بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش فرآوري حرارتی خاکههاي هماتیتی کم عیار در کوره بستر سیال زغال سنگ سوز، مورد بررسی قرار گرفت. کوره بستر سیال امکان استفاده از ذرات ریز را که در سایر روشها، نظیر جدایش ثقلی امکانپذیر نیست، فراهم میکند. تاثیر درجه حرارت، اندازه دانه و زمان ماند در کوره بستر سیال تعیین شد. بر اساس نتایج با افزایش دما تا 810œC درصد وزنی Fe3O4 در محصول نهایی افزایش مییابد و درصد آهن موجود در فاز مگنتیت به %32 میرسد.
این در حالی است که در بازه دمایی 610œC تا 810œC با افزایش دما، با توجه به تامین گاز احیایی از زغال سنگ، نسبت CO/CO2 در ترکیب گازي کاهش مییابد. در دماي ثابت با تغییر اندازه دانه مشاهده شد که با کاهش اندازه دانه، درصد احیا افزایش یافته که این مقدار در اندازه دانه 150 میکرون نسبت به اندازه دانههاي 200 و 250 بیشتر است. همچنین با تغییر ارتفاع موثر بستر سیال اثر تغییر زمان ماند در راکتور بررسی و مشخص شد که در دماي 810œC و دبی هوا به میزان 600 L/min با افزایش ارتفاع موثر بستر تا 15 cm، درجه احیا افزایش مییابد.
مقدمه
عدم توسعه تکنولوژيهاي مناسب براي فرآوري ذرات ریز، موجب گردیده تا حجم بسیار زیادي از باطلههاي هماتیتی تولید و انباشته شوند. بر اساس آمار، به ازاي تولید هریک تن کنسانتره آهن، 2/5 تا 3 تن باطله تولید میگردد .[1] صرفه اقتصادي بالا در معادن روباز، امکان استفاده از منابع عیار پایین را فراهم میکند و موجب افزایش بیشتر باطلهها میشود .[2] در حال حاضر در معادن هماتیتی مختلف ذرات ریز با اندازه کوچکتر از 5 mm انبار شده و بدون استفاده میمانند. چرا که استفاده از آنها براي تولید گندله و تغذیه براي کوره بلند صرفه اقتصادي ندارد .[3] این باطلهها خود یکی از مهمترین مشکلات زیست محیطی هستند
با وجود این که پیش بینی شده ذخایر موجود تا 30 سال آینده و یا بیشتر در دسترس خواهندبود، در حال حاضر شرایط اقتصادي از یک سو و کاهش ذخایر قابل استحصال از سوي دیگر، موجب شدهاست که باطلههاي هماتیتی به عنوان مهمترین منابع ثانویه مورد توجه بسیاري از کشورها قرار گرفته و استخراج از باطلههاي هماتیتی موجود را امکانپذیر میکند
در ایران سالانه 44/5 میل یون تن سنگ آهن هماتیتی تولید می گردد. جدایش ثقلی به عنوان معمولترین روش جدایش هماتیت از گانگ [9]، داراي محدودیت براي ابعاد ذرات است. همچنین با توجه به مصرف بالاي آب در این روش و کمبود منابع آب در ایران و همچنین کاهش بازدهی فرآیند جداسازي در صورت بازیابی آب دفع شده [2]، استفاده از این روش محدودتر میشود. جدایش مغناطیسی یکی از روشهایی است که میتوان براي جداسازي ذرات ریز،با استفاده از یک مرحله احیاي هماتیت به مگنتیت، استفاده نمود. خاصیت مغناطیسی ذرات این اجازه را خواهدداد که بازیافت شده و مورد استفاده قرار گیرند. از جمله روشهاي قابل استفاده میتوان به راکتور بستر سیال نیز اشاره کرد
در حال حاضر، احیاي ناقص بر اساس تکنولوژي بستر سیال به رقابتیترین تکنولوژي موجود در صنعت آهن سازي تبدیل شدهاست 12]و.[11 قابلیت استفاده در معادن کوچک با حجم و ظرفیت پایین و بازده بالاي راکتور بستر سیال در احیاي ناقص با استفاده از زغال سنگ حرارتی با اکتیویته بالا [13]، و همچنین تولید 3 میلیون تنی زغال سنگ عیار پایین و غیر کک شو در ایران [14]، تاکیدي بر اهمیت کاربردي این روش است. با این وجود بیشتر مطالعات صورت گرفته مربوط به ذرات درشت است [15] و توجه چندانی به احیاي گازي ذرات ریز آهن به ویژه پارامترهاي موثر بر آن نگریدهاست. زیرا این ذرات به عنوان ماده اولیه در کوره بلند استفاده میشوند و اندازه ذرات مورد استفاده در کوره بلند باید بیش از 8 mm باشد. از جمله عوامل موثر بر فرآیند میتوان به اندازه دانه ذرات، دما و زمان ماند اشاره کرد.
در این پژوهش، مطالعه احیاي ناقص باطله کم عیار هماتیت به مگنتیت در راکتور بستر سیال مد نظر قرار گرفت. براي اولین بار در ایران، راکتور بستر سیال در دانشگاه صنعتی شریف با قابلیت تامین گاز احیایی از زغال سنگ و شرایط کاري دما بالا، با ظرفیت 100 Kg در روز، توسط مولفان طراحی و ساختهشد. در این راکتور گاز احیایی توسط زغال سنگ حرارتی تامین شده و عوامل موثر بر واکنش، شامل اندازه دانه، دما و ارتفاع موثر بستر سیال براي تغییر زمان ماند قابل تغییر هستند.
مواد و روش تحقیق
در این پژوهش از کنسانتره هماتیتی برگشتی معدن گلگهر سیرجان واقع در استان کرمان استفادهشد. که ترکیب آن در جدول 1 نشان داده شدهاست. گاز احیایی با استفاده از گازساز زغال سنگ در دماها و ترکیبات متفاوت براي آزمایشهاي لازم به کار بردهشد. زغال سنگ مورد استفاده در این پژوهش از نوع حرارتی بوده و از معادن آبیک تامین شدهاست. ترکیبات تشکیل دهنده زغال سنگ مورد استفاده در جدول 2 قابل مشاهدهاست.
واکنش احیاي ناقص پودر در کوره بستر سیال، مطابق با شکل 1 صورت میگیرد. پودر هماتیتی توسط فیدرهاي تعبیه شده وارد راکتور بستر سیال میشود. گاز احیایی که توسط گازساز زغال سنگ تولید میشود در دماي ثابت و به صورت پایدار وارد راکتور شده، با پودر در حالت سیال واکنش میدهد و پودر ثانویه از راکتور خارج میگردد. در نهایت براي توقف و خنک سازي سیستم گاز N2 به سیستم تزریق میگردد.
راکتور مورد استفاده، براي اولین بار در ایران و در دانشکده مهندسی و علم مواد دانشگاه صنعتی شریف طراحی و ساختهشد. دما، ترکیب گاز، اندازه دانه و ارتفاع موثر بستر در کوره قابل تغییر هستند. در این راکتور براي اولین بار براي تغییر زمان ماند و بررسی اثر آن از تغییر ارتفاع موثر بستر استفاده شد. با افزایش ارتفاع موثر بستر، ذرات فاصله بیشتري را براي خروج از بستر طی میکنند و مدت زمان حضور ذرات در سیال بالاتر میرود. جهت ارزیابی و آگاهی از ترکیب شیمیایی محصول فرآوري شده، آنالیزهاي شیمیایی، در سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور انجام گردید.
