فناوری برشته کردن مغناطیسی

بندانگشتی|نمودار مکانیسم برشته کردن مغناطیسی

**فناوری برشته‌کاری مغناطیسی** به فرآیند گرم کردن مواد یا سنگ‌های معدنی تحت شرایط جوی خاص برای ایجاد واکنش‌های شیمیایی اشاره دارد.  این فرآیند به طور انتخابی کانی‌های آهن با خاصیت مغناطیسی ضعیف مانند هماتیت ( Fe2O3 )، سیدریت ( FeCO3 ) و لیمونیت ( Fe2O3 · nH2O ) را به مگنتیت ( Fe3O4 ) یا ماگمیت (γ- Fe2O3 ) با خاصیت مغناطیسی قوی تبدیل می‌کند، در حالی که خواص مغناطیسی کانی‌های باطله تقریباً بدون تغییر باقی می‌ماند. 

با افزایش مصنوعی اختلاف مغناطیسی بین اکسیدهای آهن و کانی‌های باطله از طریق برشته‌کاری مغناطیسی، گزینش‌پذیری سنگ آهن بهبود می‌یابد و آن را به مؤثرترین روش برای جداسازی سنگ‌های آهن نسوز تبدیل می‌کند. علاوه بر این، فرآیند برشته‌کاری می‌تواند ناخالصی‌های مضر مانند آب کریستالی، گوگرد و آرسنیک را از سنگ معدن حذف کند، ساختار سنگ معدن را سست کند و راندمان آسیاب بعدی را افزایش دهد. 

محققان در زمینه فرآوری مواد معدنی از اوایل قرن بیستم در حال توسعه فناوری برشته‌سازی مغناطیسی برای سنگ آهن بوده‌اند. بسته به نوع راکتور مورد استفاده، برشته‌سازی مغناطیسی را می‌توان به برشته‌سازی در کوره شفتی، برشته‌سازی در کوره دوار ، برشته‌سازی در بستر سیال و برشته‌سازی در مایکروویو طبقه‌بندی کرد. 

## انواع
بندانگشتی|برشته کردن مغناطیسی با کوره شفتی

### برشته کاری مغناطیسی کوره شفتی
برشته کردن مغناطیسی کوره شفت یک فرآیند متالورژیکی است که عمدتاً برای فرآوری سنگ آهن استفاده می‌شود، به طوری که در یک محیط با دمای بالا، اکسیدهای آهن (مانند هماتیت، لیمونیت و غیره) با واکنش با عوامل کاهنده (مانند زغال سنگ، کک یا گاز)، به کانی‌های آهن مغناطیسی (عمدتاً مگنتیت) احیا می‌شوند. این فرآیند معمولاً در کوره عمودی انجام می‌شود، بار تحت اثر گرانش از بالا به پایین، از طریق گرمایش لایه به لایه و واکنش احیا، انجام می‌شود و در نهایت سنگ آهن مغناطیسی به دست می‌آید تا عملکرد جداسازی مغناطیسی آن بهبود یابد و فرآیند غنی‌سازی و ذوب بعدی تسهیل شود.

مراحل اصلی برشته کردن مغناطیسی در کوره شفت عبارتند از: **آماده‌سازی بار:** سنگ آهن را با عامل کاهنده به نسبت مشخصی مخلوط کنید. **گرمایش:** بار از بالای کوره شفت اضافه شده و لایه به لایه گرم می‌شود تا به دمای برشته شدن (معمولاً بین ۷۰۰ درجه سانتیگراد) برسد.&nbsp;درجه سانتیگراد و ۹۰۰&nbsp;°C). **واکنش احیا:** اکسید آهن موجود در سنگ معدن با عامل احیاکننده واکنش می‌دهد و به کانی‌های آهن مغناطیسی (مانند مگنتیت) احیا می‌شود. **خنک‌سازی و تخلیه:** ماده تفت داده شده خنک شده و از پایین کوره شفت تخلیه می‌شود. 

### برشته کردن مغناطیسی در کوره دوار
برشته کردن مغناطیسی در کوره دوار به منظور کاهش اکسیدهای آهن (مانند هماتیت، لیمونیت و غیره) در سنگ معدن به کانی‌های آهن مغناطیسی (عمدتاً مگنتیت) با واکنش سنگ آهن حاوی سنگ آهن با عوامل کاهنده (مانند زغال سنگ، کک یا گاز طبیعی) در یک کوره دوار با دمای بالا انجام می‌شود. این فرآیند به بهبود عملکرد جداسازی مغناطیسی سنگ آهن و تسهیل عملیات فرآوری و ذوب بعدی کمک می‌کند.   .
بندانگشتی|برشته کردن مغناطیسی در کوره دوار

مراحل اصلی برشته‌کاری مغناطیسی در کوره دوار عبارتند از: **آماده‌سازی مواد اولیه:** سنگ آهن را با مقدار مناسبی از عامل کاهنده مخلوط کنید و در صورت لزوم برای بهبود اثر برشته‌کاری، چسب اضافه کنید. خوراک: مخلوط به طور یکنواخت از طریق دستگاه خوراک‌دهی به سر کوره کوره دوار وارد می‌شود. **برشته‌کاری:** کوره دوار در دماهای بالا (معمولاً بین ۷۰۰ درجه سانتیگراد) می‌چرخد.&nbsp;درجه سانتیگراد و ۹۰۰&nbsp;درجه سانتیگراد) و مواد به طور مداوم در کوره، در تماس کامل با اتمسفر کاهنده، غلتانده شده و به جلو حرکت داده می‌شوند، به طوری که اکسید آهن به کانی‌های آهن مغناطیسی (مانند مگنتیت) کاهش می‌یابد. **خنک‌سازی و تخلیه:** مواد کلسینه شده توسط یک سیستم خنک‌کننده (مانند کوره خنک‌کننده یا سیلندر خنک‌کننده) خنک شده و از انتهای کوره دوار تخلیه می‌شوند. 

### برشته‌کاری مغناطیسی بستر سیال
برشته‌کاری مغناطیسی بستر سیال، استفاده از دستگاه برشته‌کاری سوسپانسیونی برای مخلوط کردن کامل و تماس سنگ معدن ریز با عوامل کاهنده (مانند زغال سنگ پودر شده، گاز طبیعی و غیره) در محیط با دمای بالا است، به طوری که اکسیدهای آهن موجود در سنگ معدن (مانند هماتیت، لیمونیت و غیره) به کانی‌های آهن مغناطیسی (عمدتاً مگنتیت) کاهیده می‌شوند و در نتیجه عملکرد جداسازی مغناطیسی سنگ معدن بهبود یافته و عملیات فرآوری و ذوب بعدی تسهیل می‌شود.
بندانگشتی|برشته‌کاری مغناطیسی بستر سیال

مراحل اصلی برشته‌کاری مغناطیسی معلق عبارتند از: **آماده‌سازی مواد اولیه:** پودر سنگ آهن را با عامل کاهنده مخلوط کنید، در صورت لزوم برای بهبود اثر برشته‌کاری، عامل کمکی اضافه کنید. **برشته‌کاری:** مواد مخلوط شده در کوره پخت توسط جریان هوا و در دماهای بالا (معمولاً بین ۷۰۰ درجه سانتیگراد) به حالت تعلیق در می‌آیند.&nbsp;درجه سانتیگراد و ۹۰۰&nbsp;درجه سانتیگراد)، ماده کاملاً با گاز احیاکننده در تماس است و واکنش احیا برای تبدیل اکسید آهن به کانی‌های آهن مغناطیسی انجام می‌شود. **خنک‌سازی و جمع‌آوری:** ماده تفت داده شده توسط یک سیستم خنک‌کننده خنک شده و توسط تجهیزاتی مانند سیکلون یا کیسه پارچه‌ای جمع‌آوری می‌شود. 

### برشته کردن مغناطیسی با مایکروویو
برشته کردن مغناطیسی با مایکروویو از مایکروویو به عنوان منبع انرژی برای کاهش اکسیدهای آهن (مانند هماتیت، لیمونیت و غیره) در سنگ آهن به کانی‌های آهن مغناطیسی (عمدتاً مگنتیت) استفاده می‌کند. در این فرآیند، سنگ معدن به سرعت گرم می‌شود، به طوری که واکنش کاهش در مدت زمان کوتاهی تکمیل می‌شود، به طوری که عملکرد جداسازی مغناطیسی سنگ معدن بهبود می‌یابد و عملیات غنی‌سازی و ذوب بعدی تسهیل می‌شود.   

مراحل اصلی برشته‌کاری مغناطیسی مایکروویو شامل موارد زیر است: **آماده‌سازی مواد اولیه:** پودر سنگ آهن را با عامل کاهنده (مانند تونر، پودر زغال سنگ و غیره) به طور یکنواخت مخلوط کنید. **گرم کردن با مایکروویو:** مخلوط در اجاق مایکروویو قرار داده شده و توسط تابش مایکروویو گرم می‌شود. انرژی مایکروویو مستقیماً روی ماده عمل می‌کند تا آن را به سرعت تا دمای برشته‌کاری مورد نظر (معمولاً بین ۵۰۰ درجه سانتیگراد) گرم کند.&nbsp;درجه سانتیگراد و ۹۰۰&nbsp;°C). **واکنش کاهش:** در دماهای بالا، اکسیدهای آهن و عوامل کاهش‌دهنده، واکنش کاهشی را برای تولید کانی‌های آهن مغناطیسی (مانند مگنتیت) انجام می‌دهند. **خنک‌سازی و جمع‌آوری:** ماده‌ی برشته‌شده توسط یک سیستم خنک‌کننده خنک شده و برای تصفیه جمع‌آوری می‌شود 

## روش برشته کردن مغناطیسی
روش‌های رایج برشته‌کاری مغناطیسی را می‌توان به برشته‌کاری احیایی، برشته‌کاری خنثی، برشته‌کاری اکسیداسیونی، برشته‌کاری اکسایش-کاهشی و برشته‌کاری اکسیداسیون-کاهشی تقسیم کرد. 

## برشته‌کاری کاهشی
پس از حرارت دادن تا دمای معین، هماتیت، لیمونیت و سنگ آهن-منگنز را می‌توان با واکنش با مقدار مناسبی از عامل کاهنده به مگنتیت مغناطیسی قوی تبدیل کرد. عوامل کاهنده‌ای که معمولاً استفاده می‌شوند عبارتند از C، CO، H2 و غیره. واکنش هماتیت با عامل کاهنده به شرح زیر است: 

: 3 Fe2O3 + C -> 2 Fe3O4 +  CO
: 3 Fe2O3 + CO ->  2Fe3O4 +  CO2
: 3 Fe2O3 + H2 -> 2 Fe3O4 +  H2O

## برشته کردن خنثی
سنگ‌های آهن کربناته مانند سیدریت، منیزیت ، مگنزیت و سیدریت منیزیم را می‌توان پس از حرارت دادن تا دمای معینی (300 تا 400 درجه سانتیگراد) بدون هوا یا با تزریق مقدار کمی هوا، تجزیه کرد و مگنتیت تولید کرد. واکنش شیمیایی به شرح زیر است: 

: 3 FeCO3 ->  Fe3O4 + 2 CO2 + CO 
: 3 FeCO3 + CO -> 2 Fe3O4 + CO2 

## برشته کردن با اکسیداسیون
پیریت برای مدت کوتاهی در اکسیژن اکسید می‌شود تا به پیریت تبدیل شود. اگر زمان برشته شدن بسیار طولانی باشد، پیریت می‌تواند به واکنش ادامه داده و به مگنتیت تبدیل شود. واکنش شیمیایی به شرح زیر است. 

: 7 FeS2 + 6 CO ->  Fe7S8 + 6 SO2 
: 3 Fe7S8 + 38 O2 -> 7 Fe3O4 + 24 SO2 

## برشته‌کاری اکسایش-کاهش
سنگ آهن حاوی سیدریت، هماتیت یا لیمونیت، هنگامی که نسبت سیدریت به هماتیت کمتر از 1 باشد، سیدریت تا حدی در جو اکسید کننده به هماتیت اکسید می‌شود و سپس در جو احیا کننده به همراه هماتیت اصلی موجود در سنگ معدن به مگنتیت احیا می‌شود. 

**برشته‌کاری با اکسیداسیون کاهشی:** مگنتیت تولید شده توسط برشته‌کاری مغناطیسی سنگ آهن‌های مختلف، می‌تواند در صورت سرد شدن تا دمای زیر ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد، به هماتیت مغناطیسی قوی اکسید شود.&nbsp;°C در اتمسفر بدون اکسیژن و سپس در تماس با هوا. واکنش شیمیایی به شرح زیر است: 

3 Fe3O4 + O2 -> 6 Fe2O3  

## جستارهای وابسته

* آهن
* واکنش شیمیایی
* برشته‌کاری (متالورژی)
* جداسازی مغناطیسی
* کوره دوار

## منابع

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر

رده:فرایندهای متالورژی