جنبه فنی و اقتصادی تغلیظ و گندله سازی

[XMEHRDADX 7,514]

 

مقدمه

هندوستان بزرگترين توليدكننده آهن اسفنجي در جهان است. كل ظرفيت ناخالص اين كشور حدود 30 ميليون تن در سال است كه تقريبا 80 درصد آن توسط واحدهاي زغالي بهره‌برداري مي‌شوند.

 

به‌زودي 12 ميليون تن ديگر به ظرفيت اين واحدهاي زغالي افزوده خواهد شد. براي توليد اين ميزان آهن اسفنجي مورد نياز به 50 ميليون تن سنگ‌آهن مرغوب نياز است كه به‌دليل مصرف بالاي آن توليدكنندگان بالاجبار به عيار پايين‌تر سنگ‌آهن يعني 63ـ62 درصد روي آورده‌اند.

 

استفاده از سنگ‌آهن با عيار پايين هزينه توليد را بالا بوده و در نتيجه توليد مواد زائد آن نيز افزايش يافته و از راندمان كوره ذوب كاسته است و در نهايت مصرف انرژي نيز به ازاي توليد هر تن فولاد مذاب افزايش يافته است.

 

با توجه به رشد بي‌سابقه تقاضاي فولاد هند و چين، تقاضا براي سنگ‌آهن مرغوب روزانه افزايش يافته و از ذخاير معدني آن با سرعت بيشتري كاسته شده و در نتيجه نياز به واحدهاي تغليظ و آگلومراسيون لحظه به لحظه افزوده مي‌شود. روش‌هاي مختلف تغليظ و به‌دنبال آن آگلومراسيون، جنبه فني اقتصادي آن و روش بهينه تبديل مواد اوليه به مواد تغذيه‌اي در هند در اين مقاله مطرح شده است.

 

 

تغليظ‌كننده‌ها

 

هدف از تغليظ سنگ‌آهن رسيدن به يك كيفيت و عيار لازم براي تغذيه كوره است.

 

اين فرآيند براي انواع مواد تغذيه‌اي طراحي مي‌‌شود كه پس از انجام تست‌هاي متعددي به‌دست مي‌آيد. بنابراين هزينه كارخانه و تجهيزات با توجه به نيازها متغير خواهد بود. بايد اقتصادي‌‌ترين كارخانه را انتخاب كرد كه بتواند مواد تغذيه‌اي متفاوتي را مصرف كرده تا پس زدن آن حداقل باشد.

 

به‌طور در طي آتشباري و عمليات سايزبندي سنگ‌آهن 35 درصد نرمه (fines) توليد مي‌شود و 15 درصد تا 25 درصد لجن در واحد شست‌وشو ايجاد مي‌كند. لجن در سد باطله به‌عنوان مواد باطله تهديدي است براي محيط‌زيست. سنگ‌آهن نرمه معمولا ماهيتا لاتريتيك (Lateritic) بوده و از نظر كاني‌شناسي هماتيت و goethite است. سنگ‌آهن و لجن حدودا داراي 58 درصد آهن، مقدار بالايي آلومينا (بالاي 8 درصد) و سيليكا (8 درصد) است. معمولا از نظر كيفي عيار سنگ‌آهن براي تغذيه اكثر كارخانه‌ها 64 درصد آهن است. افزايش يك درصد عيار سنگ تغذيه 2 درصد بهره‌وري چدن مذاب را افزايش داده و نياز به كك را تا 8/1 درصد در كوره‌بلند كاهش مي‌دهد. يك مطالعه موردي در خصوص نحوه فرآيند تغليظ سنگ‌هاي باطله در استان اوريسا هند به‌شرح زير انجام شده است.

 

 

شست‌وشو و سايزبندي

 

اندازه سنگ‌آهن خام 30ـ0 ميليمتر و داراي مقدار زيادي خاك رس چسبنده است كه به آن چسبيده است. اين سنگ‌هاي باطله نياز به يك سري پيش عمليات براي حذف رس (مواد معدني باطله) چسبيده به بدنه آن را دارد. اين كار از طريق شست‌وشو انجام مي‌شود. مشكل بتوان براي شست‌وشو در زماني كه روش پراكندگي و ته‌نشيني (dispersion-cum-settling) به‌كار گرفته مي‌شود و از عوامل فعال سطحي استفاده مي‌شود آب معمولي مصرف كرد. تجهيزات استفاده شده براي شست‌وشوي سنگ‌آهن شامل دستگاه‌هاي رده‌بندي، دستگاه شست‌وشوي Log، دستگاه شست‌وشوي بشكه‌اي و دستگاه شست‌وشوي غربالي هستند. در حالي كنوني از دستگاه شست‌وشوي غربالي استفاده مي‌شود.

 

مواد تغذيه شونده به غربالي با مشخصات 30ـ0 ميليمتر ريخته مي‌شود و سايز بزرگ 15+ ميليمتري توسط يك آسياب مخروطي به ذرات 15ـ0 ميليمتري خرد مي‌شود. سپس اندازه 15ـ0 ميليمتري به يك دستگاه رده‌بندي اسپيرال تغذيه مي‌شود تا به ذرات 21/-0 ميليمتري به‌عنوان لجن سرريز تبديل شود. اين لجن‌ها به يك تغليظ‌كننده با درجه بالا پمپ مي‌شود تا آب گردشي آن بازيافت شود.

 

پس از آن خروجي دستگاه رده‌بندي‌كننده به يك غربال ريخته مي‌شود تا ذرات 5/1 ميليمتري آن را جدا كند. اندازه‌هاي سرزير 15ـ5/1 ميليمتري از غربال به يك جيگ (Jig) ضرباني هوايي ريخته مي شود تا عيار سنگ از طريق جداسازي ثقلي افزايش پيدا كند. سنگ‌آهن با سنگيني بالاتر ته‌نشين شده و به يك غربال خشك با 5 ميليمتر اندازه ريخته مي‌شود تا كنسانتره‌اي 5ـ5/1 ميليمتري و 15ـ5 ميليمتري توليد كند.

 

ذراتي به ابعاد 5/1ـ21/0 ميليمتري به حوضچه قبل از صاف شدن ريخته شده و سرريز حوضچه به تعدادي هيدروسيلكون پمپ مي‌شود. آب سرريز هيدروسيكلون به يك جيگ ريخته مي‌شود و لجن غليظ رسوب كرده به يك غربال لجن با فركانس بالا تغذيه مي‌شود تا ذرات ريز آن جدا شده و آب آن بازيافت گردد. اين ذرات ريز مجددا نسبت به وزن خود به يك تغليظ‌كننده با درجه بالا ريخته مي‌شود. لجن قبل از تصفيه كه در زير رسوب كرده است به يك رده‌بندي‌كننده اسپيرال با سرعت آهسته (sssc) ريخته مي‌شود تا آب نرمه كمتر شود.

 

سنگ گريد 15ـ5/1 ميليمتري تا 55+ درصد آهن به 63 درصد آهن با كل بازيافت 43 درصدي بهبود مي‌يابد. بازيافت 15ـ5 ميليمتري 33 درصد و 5ـ5/1 ميليمتري 10 درصد است.

 

 

آسياب و جداسازي مغناطيسي نرمه‌ها

 

اندازه تغذيه كمتر از 5 ميليمتري را نمي‌توان در كوره آهن اسفنجي و كوره بلند استفاده كرد. بنابراين نرمه‌هاي 5ـ ميليمتري وارد مرحله آسياب مقدماتي مي‌شود تا اندازه آن به 5/0ـ ميليمتر كاهش پيدا كند.

 

اين محصول 5/0 ميليمتري مجددا به يك جداساز مغناطيسي‌تر با شدت بالا (WHIMS) تغذيه مي‌شود تا با فرآيند بعدي نرمه سنگ‌آهن با عيار 65 درصد به‌دست آيد.

 

اين محصولات با عيار بالا پس از عبور از WHIMS براي آسياب نهايي و براي تهيه كنسانتره گندله با شكل هندسي مورد نظر آماده مي‌شود. WHIMS مي‌تواند مواد معدني مانند هماتيت را كه از نظر مغناطيسي ضعيف بوده را جدا كرده و حتي تغذيه آن بسيار ريز است.

 

اين آسياب توسط آسياب توپي يا آسياب صفحه‌اي (Rod Mill) يا توسط پرس غلطكي (Roller Press) انجام مي‌شود. مواد پس‌زده توسط دستگاه تغليظ‌كننده جدا شده و بيرون ريخته مي‌شود. با كشف يا ابداع تكنولوژي تغليظ‌كننده خميري سطح لازم براي رفع لجن كاهش يافته و بازيافت آب در گردش به حداكثر مي‌رسد.

 

هزينه سرمايه‌اي توليد يك واحد تغليظ 5 ميليون تني تقريبا 152 كرور روپيه خواهد بود كه سهم تجهيزات و ماشين‌آلات از اين مبلغ 90 كرور روپيه است.

 

 

گندله‌سازي

 

گندله‌سازي نوعي فرآيند آگلومراسيون است كه مواد معدني پودر شده توسط چسب به‌صورت توپ‌هاي كوچكي درمي‌آيد. گندله‌سازي يك تكنولوژي رايجي است كه محصولات آن در توليد آهن اسفنجي و نيز توليد فولاد در كوره بلند استفاده مي‌شود. در اين فرآيند از پودر سنگ‌آهن به‌صورت اقتصادي استفاده مي‌شود. توليد گندله توسط يك ديسك يا غلتك صورت مي‌پذيرد كه پودر سنگ‌آهن توسط چسب بنتونيت و سنگ‌ آهك (گدازنده) درهم غلت خورده و تا حدي نيز آب بدان اضافه مي‌شود. سپس اين گلوله‌هاي سبز خشك مي‌شوند، پيش گرم شده و در شرايط گرمايي و آتمسفر اكسيداسيون سخت مي‌شوند و سپس به‌دقت خنك مي‌شوند تا تركي در آنها ايجاد نشود.

 

مشكل اين فرآيند سخت كردن گندله‌ها از طريق گرمادهي است تا بتوان به حداقل استحكام 30 كيلوگرم براي هر گندله برسد. شرايط گرمايي 130ـ120 كيلوكالري بر هر كيلوگرم است. منابع گرمايي مي‌تواند نفت و گاز يا زغال‌سنگ وارداتي كم خاكستر باشد. ميزان درجه حرارت لازم براي مقاوم‌سازي 1300 درجه بوده و براي اقتصادي بودن اين فرآيند بايد از سوخت مناسبي استفاده كرد.

 

سه نوع تكنولوژي براي مقاومت گرمايي به‌كار گرفته مي‌شود كه يكي تكنولوژي كوره شافتي، آسياب نوساني يا فرآيند آسياب مستقيم (straight grate process) فرآيند كوره آسيابي (grate-kiln process) هستند. كوره شافتي براي گندله‌هاي مغناطيسي متناسب‌تر است و هزينه سوخت براي ايجاد سختي‌ گرمايي افزايش مي‌يابد. مزيت عمده آن كنترل زون‌ها يا قسمت‌هاي حرارتي مختلف است كه مي‌توان به رژيم‌هاي لازم دست يافت.

 

آسياب سايشي نوساني نوع تكامل يافته ماشين آگلومراسيون (Sintering) است كه براي خشك كردن، پيش گرمايي آتش‌زني (Firing) و خنك كردن گندله در يك واحد تنها مناسب است و داراي مناطق حرارتي مجزاي واحد و كنترل درجه حرارت مختلف براي انواع سنگ‌ها است. متداول‌ترين فرآيند كوره آسيابي

(grate-kiln) است.

 

خشك كردن، پيش گرمايي و اكسيداسيون در واگن يا اتاقك آسياب انجام مي‌شود. گندله‌ها در كوره چرخشي شعله‌ور مي‌شوند. گندله‌هاي گرم در خنك‌كننده گردشي يا خنك‌كننده استوانه‌اي خنك مي‌شود.

 

هواي گرم از تجهيزات مختلف براي كاهش هزينه‌ها مجددا استفاده مي‌شود. با توجه به اينكه واحدهاي حرارتي از هم جدا هستند كنترل حرارتي كوره آسيابي آسان است. معمولا گندله‌سازي‌ها از گاز كوره بلند به‌عنوان سوخت اصلي استفاده مي‌كنند و كنسانتره به‌صورت تراز كارخانه گندله‌سازي به كارخانه فولادسازي حمل مي‌شود.

 

در حال حاضر واحدهاي گندله‌سازي را در نزديكي معادن مي‌سازند تا از خاكستر روغن و زغال به‌جاي گاز كوره بلند استفاده شود.

 

چين توانسته است با موفقيت تكنولوژي زغال كم خاكستر (كمتر از 12 درصد) را ابداع كرده و آن را در كوره آسيابي آتش مي‌زنند.

 

طراحي‌هاي واحدهاي گندله‌سازي استاندارد داراي ظرفيت‌هاي بالاتري است اما نياز روز به واحدهاي كوچكتر است، طراحي مدول‌هاي جديد كوچكتر كه امروزه ساخته شده‌اند داراي ظرفيت‌هاي 3/0، 6/0 و 2/1 ميليون تن در سال هستند.

 

 

نتيجه

 

هند فقط 9 درصد ذخيره سنگ‌آهن جهان را در اختيار دارد و در حال حاضر سنگ‌آهن نرمه نامرغوب خود را صادر مي‌كند و در آينده خود واردكننده سنگ‌آهن مرغوب خواهد بود و آينده صنعت فولاد اين كشور بستگي به شرايط احداث واحدهاي تغليظ و آگلومراسيون و واحدهاي گندله‌سازي در آن دارد.

 

مترجم: علي غفوري

منبع: Worldsteel

نشریه معدن و توسعه 265