مقدمه

در سال 2023، ارزش بازار جهانی سیلیکو منگنز به 28.33 میلیارد دلار رسید و انتظار می‌رود با نرخ رشد سالانه مرکب  (CAGR) حدود 9٪ به رشد خود ادامه دهد. این بازار تا سال 2027 احتمالاً به 38.35 میلیارد دلار خواهد رسید، که عمدتاً به دلیل افزایش تقاضا برای محصولات فولادی است. سیلیکو منگنز جزء حیاتی در تولید فولاد، به‌ویژه فولادهای کربنی، آلیاژی و منگنز دار است.

هر دوی فرومنگنز پرکربن (HC FeMn) و فروسیلیکومنگنز استاندارد از طریق فرآیندهای کربنی مواد اولیه اکسیدی در کوره‌های قوس الکتریکی (SAF)  تولید می‌شوند. فروسیلیکومنگنز استاندارد، که حاوی 18 تا 20 درصد سیلیسیم و 70 درصد منگنز به ازای وزن است، معمولاً از مواد اولیه‌ای مانند سنگ معدن منگنز، کوارتز یا کوارتزیت، تکه‌های بازیافت شده یا سرباره‌های کم‌کیفیت تر از فرآیند تولید فرومنگنز پرکربن و کک به دست می‌آید.

عنصر کلیدی در تولید فروسیلیکومنگنز، سنگ معدن منگنز است. بنابراین، انتخاب نوع مناسب سنگ معدن برای اطمینان از کارایی و کیفیت محصول نهایی بسیار مهم است.

انواع سنگ معدن منگنز

مغنیسا. [ م َ ] (معرب ، اِ) گلی باشد سیاه رنگ و آن را از کوه کاشان آورند و آن به مرقشیشا مانند بود. و بعضی گویند سنگی است الوان و بسیار سست و نرم که شیشه گران به کار برند و آن را سنگ سلیمانی گویند و به گچ رنگ شهرت دارد. (برهان )(آنندراج ). 

این توصیفی است که در صفحه ویکیپدیای فارسی در خصوص منگنز آورده شده است. در ادامه می نویسد:
و آن پنج نوع می‌باشد، یکی سیاه و یکی مایل به سیاهی و دیگری سرخ و یکی سفید و یکی بیرون زرد اندرون سرخ . 

انواع کانی منگنز

1. پیرولوزیت (MnO2)

کانی های منگنز دارای فرمولهای شیمیایی و ترکیبات متفاوتی می باشند اما کانی پیرولوزیت  (MnO2)یکی از منابع اصلی منگنز است و کانی های گانگ همراه آن معمولا هماتیت و گوتیت, کوارتز, کلسیت, باریت و کانی های سیلیکاته است.  پیرولوزیت از کلمات یونانی Pur بمعنای آتش و lusis  به مفهوم تجزیه گرفته شده ‌است. پیروسیلیت یک ماده معدنی سیاه تا خاکستری فلزی با درخشندگی فلزی است. اغلب به صورت شکل‌های دندریتی، دانه‌ای یا توده‌ای یافت می‌شود .جزء اصلی آن دی‌اکسید منگنز (MnO2) است و ممکن است دارای ناخالصی‌هایی مانند آهن، سیلیکا و آلومینا باشد. پیروسیلیت معمولاً در رگه‌های هیدروترمال، سنگ‌های دگرگونی و به عنوان ماده معدنی ثانویه در منطقه هوادهی ذخایر منگنز یافت می‌شود. ذخایر عمده در کشورهایی مانند برزیل، هند، چین و آفریقای جنوبی قرار دارند.

2. منگانیت (MnO(OH))

مگنیت یا منگانیت دارای فرمول شیمیایی MnO(OH) است. این کانی یک اکسید-هیدروکسید منگنز است. مگنیت در سیستم بلوری مونوکلینیک متبلور می‌شود و اغلب به صورت بلورهای منشوری و کشیده با شیارهای موازی با طول خود تشکیل می‌شود. مگنیت معمولاً در رگه‌های هیدروترمال، رسوبات رسوبی و به عنوان یک کانی ثانویه در محیط‌های غنی از منگنز یافت می‌شود. مکان‌های مهم شامل ایلفلد آلمان، میشیگان ایالات متحده، کورنوال انگلستان و مناطقی از برزیل می باشد. مگنیت دارای محتوای نسبتاً بالای منگنز است که آن را به منبعی ارزشمند برای کاربردهای صنعتی تبدیل می‌کند. همچنین حضور هیدروکسید در مگنیت به فرآیند تصفیه برای تولید منگنز با خلوص بالا کمک می‌کند.

3. براونیت (Mn2+Mn3+6SiO12)

براونیت دارای فرمول شیمیایی Mn2+(Mn63+​SiO12​) است. این کانی شامل منگنز دو ظرفیتی و سه ظرفیتی به همراه دی‌اکسید سیلیکون است. براونیت معمولاً در رسوبات دگرگونی و هیدروترمال یافت می‌شود. رسوبات مهم در مناطقی مانند آفریقای جنوبی (میدان منگنز کالاهاری)، هند، برزیل، روسیه استخراج می­گردند. براونیت به عنوان منبع اصلی منگنز در تولید فروآلیاژها عمل می‌کند. محتوای منگنز در براونیت به تشکیل سرباره غنی از منگنز کمک می‌کند که در فرآیند آلیاژسازی برای تولید فروسیلیکو منگنز ضروری است.

4. هاوسمانیت  (Mn3O4)

هاوسمانیت با فرمول شیمیایی Mn₃O₄ یک ماده معدنی اکسید منگنز است که نقش مهمی در کاربردهای صنعتی مختلف ایفا می‌کند. هاوسمانیت دارای ساختار اسپینل نرمال است که با چیدمان یون‌های منگنز در حالت‌های اکسیداسیون مختلف، به‌ویژه Mn²⁺ و Mn³⁺ مشخص می‌شود. این ساختار منحصر به فرد بر واکنش‌پذیری و پایداری شیمیایی آن تأثیر می‌گذارد. این ماده معدنی معمولاً در رگه‌های هیدروترمال دمای بالا و در نواحی متامورفیک یافت می‌شود. مکان‌های معروفی که هاوسمانیت در آنجا استخراج می‌شود شامل ایلمناو در آلمان، لانگبان در سوئد و بیتسویل در آرکانزاس، ایالات متحده است.

5.  ردوکروسیت  (MnCO3)

ردوکروسیت یک ماده معدنی کربنات منگنز با فرمول MnCO₃ است. این ماده معمولاً در محیط‌های رسوبی یافت می‌شود و به خاطرمحتوای منگنز آن به رنگ صورتی و قرمزش شناخته می شود. ردوکروسیت غالباً از تغییر مواد معدنی حاوی منگنز دیگر تشکیل می‌شود و می‌تواند در رگ‌های هیدروترمال یا به عنوان یک ماده ثانویه در ذخایر منگنز یافت می شود.
ردوکروسیت عمدتاً در تولید آلیاژهای منگنز برای ساخت فولاد استفاده می‌شود. همچنین در ساخت رنگدانه‌ها، سرامیک‌ها و به عنوان سنگ قیمتی در جواهرسازی به خاطر رنگ و الگوهای جذابش مورد استفاده قرار می‌گیرد. ذخایر قابل توجهی از ردوکروسیت در مکان‌هایی مانند آرژانتین (استان سن لوئیس)، ایالات متحده (کلرادو) و چندین مکان در آفریقای جنوبی و چین یافت می‌شود. این ماده می‌تواند با سایر مواد معدنی منگنز مانند پیروزیست و هاوسمانیت مرتبط باشد.

معیارهای انتخاب کانی منگنز مناسب

• خلوص و ترکیب شیمیایی

خلوص سنگ معدن منگنز نقش اساسی در تولید فروسیلیکومنگنز با کیفیت بالا دارد.

    • محتوای منگنز: هرچه محتوای منگنز بیشتر باشد، کیفیت آلیاژ نهایی بالاتر بوده و نرخ بازیابی منگنز افزایش می‌یابد.
    • سیلیس (SiO₂): میزان بالای سیلیس در سنگ معدن می‌تواند به تشکیل سرباره‌های نامطلوب منجر شود که باعث کاهش بهره‌وری و افزایش هزینه‌های تولید می‌شود.
    • فسفر (P): فسفر به عنوان یکی از ناخالصی‌های اصلی، در صورت تجاوز از یک حد معین، می‌تواند موجب تردی محصول نهایی فولاد شود. بنابراین، سنگ معدن با فسفر کم برای تضمین کیفیت آلیاژ نهایی بسیار حائز اهمیت است.
  • تأثیر بر تولید فروسیلیکومنگنز: سنگ معدنی با محتوای بالای منگنز و مقدار کم سیلیس و فسفر، منجر به تولیدی بهینه‌تر و آلیاژی با کیفیت بالاتر می‌شود.

• مقدار آهن

میزان آهن در سنگ معدن منگنز بر فرآیند احیا و ترکیب آلیاژ تأثیر می‌گذارد.

    • آهن (Fe): حضور مقداری آهن در سنگ معدن برای تولید آلیاژ فروسیلیکومنگنز ضروری است. اما وجود آهن بیش از حد، می‌تواند باعث کاهش محتوای منگنز در محصول نهایی شود که برای آلیاژهای با کیفیت بالا مطلوب نیست.
    • نسبت Fe/Mn: نسبت آهن به منگنز باید به گونه‌ای تنظیم شود که تولید آلیاژ بهینه شده و محتوای منگنز بیش از حد کاهش نیابد.
    • تأثیر بر تولید فروسیلیکومنگنز: سنگ‌های معدنی با میزان آهن کنترل‌شده، به بهینه‌سازی فرآیند تولید و حفظ ترکیب مناسب آلیاژ کمک می‌کنند.

• محتوای رطوبت

محتوای رطوبت می‌تواند بر حمل‌ونقل و فرآیند ذوب سنگ معدن تأثیر بگذارد.

    • سنگ خشک در مقابل سنگ مرطوب: سنگ‌های معدنی با محتوای رطوبت بالا نیاز به انرژی بیشتری برای خشک کردن قبل از فرآیند ذوب دارند که هزینه‌های تولید را افزایش می‌دهد.
    • حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی: رطوبت بالا ممکن است مشکلاتی مانند چسبندگی و کاهش کیفیت سنگ در حین حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی ایجاد کند و بهره‌وری فرآیند ذوب را کاهش دهد.
    • تأثیر بر ذوب: نوسانات در میزان رطوبت می‌تواند منجر به تغییرات فرآیندی و کاهش کیفیت آلیاژ نهایی شود.
    • تأثیر بر تولید فروسیلیکومنگنز: محتوای رطوبت پایین و ثابت برای اطمینان از فرآوری یکنواخت و کاهش هزینه‌های انرژی بسیار مطلوب است.

فرآیند استخراج و آماده‌سازی کانی منگنز

1.        استخراج سنگ معدن منگنز

  • روش‌های استخراج: سنگ‌های منگنز از طریق روش‌های مختلفی استخراج می‌شوند که بسته به نوع و محل قرارگیری ذخایر ممکن است متفاوت باشد. دو روش اصلی استخراج عبارتند از:
    • استخراج سطحی (Open-pit mining): این روش برای ذخایر نزدیک به سطح زمین استفاده می‌شود و یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای استخراج منگنز است. در این روش، ابتدا لایه‌های بالایی زمین برداشته شده و سنگ معدن استخراج می‌شود.
    • استخراج زیرزمینی (Underground mining): در صورتی که ذخایر منگنز در عمق زیادی قرار داشته باشند، از تونل‌ها و معادن زیرزمینی برای استخراج استفاده می‌شود. این روش معمولاً هزینه‌برتر و پیچیده‌تر است.
  • ماشین‌آلات و تجهیزات: تجهیزات سنگین مانند بولدوزرها، بیل‌های مکانیکی و کامیون‌های بزرگ برای جابجایی سنگ‌های معدن استفاده می‌شوند.

2.        خردایش و سرند کردن

  • پس از استخراج، سنگ معدن منگنز باید به اندازه‌های مناسب خرد شود تا آماده فرآوری شود.
  • خردایش اولیه: سنگ معدن از معادن به دستگاه‌های سنگ‌شکن منتقل شده و به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شود.
  • سرند کردن: پس از خردایش، سنگ‌ها با استفاده از سرندها بر اساس اندازه‌های مختلف جدا می‌شوند. این مرحله برای جداسازی مواد با سایز مناسب جهت فرآوری‌های بعدی اهمیت دارد.

3.        فرآیند جداسازی و غنی‌سازی

  • سنگ معدن منگنز پس از خردایش به منظور حذف ناخالصی‌ها و افزایش درصد منگنز خالص، تحت فرآیندهای غنی‌سازی قرار می‌گیرد. این مرحله شامل روش‌های زیر است:
    • جداسازی ثقلی (Gravity separation): این روش بر اساس تفاوت وزن مخصوص مواد مختلف عمل می‌کند. مواد سبک‌تر و سنگین‌تر از هم جدا می‌شوند تا خلوص سنگ افزایش یابد.
    • جداسازی مغناطیسی (Magnetic separation): سنگ منگنز دارای خواص مغناطیسی است، بنابراین از دستگاه‌های جداسازی مغناطیسی برای جدا کردن مواد نامطلوب مانند هماتیت یا گوتیت استفاده می‌شود.
    • فلوتاسیون (Flotation): برای برخی سنگ‌های منگنز که دارای ناخالصی‌های سیلیکاتی یا کربناتی هستند، از فرآیند فلوتاسیون برای جداسازی و غنی‌سازی استفاده می‌شود.

4.       خشک‌سازی و آماده‌سازی نهایی

  • خشک کردن: پس از جداسازی، سنگ‌های منگنز باید به طور کامل خشک شوند تا برای فرآوری نهایی و یا انتقال به کوره‌های قوس الکتریکی آماده باشند.
  • ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل: سنگ منگنز آماده شده معمولاً به صورت خشک در انبارهای مخصوص ذخیره‌سازی می‌شود و سپس به کارخانه‌های تولید فروسیلیکومنگنز منتقل می‌گردد.

نتیجه‌گیری

در این مقاله، به بررسی اهمیت انتخاب صحیح کانی منگنز برای تولید فروسیلیکومنگنز پرداختیم. با توجه به رشد سریع بازار سیلیکو منگنز و تأثیر آن بر کیفیت و بهره‌وری تولید، می‌توان گفت که خلوص و ترکیب شیمیایی کانی منگنز نقش حیاتی در کیفیت نهایی آلیاژها دارند. به‌ویژه، محتوای بالای منگنز و مقادیر کنترل‌شده سیلیس و فسفر از عوامل کلیدی هستند که بر عملکرد نهایی آلیاژ تأثیر می‌گذارند. همچنین، میزان آهن و محتوای رطوبت در سنگ معدن، به‌طور مستقیم بر فرآیند تولید و کیفیت محصول نهایی تأثیر دارند.

توصیه‌ها

  • توجه به خلوص و ترکیب شیمیایی: تولیدکنندگان باید از کانی‌های منگنز با خلوص بالا و ترکیب بهینه استفاده کنند تا کیفیت آلیاژهای نهایی خود را تضمین کنند.
  • مدیریت محتوای آهن: نسبت مناسب آهن به منگنز را در سنگ معدن رعایت کرده و از وجود آهن بیش از حد جلوگیری کنید تا کیفیت محصول نهایی کاهش نیابد.
  • کنترل رطوبت: توجه به محتوای رطوبت سنگ معدن و استفاده از روش‌های مناسب برای خشک‌سازی، به کاهش هزینه‌های تولید و بهینه‌سازی فرآیند ذوب کمک می‌کند.
  • استفاده از فناوری‌های نوین: بهره‌گیری از تکنیک‌های مدرن مانند جداسازی مغناطیسی و ثقلی می‌تواند به بهبود خلوص کانی‌ها و افزایش بهره‌وری کمک کند.

در نتیجه، انتخاب هوشمندانه کانی منگنز و رعایت این توصیه‌ها می‌تواند به بهبود کیفیت و بهره‌وری تولید فروسیلیکومنگنز کمک کند و موقعیت رقابتی تولیدکنندگان را در بازار جهانی تقویت نماید.

 

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *