پروژه کارآفرینی بهره برداری معدن سنگ آهن

فصل اول

کلیات

- 1 مقدمه :

سنگ آهن از نوع سنگ آذرین و با توجه به درجه اکسیداسیون به شکل چهارگان و به اسامی اکسید آهن هماتیت، لیمونیت و ماگماتیت و به رنگهای قرمز، زرد و سیاه در طبیعت یافت می شود و معمولاً با عیار بالای 40% به عنوان ذخیره معدنی و استحصال مرقون به صرفه می باشد.

استخراج سنگ اهک با روش روباز و پلکانی می باشد. بدین ترتیب که ابتدا توسط دریل واگن عملیات حفارید انجام شده و با خرج گذاری چالها با مواد ناریه دینامیت، پودر آنفو و چاشنی الکتریکی و یا معمولی فوری و تأخیری و انفجار قطعات ماده معدنی جدا شده و با استفاده از لودر مواد معدنی جدا شده و با استفاده از لودر مواد معدنی به داخل کامیون ها جهت حمل به کارخانه فراوری و تلغیظ حمل می شود. برای تأمین باد لازم دریل واگن و یا پرقراتورها از کمپرسور استفاده می شود. مختصات چالهای دحفاری شده با دریل واگن با قطر سر مته 64 و یا 76 میلی متر و فواصل چالها از یکدیگر 5/1 الی 2 متر و از طسح آزاد حدود 4 متر و بسته به نقشه آتشباری می باشد و مشخصات پله ها به عبارت طول سینه کار برابر طول جعبه کار و عمق چال برابر ارتفاع پله و معمولاً 12 متر و عرض پله ها برابر محل استقرار ماشین آلات حفاری، باربری در حدود 20 الی 25 متر می باشد. جهت استخراج عملیات باطله برداری و پاکسازی سطحی معدن انجام شده و سپس آماده سازی پله ها و عملیات استخراج ماده معدنی صورت می گیرد و کلیه عملیات از بالا به پایین صورت خواهد گرفت.

1 – 2 نام کامل طرح و محل اجرای آن :

بهره برداری سنگ معدن آهن

محل اجزا :

1 – 3 – مشخصات متقاضیان :

نام

نام خانوادگی

مدرک تحصیلی

تلفن

1 – 4 – دلایل انتخاب طرح :

از آنجا که سنگ آهن مهمترین ماده اولیه مصرفی در کارخانجات تولید آهن و فولاد میباشد که در روشهای مختلف تولید ، بصورت دان هبندی شده و یا تغلیظ شده مورد استفاده قرار می گیرد. در حال حاضر تعدادی از معادن بزرگ سنگ آهن کشور جهت رفع نیازهای فعلی در حال بهره برداری میباشند ، لکن با در نظر گرفتن برنامه های افزایش ظرفیت فولاد کشور در سالهای آتی ، استفاده از سایر معادن سنگ آهن نیز ضروری بوده و بایستی مورد شناسایی ، اکتشاف و استخراج قرار گرفته و متناسب یا کیفیت آنها در واحدهای تولید آهن و فولاد به روشهای احیاء مستقیم ، کوره بلند و یا سایر روشهای موجود مورد استفاده قرار گیرند.

و همچنین با توجه به خودکفایی این صنعت در دولت و همجنین نیاز بازار داخلی به تولید این محصول با توجه به این که بهره برداری معدن سنگ آهن می تواند به رشد و شکوفایی اقتصادی کشور کمک کند این طرح را انتخاب نمودم

1 – 5 میزان مفید بودن طرح برای جامعه :

این طرح از جهات گوناگون برای جامعه مفید است ، شکوفایی اقتصادی و خودکفایی در تولید یکی از محصولات وارداتی که ارز زیادی را از کشور خارج می کرد ، سوددهی و بهبود وضعیت اقتصادی ، اشتغالزایی ، استفاده از نیروی انسانی متخصص در پرورش کالای داخلی و بهره گیری از سرمایه ها و داشته های انسانی در بالندگی کشور .

نمایی از کارگاه سنگ آهن گل گوهر

1 – 6  - وضعیت و میزان اشتغالزایی :

تعداد اشتغالزایی این طرح 18 نفر میباشد .

تاریخچه و سابقه مختصر طرح :

نگاه اجمالی

امروزه یکی از اساسی‌ترین پایه‌های اقتصادی و اجتماعی کشورهای جهان را صنایع آهن و فولاد تشکیل می‌دهد و این ، به سبب نیاز مبرمی است که انسان جهت پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. با نگاه اجمالی به کارآیی این عنصر حیاتی ، می‌توان به نقش سازنده آن پی‌برد؛ زیرا علاوه بر کاربرد آن در امر ساختمان سازی ، پل سازی و غیره یکی از کالاهای اساسی در صنایع اتومبیل سازی ، کشتی سازی و لوکوموتیو سازی است و به‌صورت آلیاژهای مختلف ، اساس تکنولوژی ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهد.

تاریخچه

با توجه به کشف یک تبر آهنی متعلق به 3000 سال پیش از میلاد در داخل یکی از قبرهای سومریان واقع در شهر اور که در جنوب بین‌النهرین قرار داشت، نشان می‌دهد که استفاده از آهن توسط انسان از حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح آغاز و عمدتاً در کشورهای مصر ، آشور ، چین و هندوستان رواج داشت. در آغاز انسان از آهن طبیعی که به‌صورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت بدست می‌آمد، استفاده می‌کرد.

با این حال ، نظر دیگری وجود دارد که انسانهای آن روزگاران از شهاب سنگ‌ها به‌عنوان آهن خالص‌تر استفاده می‌کردند. استفاده از آهن خالص درحدود 1300 سال پیش از میلاد امکان‌پذیر شد که به ظن قوی بطور تصادفی بر اثر گرما دادن شدید صخره‌های کانی ، آهن خالص توسط ذغال صورت گرفت با حرارت دادن گل اخری و ذغال نیز آهن استخراج می‌کردند.

سیر تحولی و رشد

روند استخراج آهن از ترکیبهای طبیعی آهن به مرور زمان ، راه تکامل می‌پیمود تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی که به کوره کانالانی معروف بود، نوآوری شد. این کوره دارای آتش‌دانی به ابعاد 75×60×60 سانتی‌متر بود. سیر تکاملی این روند به آنجایی رسید که امروزه ، کارخانه‌های عظیم استخراج و ذوب آهن و فولاد با ظرفیت چندین میلیون تن به وجود آمده است.

سنگ معدن‌های آهن

سنگ معدن‌هایی که آهن از آن استخراج می‌شود، بیشتر به‌صورت اکسیدهای آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت است که با 2 تا 20 درصد ناخالصی (نظیر سیلیکات‌ها و آلومینات‌ها) همراه است. این ناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا شده به‌صورت تفاله خارج می‌شوند. سنگ معدن تصفیه شده و تغلیظ شده به‌صورت پودر یا دانه‌های ریز در کوره وارد می‌شود. مناسب‌ترین اندازه ذرات آن بین 6 تا 25 میلی‌متر است. یادآوری می‌شود که امروزه از سولفید طبیعی آهن (پیریت) در استخراج آهن استفاده نمی‌شود، بلکه مصرف عمده آن در اسید سولفوریک سازی است.

فرآیند‌های اولیه استخراج آهن

استخراج آهن از سنگ معدن‌های آن طی فرایند‌های فیزیکی و مکانیکی و شیمیایی تحت شرایط ویژه ای صورت می‌گیرد.

در مرحله آغازی ، سنگ معدن باید طی چندین مرحله از عملیات از جمله : خرد کردن ، آسیاب کردن ، سرند کردن ، شستشو ، استفاده از جدا کننده مغناطیسی و یا به روش فلوتاسیون تغلیظ شود. محلول غلیظ شده معمولاً دارای 60 تا 65 درصد آهن ، 8 تا 12 درصد سیلیس می‌باشد. پس از تلغیظ سنگ معدن آن را باید به اندازه‌هایی به ابعاد 6 تا 25 میلی‌متر که مناسب برای تغذیه کوره‌های وزشی است، تبدیل کرد که این عمل را اصطلاحاً آگلومریزه شدن می‌نامند.

استخراج آهن از سنگ معدنهای آن عمدتاً با استفاده از کوره‌های وزشی صورت می‌گیرد که در حقیقت یک رآکتور بزرگ شیمیایی است که در آن مخلوطی از سنگ آهک ، سنگ معدن آهن و زغال کک گرما داده می‌شود.

مواد اولیه مورد نیاز استخراج آهن

سنگ معدن آهن

در مجاورت ذغال بر اثر گرما در کوره احیا می‌شود و سپس بر اثر جریانی از گازهای احیا کننده داغ که از سوختن کک در هوای گرم پایین کوره تولید می‌شود و در جهت عکس مسیر آهن حرکت می‌کند، ذوب می‌شود. آهن مذاب و تفاله حاصل از سنگ معدن به ازای هر دو تا چهار ساعت از آتشدان کوره تخلیه می‌شود. اگر مواد اولیه بطور پیوسته از بالای کوره وارد شود، در این صورت ، کوره می‌تواند بطور پیوسته کار کند. محصول کوره وزشی همان چدن است که برای تبدیل آن به دیگر مشتقات آهن ، بویژه فولاد ، باید در آن تغییراتی داد.

زغال کک

مشخصات ساختاری آن عبارت است از : کربن ثابت 85 تا 90 درصد ، خاکستر 5 تا 13 درصد ، رطوبت تا 8 درصد ، مواد فرّار 1.6 تا 11 درصد ، و گوگرد 0.5 تا 1.2 درصد. نقش کک در فرآیند کوره‌های وزشی تولید گازهای احیا کننده است و در اثر سوختن در پایین کوره انجام می‌پذیرد و مقاومت مکانیکی آن نیز در عمل مهم است. اندازه کک مورد مصرف ، باید بین 1.5 تا 75 میلی‌متر باشد.

سنگ آهک

به منظور کمک کردن ذوب و پایین آوردن دمای ذوب ناخالصی‌ها به سنگ معدن افزوده می‌شود. نسبت تشکیل دهنده‌های بازی در مخلوط یعنی (CaO) و (MgO) به تشکیل دهنده‌های اسیدی یعنی (SiO2) باید در حد ثابتی حفظ شود تا تفاله‌های کف مانند و سبک (سیلیکات‌های کاسیم و منیزیم ) بطور کامل تشکیل شود و سایر ناخالصی‌های همراه با خود را از آهن جدا کند. برای این منظور ، سنگ آهک و دولومیت بکار گرفته می‌شود.

گاهی برای کنترل ترکیب تفاله‌های جاری ، مقداری سیلیکات نیز بدان اضافه می‌شود. مناسب‌ترین اندازه این دسته از مواد برای کوره‌های وزشی بین 70 تا 75 میلیمتر است.

واکنش‌های کوره استخراج آهن

پس از اینکه کک در قسمت پایین کوره بارگیری شده ، آن را تا حدود گرم می‌کنند تا بر اثر وزش هوای گرم شروع به سوختن کرده ، دما را در دهانه قسمت سوخت کوره تا افزایش دهد. دی‌اکسید کربن حاصل در این دما ناپایدار بوده ، بوسیله کک موجود در محیط به منوکسید کربن تبدیل می‌شود. بخار آب همراه با هوای داغ در واکنش با کک نیز خود تولید منوکسید کربن می‌کند.

واکنش‌های انجام شده در دهانه سوخت که در حد بین مخزن سوخت و سنگ معدن آهن قرار دارد، در قسمت بالاتر کوره که دما زیر است، اکسیدهای آهن بوسیله منوکسید کربن و هیدروژن حاصل احیا می‌شوند. در قسمت بالاتر کوره وقتی که دما به تا رسید، سنگ آهک نیز تجزیه می‌شود. در قسمت پایین کوره دربالاتر از اکسیدهای آهن بوسیله کربن احیا شده ، دی‌اکسید کربن حاصل بطور همزمان با کک واکنش داده و به منوکسید کربن تبدیل می‌شود.

این احیا به احیای مستقیم معروف است که نیازی به انرژی زیاد دارد. بیشتر گوگرد که همراه کک وارد کوره می‌شود، در داخل آن به تبدیل می‌شود. حاصل با ترکیب شده آنها را به تبدیل می کند. حاصل ضمن واکنش ، آهن آزاد می‌کند. میزان و چگونگی حذف گوگرد به دمای تفاله و نسبت بستگی دارد.

احیای مستقیم

احیایی است که در آن ، سنگ معدن آهن ، بوسیله عوامل احیا کننده جامد یا گازی احیا می‌شود. با توجه به مقدار کربن موجود در آهن ، این عنصر به‌صورت دو نوع محصول آهن یعنی چدن و فولاد عرضه می‌شود.