انواع سنگ آهن را می‌توان از جنبه کانی شناسی و همچنین ترکیب شیمایی دسته‌بندی کرد. به طور مثال، بر اساس کانی شناسی، ۸ نوع کانی آهن (سنگ آهن) در طبیعت وجود دارد و از نظر ترکیب شیمیایی می‌توان انوع سنگ آهن را به ۷ دسته تقسیم بندی کرد؛ اما لازم است بدانید بین انواع سنگ آهن، تعداد محدودی از آن‌ها از نظر متالورژی آهن مهم و قابل مصرف می‌باشد که در این مقاله از دانشنامه آهن ملل به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.
نسخه صوتی مقاله معرفی انواع سنگ آهن
سنگ آهن چیست؟
سنگ آهن، یکی از سنگ‌های معدنی است که از آهن نسبتا غنی تشکیل شده است. با این که اکثر سنگ‌های پوسته زمین حاوی مقداری آهن هستند، اما مقدار تجمیع کانی‌های* آهن‌دار، قابلیت فرآوری سنگ‌ها و مقدار ناخالصیشان متفاوت است. برای این که مشخص شود کدام سنگ آهن قابلیت استخراج و استفاده دارد از کانی شناسی* سنگ آهن استفاده می‌شود.
* کانی شناسی چیست؟ منظور، بررسی ویژگی‌های شیمیایی، ساختار بلورین و ویژگی‌های فیزیکی کانی‌ها است.
* کانی چیست؟ به ماده‌ای گفته می‌شود که به‌طور طبیعی از معدن به دست می‌آید.
هر کدام از معادن سنگ آهن ایران، کانی و سنگ معدن متفاوتی را در خود جای داده‌اند. برای آشنایی با معادن سنگ آهن و انواع سنگ آهن موجود در ایران می‌توانید مقاله زیر را بخوانید.
# حتما بخوانید
انواع سنگ آهن از نظر کانی شناسی (۸ نوع)
کانی شناسی در کاربرد و استفاده از سنگ‌های آهن اهمیت زیادی دارد. بسیاری از کانی‌ها ممکن است عیار آهن بالایی داشته باشند، اما به علت نوع ترکیب کانی به عنوان ماده اولیه آهن و فولاد قابل استفاده نیستند.
به طور مثال، کانی فایالیت (SiO۲۰ FeO) با وجود آن که از آهن نسبتاً غنی تشکیل شده است (عیار آهن حدود ۵۵ درصد)، ولی به علت ترکیب سیلیکاته آن که عملاً در روش‌های تولید آهن و فولاد غیر قابل احیا می‌باشد در متالورژی آهن قابل استفاده نیست.
به همین دلیل، همواره به دنبال کانی‌هایی هستیم که در صنعت فولاد قابل مصرف باشند.
به طور کل، انواع کانی آهن (انواع سنگ آهن) به ۸ دسته زیر تقسیم می شوند:
- کانی‌های اکسیده
- اکسیدهای آبدار
- کانی کربناته (سیدریت)
- کانی‌های سولفوره
- کانی‌های ارسینک‌دار
- کانی‌های سولفاته
- کانی‌های سیلیکاته
- سایر کانی‌ها
در جدول زیر نیز می‌توانید کانی‌های مهم آهن دار و بعضی از مشخصات آن‌ها مانند فرمول شیمیایی، درصد آهن، وزن مخصوص، سختی مول و رنگ انواع سنگ آهن را مشاهده کنید.
| نوع کانی | فرمول شیمیایی | درصد آهن در کانی خالص | وزن مخصوص (گرم بر سانتی متر مکعب) | سختی موس | رنگ | |
| کانی‌های اکسیده | مگنتیت | Fe۳O۴ | ۷۲.۴ | ۴.۹ تا ۵.۳ | ۵.۵ تا ۶.۵ | سیاه |
| هماتیت | Fe۲O۳ | ۷۰ | ۵ تا ۵.۲ | ۵ تا ۶ | قرمز تا قهوه‌ای | |
| مارتیت | Fe۲O۳ | ۷۰ | ۴.۸ تا ۵.۲ | ۶ تا ۷ | سیاه | |
| ماگ هماتیت | Fe۲O۳ | ۷۰ | – | ۵ | قهوه‌ای | |
| اکسیدهای آبدار | گوتیت | FeO(OH) | ۶۲.۹ | ۴ تا ۴.۴ | ۴.۵ تا ۵.۵ | زرد تا قهوه‌ای |
| لپیدوکروسیت | FeO(OH) | ۶۲.۹ | ۴ | ۵ | زرد تا قهوه‌ای | |
| لیمونیت | FeO(OH)nH۲o | – | ۲.۷ تا ۴.۳ | ۱ تا ۴ | زرد تا قهوه‌ای | |
| تورگیت | 2Fe۲O۳,nH۲O | ۴۰ تا ۵۰ | ۴.۲ تا ۴.۷ | ۲ تا ۴ | سیاه | |
| کانی کربناته | سیدریت | CO۳Fe | ۴۸.۳ | ۳.۸ تا ۳.۹ | ۳.۵ تا ۴.۵ | قهوه‌ای روشن تا تیره |
| کانی‌های سولفوره | پیریت | FeS۲ | ۴۶.۶ | ۴.۹ تا ۵.۲ | ۶ تا ۶.۵ | زرد برنجی تا زرد قهوه‌ای |
| پیروتیت | Fe۱-xS | ۶۰ تا ۶۱ | ۴.۵ تا ۴.۷ | ۴ | زرد برنجی تا زرد قهوه‌ای | |
| کانی‌های ارسینک‌دار | لئولینزیت | FeAs۲ | ۲۷.۲ | ۷ تا ۷.۴ | ۵ تا ۵.۵ | سفید نقره‌ای تا خاکستری |
| ارسنوبیریت | FeAsS | ۳۴.۳ | ۵.۹ تا ۶.۷ | ۵.۵ تا ۶ | سفید تا خاکستری | |
| کانی‌های سولفاته | ملانتریت | FeSO۴ , 7H۲O | ۲۶ | ۱.۸ تا ۱.۹ | ۲ | سبز روشن |
| کانی سیلیکاته | فایالیت | 2FeO.SiO۲ | ۵۵ | ۴ تا ۴.۳۵ | ۶ تا ۶.۵ | سبز تیره – زرد |
| سایر کانی‌ها | ایلمینت | FeO.TiO۲ | ۳۶.۸ | ۴.۷۲ | ۵ تا ۶ | خاکستری |
| کرومیت | Cr۲O۳.FeO | متغیر | ۴ تا ۴.۸ | ۵.۵ تا ۷.۵ | سیاه | |
| توضیحات: روش سختی سنجی موس یکی از مهم‌ترین آزمایش‌ها برای تعیین سختی کانی‌ها و مواد معدنی است. | ||||||
کدام سنگ آهن (کانی) در صنعت فولاد قابل استفاده است؟
اهمیت شناسایی کانی های مورد استفاده در صنعت فولاد از این جهت است که در زنجیره تولید فولاد از معدن تا تولید مقاطع فولادی، حلقه اول سنگ آهن است. یعنی ابتدا سنگ آهن از معدن استخراج شده سپس به ترتیب کنسانتره، گندله، آهن اسفنجی، شمش فولادی و محصولات نهایی مانند ورق، میلگرد، تیرآهن و … تولید می شود. در نتیجه قیمت آهن و محصولات فولادی ارتباط مستقیمی با سنگ آهن (عیار سنگ آهن، هزینه تولید و …) دارد.
بین انواع کانی های آهن دار که پیش‌تر معرفی کردیم، تعداد محدودی از آن‌ها از نظر متالورژی آهن مهم و قابل مصرف هستند. در واقع می‌توان گفت بین انواع سنگ آهن، فقط کانی های اکسیدی، اکسید آب دار و سیدریت به عنوان ماده اولیه تولید فولاد اهمیت دارند.
نکته ۱: بین کانی‌های اکسیدی بعضی از آن‌ها به علت خاصیت احیاپذیری کم (مانند مگنتیت) به صورت مستقیم کاربرد ندارند و باید تحت عملیات کلوخه سازی یا گندله سازی قرار گیرند تا شکل کانی شناسی آن تغییر یابد و سپس به کار برده شوند.
نکته ۲: برخی کانی‌ها نیز عناصری دارند که می‌توانند نقش مهمی در آلودگی محیط زیست داشته باشند، مانند کانی‌های ارسینک‌دار که مانع کاربرد آن‌ها می‌شود.
انواع سنگ آهن قابل استفاده در صنعت فولاد
تا اینجا با کانی شناسی انواع سنگ آهن آشنا شدیم و دانستیم فقط برخی کانی های آهن (سنگ‌های آهن) در صنعت فولاد قابل استفاده است. در ادامه انواع سنگ آهنی را معرفی می‌کنیم که به عنوان ماده اولیه در تولید فولاد استفاده می‌شوند.
۱- کانی های اکسیده
کانی های اکسیده آهنی، مهم‌ترین مواد معدنی در متالورژی آهن می‌باشند و مهم ترینشان شامل موارد زیر می‌شود:
۱-۱- مگنتیت
می‌توان گفت اصلی‌ترین سنگ آهن، کانی مگنتیت است. فرمول شیمیایی مگنتیت به صورت Fe۳O۴ و یا Feo . Fe۲O۳ می باشد که حاوی ۳۱ درصد FeO و ۶۹ درصد Fe۲O۳ است. مقدار آهن این کانی، ۷۲.۴ (هفتادو دو و چهار دهم) درصد است.
شبکه بلوری مگنتیت به صورت مکعب بوده و رنگ آن سیاه است. انواع سنگ آهن مگنتیتی معمولاً بسیار متراکم و سخت هستند. سختی بلور خالص ۵/۵ تا ۶ در اشل موس و وزن مخصوص آن ۴.۹ (چهار و نه دهم) تا ۵.۲ (پنج و دو دهم) گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
مگنتیت از کلیه کانی‌های طبیعی، خاصیت مغناطیسی بالاتری دارد. تشکیل مگنتیت در طبیعت به محیط احیا کننده نیاز دارد و در محیط های احیا کننده قوی‌تری نسبت به هماتیت تشکیل می‌شود. تشکیل مگنتیت در طبیعت به روش‌های مختلف انجام می‌شود.
۱-۲- هماتیت
فرمول کانی هماتیت به صورت Fe۲O۳ است و به دو صورت بلوری وجود دارد:
- هماتیت α که شکل بلوری آن تری‌گونال است و شکل پایدار بلور را تشکیل می‌دهد.
- هماتیت γ که به صورت بلورهای مکعبی بوده و شکل ناپایدار بلور است.
مقدار آهن در بلور خالص هماتیت ۷۰ درصد می باشد. رنگ سنگ آهن هماتیت خاکستری با زمینه قرمز و پودر آن قرمز رنگ است. سختی هماتیت ۵/۵ تا ۶ در اشل موس و وزن مخصوص بلور ۵ تا ۵/۲ (پنج و دو دهم) گرم بر سانتی‌متر مکعب است. بلورهای هماتیت به طور معمول سخت‌تر از سایر بلورهای اکسیدی آهن هستند. این بلورها خاصیت مغناطیسی کمی دارند.
انواع سنگ آهن هماتیت به صورت‌های متفاوتی در طبیعت وجود دارند. این نوع سنگ آهن در شرایط مختلف تغییرات زمین شناسی تشکیل شده است. هماتیت، یکی از کانی‌های اصلی در تولید آهن و فولاد است. این سنگ آهن در شرایط معینی تبدیل به خاک سرخ می‌شود که در رنگ سازی کاربرد دارد.
۲- کانی های اکسیدی آب دار
کانی‌های اکسیدی آبدار آهن، یکی دیگر از دسته‌بندی‌های انواع سنگ آهن است که به عنوان مواد اولیه آهن و فولاد کاربرد دارد. در این طبقه‌بندی، کانی‌های مختلفی وجود دارد که مهم‌ترین آن‌ها به طور مختصر به صورت زیر است:
۲-۱- گوتیت
فرمول شیمیایی گوتیت (FeO (OH و یا FeO۲H و یا Fe۲O۳ , H۲O است. از نظر ترکیب شیمیایی، حاوی ۸۹.۹ (هشتاد و نو و نه دهم) درصد Fe۲O۳ و ۱۰.۱ (ده و یک دهم) درصد آب می‌باشد. مقدار آهن این کانی، ۶۲.۹ (شصت و دو و نه دهم) درصد است.
از نظر کانی شناسی، گوتیت دارای شکل بلوری اورتورومبیک است. رنگ کانی قهوه‌ای تیره یا سیاه بوده و سختی آن در اشل موس ۴.۵ تا ۵/۵ و وزن مخصوص آن ۴ تا ۴/۴ است. این کانی به طور معمول فاقد خاصیت مغناطیسی است، ولی گاهی نیز خواص مغناطیسی نسبتاً ضعیفی از خود نشان می‌دهد.
گوتیت بیشتر همراه با سولفورهای فلزی و کربنات‌ها در طبیعت دیده می‌شود و در کانسارهای آن معمولاً مقداری گوگرد وجود دارد. کانسارهای گوتیت اغلب رسوبی و نسبتاً جوان هستند. گاهی اوقات کانسارهای گوتیت از اکسایش سیدریت و سیلیکات‌های آهن تشکیل شده‌اند. در اثر حرارت گوتیت، آب تبلور خود را از دست می‌دهد و تبدیل به ذرات کاملاً متخلخل می‌شود که خاصیت احیا پذیری بالایی دارند.
۲-۲- لیمونیت
لیمونیت‌ها نیز اکسیدهای آهن آبدار هستند. فرمول آن‌ها را می‌توان به صورت Fe۲O۳n H۲O نوشت. مقدار آب تبلور در انواع سنگ آهن لیمونیت بیشتر از گوتیت بوده و به طور معمول، حاوی ۱۲ تا ۱۵ درصد آب تبلور است.
رنگ انواع سنگ آهن لیمونیت نسبت به گوتیت روشن‌تر بوده و به رنگ زرد تا قهوه‌ای روشن در طبیعت دیده می‌شوند. وزن مخصوص لیمونیت ۲.۷ تا ۴.۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. سختی این کانی‌ها کاملاً متغیر بوده و از ۱ تا ۴ در اشل موس تغییر می کند.
لیمونیت‌ها انواع مختلفی دارند. اختلاف آن‌ها در مقدار آب تبلور و سختی آن‌ها است و نام‌های مختلفی در نقاط مختلف دارند. مثلاً این کانی‌ها در فرانسه، «مینت» نامیده می‌شوند.
لیمونیت‌ها در اثر حرارت، بی‌آب شده و ذرات کاملاً متخلخل با خاصیت احیاپذیری بسیار عالی را تشکیل می‌دهند و به همین دلیل نیز سنگ‌های معدنی با عیار نسبتاً کم ولی لیمونیتی در صنعت متالورژی آهن مصرف فراوانی دارند.
اکثر معادن اروپای غربی لیمونیتی بوده و سنگ‌های معدنی آن با عیار حدود ۴۰ درصد و کمتر در صنایع متالورژی این کشورها به کار برده می‌شود.
کانسارهای بسیاری در طبیعت وجود دارد که ترکیبی از گوتیت و هماتیت آب دار است و به عنوان کانی‌های لیمونیتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۳- کانی های کربناته | (سیدریت)
فرمول شیمیایی سنگ آهن سیدریت FeCO۳ بوده و حاوی ۴۸.۳ درصد آهن است. وزن مخصوص آن حدود ۳.۹ گرم بر سانتی‌متر مکعب بوده و سختی آن در اشل موس ۳.۵ تا ۴.۵ است. رنگ سنگ آهن سیدریت در حالتی که تازه شکسته شده باشد، زرد متمایل به سفید تا خاکستری و گاهی اوقات قهوه‌ای روشن است. اما در سنگ‌های هوازده، رنگ کانی قهوه‌ای است و جلای شیشه‌ای دارد.
سیدریت در محیط‌های اکسیدکننده، ناپایدار بوده و تبدیل به گوتیت و لیمونیت می‌شود. کانسارهای سیدریت به طور معمول فاقد ناخالصی‌های نامطلوب مانند فسفر و غیره است و درجه حرارت تکلیس * آن‌ها نیز پایین و در حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد قراردارد. پس از تکلیس، کانی، خاصیت احیاپذیری عالی داشته و یک سنگ معدنی مطلوب برای تولید آهن و فولاد است.
* تکلیس: فرآیندی است که در آن موادی مثل خاک‌های معدنی را در دمای نسبتا بالا حرارت می‌دهند تا ترکیبات شیمیایی موجود در مواد تجزیه شود.
انواع سنگ آهن از نظر ترکیب شیمیایی
روش دیگر برای دسته‌بندی انواع سنگ آهن، بررسی ترکیب شیمایی کانی های آهن دار است. ترکیب شیمایی سنگ آهن در کاربرد آن اهمیت زیادی دارد. از این نقطه نظر می‌توان انواع سنگ آهن را به چند دسته زیر تقسیم کرد:
۱- انواع سنگ آهن با فسفر کم که مقدار فسفر آن کمتر از۰.۰۴ درصد است.
۲- انواع سنگ آهن با فسفر متوسط که مقدار فسفر آن ۰.۰۴ تا ۰.۱۸ درصد می‌باشد.
۳- انواع سنگ آهن با فسفر زیاد که مقدار فسفر آن بیش از ۰.۱۸ درصد است.
۴- انواع سنگ سنگ آهن منگنز دار که مقدار منگنز آن ۲ تا ۱۰ درصد می‌باشد.
۵- انواع سنگ سنگ آهن سیلیس‌دار که مقدار سیلیس آن بیش از ۱۵ درصد است.
۶- انواع سنگ آهن آلومین‌دار که آلومین آن بیش از ۵ درصد می‌باشد.
۷- انواع سنگ آهن آهک‌دار که مقدار اکسید کلسیم آن بیش از ۱۵ درصد است.
سخن آخر
مهم‌ترین دسته‌بندی انواع سنگ آهن، از نظر کانی شناسی است که نشان می‌دهد هر نوع سنگ آهن چه ویژگی شیمیایی، ساختار بلوری و ویژگی فیزیکی دارد. با توجه به این دسته‌بندی، مهم‌ترین سنگ آهن‌های قابل استفاده در صنعت فولاد انواع سنگ آهن مگنتیت، هماتیت، گوتیت، لیمونیت و سیدریت می‌باشد.
پی‌نوشت: آمار و اطلاعات این مقاله برگرفته از منبع زیر است.
منبع: «آماده سازی بار کوره‌های تولید آهن و فولاد» – انتشارات دانشگاه تهران – تالیف دکتر ناصر توحیدی و دکتر رامز وقار
