ضرورت استفاده از تکنولوژی‌های جدید در بخش فرآوری و صنایع معدنی

به گزارش می‌متالز، سید محمدرضا برزگری کارشناس فرآوری شرکت سرمایه‌گذاری توسعه معادن و فلزات اظهار داشت: در موضوع سنگ آهن، مگنتیت و هماتیت کانی‌های اصلی این صنعت می‌باشد. زمان زیادی است که در صنعت معدن و فولاد کشور بر روی مگنتیت کار انجام می‌شود؛ چرا که خاصیت مغناطیسی خوبی دارد و روش‌های فرآوری آن سهل‌الوصول است، ولی متاسفانه هماتیت با وجود اینکه محتوای آهن بسیار قابل توجهی دارد در صنعت ایران همیشه مغفول بوده است.

وی افزود: بسیاری از کشور‌های تولیدکننده فولاد از هماتیت به عنوان ماده اولیه‌شان استفاده می‌کنند از جمله؛ استرالیا و هند کشور‌هایی هستند که پایه اولیه صنعت فولادشان هماتیت است. رئیس انجمن سنگ آهن ایران در مصاحبه‌ای در روزنامه دنیای اقتصاد به درستی گفته بودند «در ایران به جای این که برای معادن صنعت بسازیم، برای صنایع‌مان به دنبال معدن می‌گردیم.»، این صحبت دقیقا ماجرای فولاد و هماتیت است.

برزگری بیان کرد: هماتیت یک سنگ بسیار خوش رفتار برای تبدیل‌شدن به فلز آهن است؛ به لحاظ فرآیندی و شیمیایی هم بسیار خوش رفتارتر است و انرژی کم‌تری نیاز دارد، ولی با توجه به این که صنعت فولاد و گندله‌سازی ما گرایش به مگنتیت دارد، هماتیت جزء خرید این صنعت نبوده است؛ به طور مثال فرض می‌کنیم یک کارخانه می‌خواهد از شما گندله سنگ‌آهن خریداری کند، اگر FeO این خاک یا کنسانتره کمتر از ۱۷ باشد، کل سنگ شما ریجکت می‌شود. نکته جالب این است که در فرآیند گندله‌سازی، در ابتدا مگنتیت شما در فرآیند حرارتی به هماتیت تبدیل می‌شود، به این معنا که کنسانتره مگنتیتی که تا ۲۸ درصد FeO داشته باشد وقتی از کوره گندله بیرون می‌آید FeO آن کمتر ۱ درصد است و به هماتیت تبدیل شده است؛ عملا ما هزینه می‌کنیم که در کوره‌های گندله خود مگنتیت را به هماتیت تبدیل کنیم.

به گفته‌ی کارشناس فرآوری «ومعادن» علت استفاده گندله‌سازان از مگنتیت، به دلیل ویژگی‌ها و مشخصات گندله تولیدشده و مقاومت آن است، ولی با توجه به پیشرفت تکنولوژی شاید وقت آن باشد که تجدیدنظری در صنعت داشته باشیم. امروزه بسیاری از تکنولوژی‌های صنعت فولاد، یا از گندله استفاده نمی‌کنند (بویژه تکنولوژی‌های مبتنی بر بستر سیال) و یا اینکه از گندله سبز استفاده می‌کنند.

برزگری با اشاره به ضرورت تحول در صنعت فولاد کشور گفت: در دسامبر ۲۰۲۱، در مقاله‌ای که در دانشگاه Oulu فنلاد به چاپ رسیده بود، سینتیک واکنش مگنتیت و هماتیت در حضور عامل احیاکننده هیدروژن بررسی شده بود. عامل احیا ماده‌ای است که در تبدیل آهن اکسیدی به آهن (خام) نقش دارد و به آن کمک می‌کند. اتفاق جالب این بود که در دمای ۸۵۰ درجه سانتیگراد، درحالی که هماتیت نزدیک به ۹۵ درصد به فرم آهن تبدیل شده است، مگنتیت در بهترین شرایط بازدهی در آن دما، فقط ۷۰ درصد متالیزه می‌شود که این مورد در ۳۰ دقیقه اول است و در ۲۰ دقیقه اول مگنتیت به ۶۰ درصد متالیزه هم نمی‌رسد و بعد از ۲ ساعت درجه متالیزاسیون هردو، به یک میزان می‌رسد. هماتیت به دلیل ساختار کانی‌شناسی و تخلخل ویژه‌ای که دارد رفتار خوبی را در قبال متالیزه شدن از خود نشان می‌دهد، بنابراین ضروری است با توجه به مطالعات صنعتی و حتی آکادمیک صورت گرفته در دهه‌های اخیر، تکنولوژی‌های مورد استفاده در صنایع کشور را بازنگری کنیم.

وی ادامه داد: در حال حاضر صنعت فولاد ما که بر پایه کوره بلند و احیای مستقیم به روش میدرکس است، منجر به ایجاد آلودگی ناشی از دی اکسید کربن می‌شود. هر واحد فولادسازی که پایه آن کوره بلند باشد، نیاز به کک با مشخصات ویژه دارد. تمامی کوره بلند‌های ما نیاز به کک باکیفیت دارند. ما در تامین ماده اولیه این واحد‌های کک‌سازی که اصطلاحاً به آن‌ها باطری‌های تامین کک می‌گویند، محدودیت داریم. از سوی دیگر فرآیند کک‌سازی به شدت آلاینده است. همچنین ما در تامین مگنتیت مورد نیاز صنایع فولاد خود نیز دچار مشکل شده‌ایم. در حال حاضر خبر‌ها مبنی بر این است که برای رسیدن به طرح جامع ۵۵ میلیون تن فولاد، در تأمین سنگ‌آهن مگنتیت مورد نیاز نگرانی وجود دارد؛ در‌صورتی‌که چشم‌انداز ما فولاد است نه مگنتیت، به این معنا که با هماتیت هم می‌شود بخشی از این هدف را محقق نمود.

وی افزود: متاسفانه ما به کار‌های راحت عادت کرده‌ایم، فرآوری هماتیت کمی از مگنتیت سخت‌تر است، در مگنتیت با چند مرحله دانه‌بندی، خردایش و جدایش مغناطیسی به راحتی به کنسانتره خیلی خوب می‌رسید (در ایران متاسفانه خیلی‌ها عیار ۲۰ مگنتیت را به عنوان باطله قلمداد می‌کنند و زیر ۲۰ را به عنوان باطله می‌فرستند). در حال حاضر چین از عیار کمتر از ۲۰ هم مگنتیت استخراج می‌کند.

برزگری با بیان اینکه ما ذخایر مگنتیت‌مان را هدر داده و اسراف می‌کنیم، عنوان کرد: فرآوری هماتیت کمی سخت‌تر است و نیاز به ملاحظات مهندسی بیشتری دارد. روش‌های زیادی هم پیش از این داشته است؛ قبلا روش‌های ثقلی مانند، جیگ، میز لرزان و اسپیرال استفاده می‌شد و در زمانی، روش گران‌قیمت فلوتاسیون برای هماتیت مصرف می‌شد که با توجه به تکنولوژی که در حال حاضر آمده است، فقط برای حذف گوگرد و فسفر از آن استفاده می‌شود.

وی ادامه داد: در حال حاضر چین تکنولوژی فرآوری هماتیت را ساخته است و به اندازه‌ای این تکنولوژی مورد تایید قراره گرفته که یک شرکت مهندسی بین‌المللی پتنت آن را خریداری کرده است. در یک مقطعی حتی تکنولوژی آلمانی فرآوری هماتیت به ایران آمده بود؛ زمانی که در دوران برجام مرز‌های کشور باز بود، امکان تعامل با دنیا و ارتباط با شرکت‌های مهندسی و سازنده‌های برتر بین‌المللی میسر بود و به راحتی می‌توانستیم فرآوری هماتیت را با پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های بروز انجام دهیم.

کارشناس فرآوری «ومعادن» در ادامه گفت: صنایع فولاد ما هم به شدت می‌تواند در این زمینه خوب و دقیق انتخاب شود، اگر فولادسازی به روش کوره بلند را کنار بگذاریم، ما معمولا ۴ دسته اصلی به علاوه یک سری روش‌های جدید داریم. کوره‌های فولادی یا بر مبنای کوره‌های شفت (Shaft Furnace) و یا کوره‌های دوار (Rotary Kiln) هستند. یک سری کوره‌ها بر مبنای آتش‌دان دوار (Rotary Hearth) بوده و دسته آخر بستر سیال (Fluidized Bed) هستند که همه این روش‌ها منهای کوره بلند به دو دسته کلی تقسیم می‌شود؛ روش احیا مستقیم DRI یا روش احیا ذوب SR. به طور کلی روش‌هایی که بر مبنای بستر سیال هستند به راحتی برای تولید فولاد از هماتیت بدون نیاز به گندله قابل استفاده خواهند بود. امروزه حتی عامل احیا نیز تغییر یافته و با لحاظ پارامتر‌های زیست محیطی، استفاده از گاز هیدروژن در صنایع فولاد به عنوان گاز احیایی در کانون توجهات قرار گرفته است.

وی با اشاره به روش میدرکس در صنایع فولاد کشور عنوان کرد: در حال حاضر در کشور تکنولوژی میدرکس استفاده می‌شود که پرکاربردترین واحد احیا مستقیم در ایران است که بر پایه گاز طبیعی می‌باشد. روش میدرکس هم بر پایه گندله است، این روش محدودیتی ندارد و گندله در فرآیند پخت به هماتیت تبدیل می‌شود. حال با این پرسش‌ها مواجه هستیم که با توجه به اینکه تکنولوژی‌های جدیدی در سطح بین‌المللی صنعتی شده‌اند، با طرح‌های فولادی موجودمان چه کاری انجام دهیم؟ با واحد‌های فولادی کوره بلندمان و واحد‌های میدرکس چه کار کنیم؟ طبیعتاً اگر روش‌ها به درستی انتخاب شوند و ریسک سرمایه‌گذاری پذیرفته شود، هیچ مشکلی پیش نمی‌آید. حتی اگر نخواهیم واحد جدیدی را از ابتدا بسازیم، می‌توانیم واحد‌های فعلی‌مان را بهینه کنیم و با حفظ واحد‌های قبلی خود از روش‌های چندگانه استفاده کنیم. به راحتی می‌توان یک روش فاینکس Finex، کورکس Corex یا هایزملت Hismelt را کنار واحد قدیمی مستقر کرد، از گاز خروجی فرآیند کورکس یا از گاز خروجی فرآیند هایزملت می‌توان به عنوان عامل احیا در میدرکس استفاده کرد که در این صورت مصرف گاز طبیعی در روش میدرکس به حداقل خواهد رسید.

برزگری همچنین گفت: در حال حاضر می‌توان از فاینکس به عنوان یکی از روش‌های تجاری که می‌تواند صد درصد جایگزین کوره بلند بشود نام برد؛ این روش فرآیندی است که نیاز به کک ندارد؛ بنابراین نیازمند به نوع خاصی از زغال نیستیم. همچنین نیاز به گندله ندارد؛ بنابراین انتشار آلودگی از واحد‌های گندله‌سازی را نیز نداریم. روش فاینکس می‌تواند برای روش ذخایر کم عیار هم استفاده شود. مهم‌تر این که بر روش‌های فاینکس و کورکس و سایر روش‌هایی که از سال ۱۹۸۰ به بعد طراحی می‌شوند امکان نصب واحد‌های کربن کپچر وجود دارد.

وی اضافه کرد: تکنولوژی دیگری نیز در سال ۱۹۸۰ به نام ITmk۳ توسط کوبلکو Kobelco معرفی شد که با توجه به ظرفیت عملیاتی آن، حتی ایمیدرو هم می‌تواند در کنار طرح احیا معادن کوچک مقیاس از آن استفاده نماید. این تکنولوژی بر مبنای آتشدان دوار است که از سنگ‌آهن مگنتیت یا هماتیت همراه با عامل احیاکننده که زغال غیرکک‌شو است به صورت گندله سبز (بدون فرآیند پخت نهایی) استفاده می‌نماید و عملاً نیازی به کک ندارد. محصول تولیدی ناگت آهن است که حمل‌و‌نقل آن بسیار آسان است. همچنین به دلیل ویژگی‌های این فرآیند، می‌تواند در مکان‌های مختلف راه‌اندازی شود.

کارشناس فرآوری «ومعادن» با اشاره به اینکه بر اساس تعهداتمان در معاهده پاریس، صنایع کشور تا ۲۰۳۰ باید میزان انتشار دی اکسید کربن شان را حداقل ۵۰ درصد کاهش دهند، افزود: برای واحد‌های فولادی دو مورد الزامی است که شامل جذب کربن و ایجاد کاربری برای آن است (carbon capture and storage (CCS) carbon capture and utilization (CCU))، بنابراین ما مجبور هستیم به این سمت برویم. انرژی فوت پرینت Energy Footprint و واتر فوت پرینت Water Footprint و سی او تو فوت پرینت CO۲ Footprint سه ردپایی هستند که از چند سال دیگر رسماً مورد ارزیابی قرار گرفته و برای هر محصولی که بخواهد خرید و فروش بشود به عنوان مشخصات و شناسنامه محصول ذکر خواهد شد.

برزگری بر استفاده از تکنولوژی‌های جدید در بخش فرآوری و صنایع معدنی تاکید کرد و گفت: تکنولوژی برای پیش فرآوری هماتیت وجود دارد، تکنولوژی برای تولید آهن از هماتیت و انواع سنگ‌های معدنی نیز وجود دارد و جدید هم نیست و در مقیاس تجاری هم راه‌اندازی شده است. این موضوع نیازمند مدیریت پیشرو است که ریسک تغییر را بپذیرد. به این ترتیب با اصلاح واحد‌های فعلی با تکنولوژی‌های جدید و با راه‌اندازی واحد‌های جدیدتر ما هم می‌توانیم به سمت تولید فولاد سبز برویم و ذخایر هماتیتی در ایران نیز به استفاده و بهره‌وری برسد.

منبع: سرمایه گذاری توسعه معادن و فلزات