممكن است همراه با مس، نيكل، روي، طلا و نقره باشد .
سولفورهاي آهن به منظور استخراج گوگرد يا فلزات گرانبهايي كه همراه آن است مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد و آهن آن بعنوان يك محصول جنبي پس از تشويه استخراج مي شود .
پيروتيت كانه سولفيدي ديگري است كه مانند وستيت كمبود آهن دارد .
پيروتيت مانند مگنتيت ، خاصيت مغناطيسي دارد.
کانی های سولفيدی پس از تشويه توليد اکسيد در صنايع توليد آهن قابل استفاده اند.

19. ارزش كانه‌هاي آهن و عوامل موثر بر آن
مهمترين عوامل تعيين كننده ارزش‌ كانه‌هاي آهن عبارتنداز:
ابعادسنگ آهن و قابليت خردشدن سنگ آهن
قابليت پرعيارشدن
عيار كانه آهن
بازيسيته
نوع و مقدارناخالصيها
رطوبت و آب تبلور

20. خواص شيميايي تعيين كننده ارزش كانه‌هاي آهن
ناخالصي‌هاي همراه كانه، مهم‌ترين اثر را بر روي قيمت و ارزش كانه دارند .
ناخالصي‌ها بر اساس رفتار در شرايط احيايي کوره بر سه دسته اند :
1. ناخالصي‌هايي در کوره بلند احيا نمی شوند و تاثيري در تركيب شيميايي محصول ندارند
2. ناخالصي‌هايي كه ممكن است قسمتي از آنها احيا شده و وارد چدن شود.
3. ناخالصي‌هايي که همواره دركوره بلند احياء شده و در آهن حل می شوند.

21. ناخالصي‌ها
•حد مجاز ناخالصي‌ها بستگي به :
1. مقدار كل ناخالصي‌هاي درون بار فلزي (كانه آهن)
2. ناخالصي‌هاي درون كك ، مواد گدازآور، قراضه
3. خصوصيات محصول نهايي
4. روش استفاده شده براي توليد آهن و فولاد

22. عيارگيری كاني هاي آهن
عيار آهن كل : شامل كل آهن موجود در كاني صرف نظر از حالت آن، شامل آهن کاني¬های سيليکاتي، اكسيدها، سولفيدها و همه تركيبات آهن به علاوه آهن آزاد فلزي.
عيار آهن مغناطيسی : شامل آهن در Fe3O4 و پيروتيت ، به علاوه آهن آزاد فلزي.
عيار آهن محلول در اسيد : آهن محلول در HCl، آهن کل به غير از آهن کانيهای سيليکاتي

23. درجه احيا
•يك كاني كه تنها شامل Fe2O3( فقط شامل آهن سه ظرفيتي ) باشد، داراي درجه احياء، صفر مي باشد. در اين كاني نسبت درصد وزني O به درصد وزني Fe برابر است.
•درجه احيا براي آهن آزاد فلزي، 100% تعريف شده است.
•براي يك كاني كه به صورت جزئي احيا شده است ( كه ممكن است شامل مقداري وستيت باشد ) درجه احيا به اين صورت تعريف مي شود :
درجه احيا ={[ (Oدرصد وزني ) / (Feدرصد وزني )] / }
(and a simple relation)

24. درجه احيا
•براي يك كاني كه به صورت جزئي احيا شده است ( كه ممكن است شامل مقداري وستيت باشد ) درجه احيا به اين صورت تعريف مي شود :
درجه احيا ={[ (Oدرصد وزني ) / (Feدرصد وزني )] / }
درجه احيا =اکسيژن حذف شده در روند احيا)/* (اکسيژن اوليه100
درجه فلز شدگی محصول =آهن فلزی)/* (کل آهن موجود در آهن اسفنجی100

25. THANK YOU FOR YOUR ATTENTION