استخراج آهن چگونه انجام می‌شود؟

استخراج آهن یک فرآیند پیچیده و چند مرحله‌ای است که به منظور تولید فلزات ضروری برای صنایع مختلف انجام می‌شود و نقش بسیار مهمی در توسعه اقتصادی کشورها ایفا می‌کند. ماده اصلی در تولید آهن، سنگ آهن است؛ استخراج آهن از سنگ آهن، به روش‌های مختلف از معادن می‌تواند انجام بپذیرد. رشد روز افزون نیاز به آهن در صنایع ساختمانی، خودروسازی و تولید فولاد و اهمیت بالای آن، سبب شد تا در این مقاله به بررسی روش‌های استخراج آهن و مراحل استخراج آهن بپردازیم.

روش‌های استخراج آهن

فرآیند استخراج آهن می‌تواند به دو روش اصلی استخراج روباز (سطحی) و استخراج زیرزمینی انجام بپذیرد. انتخاب روش مناسب، بستگی به عواملی همچون نوع و عمق ذخایر معدنی، شرایط جغرافیایی و امکانات مالی دارد و هر کدام از این روش‌های استخراج آهن ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند.

استخراج روباز (سطحی)

استخراج روباز، که تحت عنوان استخراج سطحی نیز شناخته می‌شود به فرآیندهای استخراج آهن، نزدیک به سطح زمین اطلاق می‌شود. در این روش، ابتدا لایه‌های خاک و سنگ که بر روی ذخایر معدنی قرار دارند، با استفاده از ماشین‌آلات سنگین مانند بیل مکانیکی و لودر برداشته می‌شوند. پس از خارج کردن لایه‌های رویی، نوبت به حفاری سنگ آهن می‌رسد. با استفاده از دستگاه‌های مخصوص، چاه‌هایی را در سنگ‌ها حفر می‌کنند. سپس مواد انفجاری را در چاه ها قرار می‌دهند تا با انفجار آنها، سنگ‌ها شکسته شوند. سنگ‌های شکسته شده را، با استفاده از کامیون‌ها و  نوار نقاله  تا محل بارگیری منتقل می‌کنند. سپس این سنگ ها به کارخانه‌های فرآوری ارسال می‌گردند.

این روش نسبت به روش زیر زمینی هزینه کمتر و ایمنی بالاتری دارد اما می تواند به آلودگی و تخریب محیط زیست منجر شود.

استخراج زیر زمینی

استخراج زیرزمینی، یکی دیگر از روش‌های استخراج آهن است که برای استخراج ذخایر معدنی در عمق‌های بیشتر از سطح زمین به کار می‌رود. در این روش تونل‌هایی به عمق زمین حفر می‌شود تا به معدن سنگ آهن دسترسی پیدا شود. پس از دسترسی به معدن، سنگ آهن با استفاده از تجهیزات خاصی استخراج شده و با استفاده از شاول یا کامیون به کارخانه منتقل می‌شود.

این روش کارآمد ترین روش برای معادنی که در عمق زیاد زمین هستند، می باشد. این روش هزینه بیشتری نسبت به روش روباز دارد و از لحاظ ایمنی در سطح پایین تری قرار دارد.

مراحل استخراج آهن

آهن یکی از فراوان ترین عناصر موجود در پوسته زمین است و در صنایع مختلف نقشی پر رنگ و حیاتی دارد؛ از این رو استخراج این ماده ارزشمند از زمین، برای استفاده در کاربردهای مختلف حائز اهمیت فراوانی است. استخراج آهن یک فرآیند چندمرحله‌ای است که از اکتشاف سنگ آهن آغاز می‌شود و پس از طی مراحل مختلف، به استخراج و تولید فلز آهن می‌انجامد.

در ادامه مراحل استخراج آهن را به صورت گام به گام شرح می دهیم.

اکتشاف منابع طبیعی

اولین مرحله از مراحل استخراج آهن، اکتشاف منابع طبیعی آهن است. هدف از این اکتشافات، تعیین میزان، کیفیت و عمق ذخایر سنگ آهن است تا برنامه‌ریزی‌های صحیح و لازم برای استخراج آهن فراهم شود.

زمین‌شناسان با استفاده از روش‌های مختلفی مانند بررسی نقشه‌های زمین‌شناسی، نمونه‌برداری از خاک و سنگ، و همچنین استفاده از تکنیک‌های ژئوفیزیکی مانند مغناطیس‌سنجی و لرزه‌نگاری، به دنبال شناسایی کانی‌های حاوی آهن می‌گردند.

حفر و انفجار 

پس از اکتشاف و شناسایی ذخایر سنگ آهن، نوبت به مرحله حفاری می‌رسد. این مرحله، شامل جدا کردن سنگ آهن از دل زمین است. پس از برداشتن لایه‌های سطحی خاک و سنگ، نوبت به شکستن لایه‌های سخت‌تر سنگ آهن می‌رسد. برای این منظور، ابتدا با استفاده از ماشین‌آلات حفاری، سوراخ‌های متعددی با عمق و قطر مشخص در دل سنگ ایجاد می‌کنند. سپس، این سوراخ‌ها را با مواد منفجره پر می کنند.

انفجار باعث خرد شدن سنگ آهن به قطعات کوچک‌تر می‌شود که جابجایی و انتقال آن‌ها به محل فرآوری را آسان‌تر می‌کند.

شکستن و جداسازی

پس از استخراج سنگ آهن از سنگ معدن، نوبت به مرحله شکستن و جداسازی می‌رسد. در این مرحله، سنگ‌های بزرگ استخراج‌ شده، را ابتدا توسط سنگ‌شکن‌ به قطعات کوچک‌تر خرد می‌کنند. سپس، این قطعات وارد دستگاه‌های آسیاب می‌شوند تا به ذرات ریزتری تبدیل گردند. هدف از این کاهش اندازه، آزادسازی کانی‌های آهن از سنگ‌های باطله و ناخالصی‌هاست.

در ادامه، با استفاده از روش‌های مختلف جداسازی مانند جداسازی مغناطیسی، ثقلی، یا شناور سازی، ذرات حاوی آهن از مواد باطله جدا می‌شوند. این فرآیندها به منظور افزایش غلظت آهن و آماده‌سازی کنسانتره آهن برای مراحل بعدی، یعنی احیا و پالایش، انجام می‌گیرند.

گندله سازی

مرحله گندله‌سازی، چهارمین مرحله از مراحل استخراج آهن است که پس از مرحله شکستن و جداسازی، انجام می‌شود. در این مرحله برای سهولت در حمل و نقل، کنسانتره آهن که به صورت پودری بسیار ریز است را با مواد افزودنی مانند بنتونیت ترکیب کرده و با استفاده از دستگاه‌های گندله‌ساز، به شکل کره‌های یکنواختی به نام گندله تبدیل می کنند.

سپس، گندله‌های خام را وارد کوره پخت می‌کنند تا مقاوم شده و برای فرآیندهای ذوب و احیا آماده گردند. گندله‌سازی، با افزایش تخلخل و استحکام مکانیکی مواد، به بهبود عملکرد کوره‌های بلند و فرآیندهای احیا کمک چشمگیری می‌کند.

ذوب و تولید آهن

در کارخانه، کارگران یا اپراتورها، گندله‌های آهن را به همراه کک و آهک وارد کوره بلند می‌کنند تا فرآیند ذوب آغاز شود. اکسید آهن موجود در گندله ها، توسط واکنش‌های شیمیایی پیچیده درون کوره و دمای بسیار بالا، احیا می شوند و به شکل آهن مذاب در می آیند. آهن مذاب، که حاوی ناخالصی‌هایی مانند کربن است، از پایین کوره خارج شده و به مرحله فولادسازی منتقل می‌شود.

در برخی روش‌ها، آهن مذاب مستقیماً به آهن خام تبدیل شده و برای مصارف مختلف به کار می‌رود. این مرحله، با استفاده از انرژی حرارتی و مواد احیاکننده، سنگ آهن را به فلز آهن قابل استفاده، تبدیل می‌کند و پایه‌ای برای تولید فولاد و سایر محصولات آهنی است.

استخراج آهن یکی از فرآیندهای ضروری در تأمین مواد اولیه برای صنعت فولاد است و از آنجا که تولید فولاد به عنوان یک شاخص مهم برای ارزیابی رشد اقتصادی و توسعه صنعتی در کشورهای مختلف محسوب می‌شود، استخراج آهن در سطح ایران و جهان حائز اهمیت فراوان بوده و هر روز در حال رشد است. معادن گل گهر کرمان، چغارت یزد و چادر ملو یزد از معادن بزرگ آهن در ایران محسوب می شوند. اهمیت استخراج این فلز سبب شد تا در این مقاله به بررسی روش‌های استخراج آهن و مراحل استخراج آهن بپردازیم. همانطور که در مطالب بالا خواندید روش‌های استخراج اهن شامل دو روش روباز و زیر زمینی است و مراحل تولید آهن شامل 5 مرحله اکتشاف، حفر و انفجار، شکستن و جداسازی، گندله سازی و در آخر ذوب و تولید اهن است.