صنعت فولاد

امروزه آهن و فولاد، یکی از اساسی‌ترین پایه‌های فعالیت‌های اقتصادی و صنعتی هر کشور را تشکیل می‌دهند و این به سبب نیاز مبرمی است که انسان برای پیشبرد مقاصد خود در زندگی دارد. با بررسی کارآیی این مواد حیاتی، می‌توان به نقش سازنده آنها پی‌ برد؛ زیرا علاوه بر کاربرد آنها در امر ساختمان‌سازی، پل‌سازی و...، این مواد از عناصر اساسی در صنایع اتوموبیل‌‌سازی، کشتی‌سازی و لوکوموتیوسازی به‌شمار می‌روند و بصورت آلیاژهای مختلف، اساس تکنولوژی ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهند. از این رو، با توجه به نقش اساسی و حیاتی كه فولاد بویژه آهن در زندگی بشر امروز ایفا می‌كند، در این شماره، در ادامه سلسله گزارش‌ها با موضوع �نگاهی به معدن و معدنكاری در ایران�، وضعیت سنگ‌آهن موجود در ایران و جهان را مورد بررسی قرار می‌دهیم: ویژگی‌های فلز آهن نام آهن (Iron) از واژه آنگلاساکسون ( iron & iren) به معنی فلز مقدس گرفته شده و نماد Fe از واژه لاتین (Ferrum) به معنای آهن اقتباس شده است. این عنصر،‌ یکی از رایج‌ترین عناصر زمین است که تقریبا 5 درصد پوسته زمین را تشکیل می‌دهد و دهمین عنصر فراوان در جهان به‌شمار می‌رود. آهن فلزی است اصلی به رنگ سیاه یا خاکستری و بیش از 300 کانی آهن در طبیعت یافت می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارتند از: منیتیت Fe3O4، هماتیت Fe2O3، گوتیت FeOOH، لیمونیت Fe2O3.nH2O، سیدریت FeCO3، شاموزیت FeSiO4، مارتیت و ماگهمیت. سنگ معدن‌هایی که آهن از آن استخراج می‌شود نیز بیشتر بصورت اکسیدهای آهن، مانند مگنتیت یا هماتیت هستند که با 2 تا 20 درصد ناخالصی همراهند. این ناخالصی‌ها در کوره از آهن جدا می‌شوند. تاریخچه فلز آهن نخستین نشانه‌های تاریخی استفاده از آهن به زمان سومریان و مصریان بازمی‌گردد. براین اساس، بشر تقریبا 4000 سال قبل از میلاد، با آهن کشف‌شده از شهاب‌سنگ‌ها، اقلام کوچکی مثل سر نیزه و زیورآلات می‌ساخته است. تعداد فزاینده‌ای از اشیای ساخته شده با آهن مذاب در بین‌النهرین، آسیای صغیر و مصر كه در عصر حاضر از هزاره دوم تا سوم قبل از میلاد كشف شده‌اند، نیز حاكی از آن است كه در این دوران، ظاهرا تنها در تشریفات از آهن استفاده می‌شد و آهن فلزی گرانبها و حتی با ارزش‌تر از طلا محسوب می‌شد. براساس اعلام باستان‌شناسان، انسان در آغاز از آهن طبیعی که بصورت سنگ معدن آهن با درجات خلوص متفاوت حاصل می‌شد، استفاده می‌کرده است. بر این اساس، انسا‌ن‌های پیشین، آهن خالص‌تر را از شهاب‌سنگ‌ها به‌دست می‌آوردند و استفاده از آهن خالص، حدود 1300 سال پیش از میلاد امکان‌پذیر شد. حدس باستان‌شناسان بر آن است كه بشر به‌طور تصادفی، بر اثر حرارت ‌دادن زیاد صخره‌های کانی با استفاده از زغال‌سنگ، آهن خالص به‌دست آورده است. در چین نیز نخستین‌‌بار از آهن شهاب‌سنگی استفاده شد. حدود 550 قبل از میلاد در چین، به سبب پیشرفت زیاد تکنولوژی کوره، قابلیت تولید آهن جدیدی بوجود آمد. ساخت کوره‌های بلندی که توانایی حرارت‌های بالا را داشت، موجب تولید آهن خام یا چدن توسط چینی‌ها شد. از قرن 10 تا 12 در خاورمیانه، جابه‌جایی سریع در تبدیل ابزار و سلاح‌های برنزی به آهنی صورت گرفت. این دوره جابه‌جایی که در زمان‌ها و مناطق مختلفی از جهان روی داد، دوره‌ای از تمدن به نام �عصر آهن� را رقم زد. همزمان با جایگزینی آهن به‌جای برنز، فرآیند کربوریزاسیون کشف شد. در این فرآیند، با افزودن كربن به آهن موجود، آهن را بصورت اسفنجی که مخلوطی از آهن و سرباره به همراه مقداری کربن یا کاربید است، بازیافت می‌کردند. سپس با جدا كردن سرباره آن و اكسیده كردن محتوی کربن، آهن نرم تولید می‌شد. در همین زمان،‌ توسعه چدن در اروپا عقب افتاده بود، چون کوره‌های ذوب در اروپا توانایی كمی داشتند. تعدادی از قالب‌گیری‌های آهن در اروپا بین سال‌های 1150 و 1350 بعد از میلاد در دو منطقه در سوئد انجام شد. خلاصه آنكه،‌ استخراج آهن از ترکیب‌های طبیعی، به مرور زمان تکامل یافت تا اینکه نخستین کوره استخراج آهن به سبک امروزی، موسوم به �کوره کانالانی�، ابداع شد و امروزه نیز واحدهای بزرگ استخراج و ذوب ‌آهن و فولاد با ظرفیت‌های بالا، تقریبا با تكامل همان كوره‌ها احداث شده است. هم‌اكنون سنگ‌آهن همچنان ماده اولیه اصلی روش کوره بلند برای تولید چدن در جهان است. علاوه بر روش کوره بلند، در سال‌های گذشته روش‌های جدیدی نیز به‌کار گرفته شده که با گندله سنگ‌آهن، نرمه و کنسانتره در کوره‌های قوسی و LFS تغذیه می‌شوند. در دهه‌های اخیر چند روش دیگر تولید چدن نیز ابداع شده است. گرچه کاربرد این روش‌ها در ‌آینده گسترده‌تر خواهد شد، اما هنوز کاربرد کوره بلند بیشترین سهم را دارد، زیرا فرآیند کوره بلند هم در حال تحول و بازنگری بوده و به‌دلیل اصلاحاتی در طراحی و ابداع در تجهیزات مهندسی آن توان رقابتی بالایی دارد. یكی از این روش‌ها، روش احیای مستقیم است که نیازی به انرژی زیاد دارد. در این روش،‌ سنگ‌آهن، بوسیله عوامل احیا کننده جامد یا گازی احیا شده و با توجه به مقدار کربن موجود در آهن، این عنصر بصورت چدن و فولاد عرضه می‌شود. آهن اسفنجی نیز از احیای مستقیم سنگ‌آهن به‌دست می‌آید كه عیار آن بین 84 تا 95 درصد است. برای تولید آهن اسفنجی، احیا موجب حذف یا از بین‌رفتن اكسیژن در سنگ‌آهن شده و سنگ را به‌صورت اسفنجی شكلی درمی‌آورد كه معمولا آن را به شكل كلوخه یا گندله‌ای شكل نیز تولید می‌كنند. نقش آهن در عصر حاضر در عصر كنونی، کاربرد آهن از دیگر فلزات بیشتر است و 95 درصد فلزات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهد. قیمت ارزان و مقاومت بالای ترکیب آهن، استفاده از آن را بویژه در اتوموبیل‌‌ها، بدنه کشتی‌های بزرگ و ساختمان‌ها اجتناب‌ناپذیر می‌کند. �فولاد� معروف‌ترین آلیاژ آهن است و پس از آن، �آهن خام� (با 4 تا 5 درصد كربن و مقادیر متفاوتی ناخالصی از قبیل گوگرد، سیلیکون و فسفر)، �چدن� (شامل 2 تا 5/3 درصد کربن و مقدار کمی منگنز)، �فولاد کربن� (شامل 5/0 تا 5/1 درصد کربن و مقادیر کمی منگنز، گوگرد، فسفر و سیلیکون)، �آهن ورزیده� یا �آهن نرم� (با کمتر از 5/0 درصد كربن)، �فولادهای آلیاژی� (حاوی مقادیر متفاوتی کربن و همراه با فلزات دیگر مانند کروم، وانادیم، مولیبدن، نیکل و تنگستن) و �اکسیدهای آهن� كه عموما در ساخت ذخیره مغناطیسی در کامپیوتر كاربرد دارند؛ از دیگر گونه‌های آهن به‌شمار می‌روند. منابع آهن در جهان با توجه به جایگاه ویژه فولاد در اقتصاد و صنعت هر کشور، آهن بعنوان کالای استراتژیک و یکی از فاکتورهای مورد توجه در زمینه شاخص توسعه‌‌یافتگی کشورهای جهان به‌شمار آمده و سرمایه‌گذاری‌های مختلفی در زمینه توسعه این صنعت صورت گرفته است. تولید فولاد در نیم قرن گذشته دستخوش تغییر و تحولات زیادی شده است. اگرچه آهن بعنوان قدیمی‌ترین فلز به‌کار گرفته شده توسط بشر شناخته می‌شود، اما هنوز روش‌های جدید برای استخراج و بهبود کیفیت این محصول قابل بررسی است. هم‌اكنون استخراج سنگ‌آهن در 48 کشور صورت می‌گیرد كه چین، برزیل، استرالیا، روسیه و هند با تولید 70 درصد سنگ‌آهن جهان، 5 کشور عمده تولیدکننده آهن محسوب می‌شوند. در این حال، سازمان مطالعات زمین‌شناسی آمریكا، چین، برزیل، استرالیا، هند، روسیه، اوكراین و ایالات متحده را بعنوان 7 كشور عمده تولید سنگ‌آهن معرفی كرده كه 85 درصد از كل تولید جهانی این ماده معدنی را برعهده دارند و 3 شركت بزرگ بین‌المللی "C.V.R.D" برزیلی، ریوتینتوی انگلیسی ـ استرالیایی و بی‌اچ‌پی بیلیتون استرالیایی نیز كه توانسته‌اند 37 درصد از سهم جهانی سنگ‌آهن را در اختیار بگیرند، بعنوان 3 غول صنعت سنگ‌آهن جهان معرفی شده‌اند. منابع آهن در ایران عمده کانسارهای سنگ‌آهن كشف شده در ایران، به انواع ماگمایی، دگرسانی ـ گرمابی، رسوبی ـ گرمابی،‌ رسوبی و دگرگونی تقسیم می‌شوند. تاكنون مجموع ذخایر و منابع سنگ‌آهن در ایران که اکتشاف تفصیلی آنها به پایان رسیده حدود 3/4 میلیارد تن برآورد شده است. کانی‌های آهن تشکیل‌دهنده کانسارهای آهن ایران بیشتر از نوع کانی‌های اکسید (منتیت و هماتیت) بوده و روی سایر ترکیبات آهن فعالیتی صورت نگرفته است. در سال گذشته، 9/34 میلیون تن سنگ‌آهن از 99 معدن فعال سنگ‌آهن کشور استخراج شده است. از 112 معدن سنگ‌آهن موجود در کشور كه 105 معدن سنگ‌آهن متعلق به بخش خصوصی و تعاونی و 7 معدن در دست بخش دولتی است؛ هم‌اكنون 13 معدن غیرفعال است. میزان ذخایر قطعی معادن فعال بیش از 2 میلیارد و 355 میلیون تن گزارش شده كه عمدتا در استان‌های خراسان‌رضوی،‌ اصفهان،‌ زنجان،‌ سمنان،‌ فارس، كرمان،‌ مركزی،‌ هرمزگان، یزد و كردستان واقع شده‌اند. کانسارهای آهن ایران کانسارهای سنگ‌آهن در تمام سطح کشور وجود داشته و قابل رویت هستند، اما فقط تعداد محدودی از آنها مورد ارزیابی و اکتشاف قرار گرفته‌اند. نتایج عملیات اکتشافی و مطالعات انجام شده حاکی از آن است که محدوده مناطق آهن‌دار ایران به 4 زون تفکیک می‌شود که عبارتند از: زون همدان ـ اصفهان ـ کرمان (كه مهم‌ترین کانسار این زون، معادن گل‌گهر سیرجان در استان کرمان است)؛ زون زنجان ـ سمنان ـ خراسان (كه بزرگ‌ترین کانسار این زون، معادن سنگ‌آهن سنگان در استان خراسان است)؛ زون انارک ـ بافق ـ یزد ـ کرمان (كه مهم‌ترین کانسار این زون، معادن چغارت و چادرملو است) و زون حوزه خلیج فارس بوشهر ـ بندرعباس ـ زاهدان؛ علاوه بر این‌ها،‌ کانسارهای پراکنده‌ای نیز در نواحی ملایر، کاشان،‌ نائین و ... كشف شده‌اند. ـ گل‌گهر: معدن سنگ‌آهن گل‌گهر در 55 كیلومتری جنوب غرب سیرجان قرار دارد. پیشینه تاریخی استخراج این معدن با توجه به مداركی كه به‌دست آمده حداقل به 900 سال پیش می‌رسد. این ناحیه معدنی، در سال 1348 مورد شناسایی قرار گرفت. در این ناحیه، شامل 6 ذخیره سنگ‌آهن، پتانسیل‌های بالایی از سنگ‌آهن با عیار مناسب و ذخیره قابل توجه شناسایی شده است. با توجه به مطالعات ژئوفیزیکی اولیه، مجموع ذخایر 6‌گانه گل‌گهر بیش از یك میلیارد و 135 میلیون تن تخمین زده شده که با توجه به مطالعات اکتشافی انجام شده اخیر، ذخایر موجود بیش از این مقدار نیز برآورد می‌شود. ـ سنگان: این کانسار در 250 کیلومتری جنوب‌شرقی مشهد و 18 کیلومتری شمال‌شرقی سنگان قرار دارد. در این معدن کانسارهای آهن را به دو تیپ تقسیم کرده‌اند كه میانگین عیار تیپ یك، 53 درصد و تیپ دو، کمی بیش از 33 درصد است. معادن سنگ‌آهن سنگان برای نخستین‌بار حدود ۶۰۰ سال پیش با عنوان معادن سنگ‌آهن خواف معرفی و عملیات اكتشافات اولیه آن حدفاصل سال‌های ۱۳۵۰ تا ۱۳۵۸ انجام شد. نتایج مطالعات انجام شده حاکی از آن است که ذخیره زمین‌شناسی این معدن حدود ۲/۱ میلیارد تن برآورد می‌شود. ـ چغارت: عملیات اکتشافی معدن سنگ‌آهن چغارت در 133 کیلومتری جنوب‌شرقی یزد و 13 کیلومتری شمال‌شرقی بافق هم در تیر 1340 صورت گرفت و عملیات اکتشافی تکمیلی آن نیز در سال 1354 با ذخیره‌ای معادل 216 میلیون تن پایان یافت. بهره‌برداری از این معدن که نخستین معدن سنگ‌آهن ایران محسوب می‌شود، از سال 1350 توسط شرکت سنگ‌آهن مرکزی ایران آغاز شده است. ـ چادرملو: معدن سنگ‌آهن چادرملو در قلب کویر مرکزی ایران، در جنوب ساغند، 180 کیلومتری شمالی‌شرقی یزد و 300 کیلومتری جنوب طبس قرار گرفته است. این معدن در سال 1319 شناسایی و از سال 1342 اكتشاف آن آغاز شد. ذخیره این معدن 400 میلیون تن، ذخیره قابل استخراج آن 320 میلیون تن، ‌عمر این معدن با توجه به ظرفیت تولید فعلی 50 سال و مجموع محصول نهایی تولیدی معدن چادرملو 200 میلیون تن اعلام شده است. نكته پایانی هم‌اكنون از ذخایر سنگ‌آهن کشور، سالانه تنها 7/0 درصد به استخراج می‌رسد. با توجه به اینكه براساس سند چشم‌انداز 20 ساله، ایران در سال 1404 به تولید 55 میلیون تن فولاد خام دست خواهد یافت، تا آن سال، دست‌کم باید 90 میلیون تن سنگ‌آهن در سال به تولید برسد كه دستیابی به این هدف، عزم جدی، توجه ویژه، برنامه‌ریزی مناسب و در یك كلام، �همت و تلاش مضاعف� مسئولان و متولیان امر را می‌طلبد.