سنگ‌آهن نوعی سنگ معدنی حاوی رگه‌هایی از آهن است که برای مورد استفاده قرار گرفتن، باید خالص‌سازی شود. برای خالص کردن این سنگ، باید فرایند ذوب و احیا در کوره‌ها به شکل متداول امروزی، انجام شود.
این سنگ از فراوان‌ترین سنگ‌های فلزات در زمین است، به صورتی که می‌توان گفت حدود ۵ درصد از کل پوسته‌ی زمین را اکسید آهن تشکیل داده است.
سنگ‌آهن، ماده اولیه تولید فولاد است و 98 درصد استخراج این ماده در سطح جهان، به منظور تولید فولاد استفاده می‌شود. این عنصر که به راحتی اکسیده می‌شود، چندان محکم نیست و آلیاژ آن، برای افزایش استحکام در صنعت ساختمان‌سازی و نظایر آن، با استفاده از عناصر مختلف به ویژه نیکل و کروم تهیه می‌شود.
تشکیل سنگ آهن
تقریباً تمامی ذخایر آهن زمین در سنگ‌هایی یافت می شود که در حدود 1.8 میلیارد سال پیش تشکیل شده‌اند. در آن زمان اقیانوس‌ها سرشار از آهن محلول بوده‌اند و تقریبا هیچ اکسیژن محلولی در آن آب‌ها وجود نداشته است. زمانی که نخستین ارگانیسم‌های قادر به فتوسنتز نمودند، شروع به آزادکردن اکسیژن در آب‌ها کردند.
اکسیژن و آهن محلول در آب به سرعت با یکدیگر واکنش داده و کانی‌های هماتیت و مگنتیت را ایجاد کرد. کانی‌های یاد شده همراه با دیگر اکسیدهای فلزی در کف اقیانوس ها ته نشین شده و ساختاری را ایجاد می‌کنند که امروزه به آن کانسارهای آهن نواری یا تشکیلات نواری سنگ‌آهن گفته می‌شود.
علت ایجاد این ساختارهای نواری، تناوب رسوب‌گذاری اکسیدهای آهن با کانی‌هایی نظیر سیلیس و شیل است.
انواع سنگ آهن
با تغییر مقدار آهن و ترکیبات آن، انواع سنگ‌آهن در طبیعت پیدا می‌شود. نام هر کدام از انواع سنگ‌های آهن شناخته شده، برگرفته از نام کانی آنها است. کانی‌های آهنی بسیاری در طبیعت وجود دارد. در ادامه پنج کانی آهنی که بیشترین مقدار آهن را دارند، معرفی شده‌اند.
کاربرد سنگ آهن
استفاده اصلی از این سنگ برای تولید فلز آهن است. بیشترین مقدار آهن تولید شده هم در ساخت فلز فولاد استفاده می‌شود. 98 درصد سنگ‌آهن‌ها برای ساخت فلز فولاد و باقیمانده آن یعنی ۲ درصد دیگر نیز برای سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عمده ترین کاربردها و موارد مصرف سنگ‌آهن در ساخت ماشین آلات، تجهیزات ساختمان‌سازی، راه آهن و تجهیزات مختلف صنعتی است. همچنین کاربردهای متفرقه مانند به کارگیری تولید بتن و سیمان، گل حفاری، شست و شوی زغال سنگ و برخی رنگدانه‌ها برای آن ذکر شده است.
از سایر کاربردهای سنگ‌آهن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- آهن پودر شده (استفاده از انواع خاصی از فولادها، مگنت‌ها، قطعات اتومبیل و کاتالیست‌ها)
- آهن رادیواکتیو (استفاده در داروسازی به عنوان عنصر ردیاب در تحقیقات بیوشیمی و فلزکاری)
- اکسید آهن سیاه ( به عنوان رنگدانه در ترکیبات پولیش، داروسازی، فلزکاری، ساخت جوهرهای مغناطیسی و…)
- آهن قرمز (برای نقاشی‌ها، جوهر پرینت، لوازم آرایشی مانند سایه چشم، رنگ‌های هنری، پلاستیک‌ها، کود و مراحل نهایی صنعتی)
فرایند تولید سنگ‌آهن
سنگ‌‌آهنی که به صورت خام از معادن آهن استخراج می‌شود، باید برای استفاده در فرایند آهن‌سازی و تولید فولاد فرآوری شود. فرآوری سنگ‌آهن به منظور خالص‌سازی آن صورت می‌گیرد زیرا این سنگ‌ها پس از خروج از معدن خالص نبوده و دارای ترکیبات مضر می‌باشند.
مهمتر از موضوع ذکر شده، عیار این سنگ‌ها پایین است. سنگ‌آهن پس از فرآوری به اشکال مختلفی از جمله دانه‌بندی شده، گندله و کنسانتره تبدیل می‌گردد و مصرف کنندگان با توجه به نیاز خود، این محصول را تهیه می‌کنند.
سنگ‌آهن دانه‌بندی شده یا گرانول
سنگ‌آهن دانه‌بندی شده یا گرانول به دو صورت دانه ریز و دانه درشت تولید می‌گردد. برای تولید گرانول، سنگ طی ۲ الی ۳ مرحله خرد می‌شود و توسط سرند ارتعاشی، جدا‌سازی انجام می‌پذیرد. در نوع دانه‌ریز ابعاد دانه‌ها بسیار کوچک بوده و اندازه آنها بین ۰ تا 1۰ میلیمتر می‌باشد. ولی اندازه نوع دانه درشت بین 1۰ الی ۳۰ میلیمتر می‌باشد.
عیار آهن دانه‌بندی شده در محدوده ۵۷ الی ۶۳ درصد می‌باشد. سنگ‌آهن دانه بندی شده فقط در کوره‌های بلند مورد استفاده قرار می‌گیرد چون عیار آن پایین است
کنسانتره سنگ‌آهن
شکل دیگری از آهن که در فولادسازی کاربرد دارد، کنسانتره است. کنسانتره به ماده متراکم می‌گویند و ابعاد آن در حد میکرون می‌باشد. برای تولید کنسانتره، سنگ‌آهن مراحل مختلفی را طی می‌کند.
این مراحل به ترتیب شامل خردایش، آسیاب کنی، پرعیار سازی و آبگیری می‌باشد. در حقیقت سنگ‌آهن کم عیار را کنسانتره می‌کنند تا بتوانند از آن در تولید گندله استفاده کنند.
گندله
سنگ‌آهن نمی‌تواند مستقیم در کوره‌های احیا به فولاد تبدیل شود، پس ابتدا آن را به کنسانتره و سپس به گندله و آهن اسفنجی تبدیل می‌کنند. گندله سنگ‌آهن یکی دیگر از مواد اولیه ورودی به صنایع فولاد به شمار می‌رود که به شکل گوی ساخته می‌شود.
این گلوله‌ها، از نرمه سنگ‌آهن و مواد افزودنی تولید می‌گردد. گندله ابتدا خام است و سپس پخته می‌شود. از گندله در کوره‌های بلند و احیای مستقیم استفاده می‌شود.
برای تولید گندله از کنسانتره استفاده می‌شود، در واقع کنسانتره سنگ‌آهن با بنتونیت، پودر ذغال‌سنگ، آب و برخی مواد دیگر مخلوط شده و سپس به مرحله گندله خام می‌رود؛ در این مرحله گندله خام به گندله‌ای تبدیل می‌شود که قابلیت استفاده در کوره احیا را داشته باشد.
به طور کلی دو روش برای تولید گندله وجود دارد:
- در روش مخروط گندله‌سازی از دیگ‌های مخروطی با زاویه محاسبه شده خاص استفاده می‌شود.
- این روش شامل دو فاز کلی است، ابتدا دوران مخروط و سپس ریزش تدریجی مواد خام داخل مخروط. این روش تا دهه ۵۰ میلادی استفاده می‌گشت اما با پیشرفت تکنولوژی و شناخت ضعف‌های این روش، به تدریج روش دیسک‌های گندله‌سازی در صنعت استفاده شد.
- تولید گندله در دیسک دوار از سال 19۵۰ وارد صنعت شد و به علت مزایای زیادی که داشت جایگزین گندله‌سازی در مخروط گندله‌سازی شد.
- در این روش مواد خام روی سطح دیسک دوار مورد نظر پخش شده و ضمن حفظ رطوبت مورد نیاز دستگاه عمل گندله‌سازی انجام می‌پذیرد.
اولین معدن سنگ‌آهن در دنیا
معدن Ngwenya که در سلسله کوه‌های بوموو، در شمال غربی امبابانه و نزدیک مرکز شمال غربی کشور سوازیلند واقع شده است، قدیمی‌ترین معدن سنگ‌آهن جهان است. قدمت این معدن حدوداً به 43000 سال می‌رسد که انسان‌های پارینه سنگی از آن بهره‌برداری می‌کردند.
بزرگترین‌معادن‌سنگ‌آهن‌در‌جهان به شرح زیر است.
صنعت سنگ‌آهن در جهان
بر اساس آمار موسسه زمین شناسی آمریکا در سال ۲۰۲1 حدود 179230 میلیون تن ذخیره قابل استخراج سنگ‌آهن در دنیا وجود دارد که از این میزان حدود 84600 میلیون تن حاوی فلز آهن بوده که متوسط عیار جهانی آن ۲/4۷ درصد می‌باشد.
استرالیا و برزیل بیشترین ذخایر و تولید سنگ‌آهن در دنیا را دارند و در نقطه مقابل چین بزرگترین مصرف‌کننده این سنگ در جهان است.
ذخایر‌قابل استخراج سنگ‌آهن و مقدار آهن در آنها در سال ۲۰۲1 (میلیون‌تن )
عیار سنگ‌آهن در کشور‌های دارای بیشترین ذخایر
بزرگترین تولیدکنندگان سنگ‌آهن(کنسانتره) در جهان‌در‌سال۲۰۲1 (میلیون تن)
ارزش صادرات سنگ‌آهن‌در‌جهان (میلیون‌دلار)
ترکیب صادرکنندگان سنگ‌آهن در سال۲۰۲1
10 کشور با بیشترین ارزش صادرات سنگ‌آهن در سال۲۰۲1( میلیون‌دلار)
10 کشور با بیشترین ارزش واردات سنگ‌آهن در جهان (میلیون‌دلار)
روند جهانی قیمت سنگ‌آهن
پس از بحران سال ۲۰۰8- ۲۰۰9 و بهبود اقتصاد جهانی و افزایش سطح تقاضا برای کامودیتی‌ها، قیمت این محصولات رشد بیش از 1۰۰ درصدی داشتند. قیمت سنگ‌آهن نیز در آن زمان به بیش از 18۰ دلار رسید.
با رشد قیمت‌ها میزان عرضه از سال ۲۰11 تا ۲۰1۶ افزایش یافته و قیمت سنگ‌آهن بار دیگر به محدوده ۵۰ دلار سقوط کرد. اما با افزایش تقاضا و سرمایه‌گذاری کلان دولت چین در زیرساخت‌ها بار دیگر قیمت ها به محدوده 1۰۰ دلار بازگشت.
در سال‌های گذشته و در پی شیوع ویروس کرونا ابتدا قیمت کاهش و سپس با کاهش سطح عرضه در معادن و بهبود تقاضا به ویژه در کشور چین، قیمت سنگ‌آهن به بیش از ۲1۵ دلار در هر تن رسید.
اما این روند موقتی بود. با کنترل ویروس کرونا در جهان و افزایش عرضه سنگ‌آهن و همچنین سیاست‌های دولت چین در صنایع فولادی خود بار دیگر قیمت این ماده معدنی به محدوده 1۰۰ دلار بازگشت.
روند قیمت جهانی سنگ‌آهن۶۲% CFR چین (دلار بر تن)
