تفاوت سنگ‌آهن هماتیت و مگنتیت در چیست؟
جایگاه عنصر آهن در جدول تناوبی در ردیف 1 و گروه 8 قرار دارد. از نظر میزان جرم موجود از عناصر در پوسته زمین، آهن بالاترین جایگاه را به خود اختصاص داده است (32.1 درصد، بالاتر از اکسیژن با 30.1 درصد). همچنین، از نظر فراوانی، آهن چهارمین جایگاه را در بین تمام عناصر موجود در زمین دارد. دو سنگ‌آهنِ هماتیت و مگنتیت بالاترین میزان آهن را در خود دارند.
با وجود فراوانی عنصر آهن در پوسته زمین، حالت فلزی معمول آن بسیار نادر است. برعکس، سنگآهنها که آهن از آنها استخراج می‌شود، به‌وفور یافت می‌شوند. استخراج فلز مفید آهن از این سنگآهنها نیازمند بهره‌گیری از کوره‌ها با قابلیت ارتقاء دما به 1500 درجه سانتیگراد و بالاتر است، دمایی که 500 درجه بالاتر از دمای موردنیاز برای استخراج مس است. آلیاژهایی با پایه آهن مانند فولاد، فولاد ضدزنگ، چدن و فولادهای خاص، به دلیل خواص مکانیکی و هزینه کم فرآوری، متداول‌ترین فلزات صنعتی در دنیای مدرن هستند.
آهن به عنوان یک فلز سنگین
آهن آخرین عنصر تولیده شده در هسته ستارگان است؛ بنابراین، سنگین‌ترین عنصری است که برای به وجود آمدن، به فعالیت‌ها و وقایع ابرنواختری و انفجارهای مهیب کهکشانی نیاز ندارد. همین امر باعث شده که بیشتر از هر فلز دیگری در عالم حضور داشته باشد. با وجود این، به‌ندرت شکل فلزی آهن یافت می‌شود و غالبا” در قالب سنگ‌آهن‌هایی مثل هماتیت و مگنتیت استخراج و بعدا” فرآوری می‌شود. از آهن در تولید فولاد استفاده می‌شود که عنصر نیست، بلکه آلیاژی متشکل از فلز و غیرفلز، به‌ویژه کربن، است.
خواص فیزیکی آهن
1. در هوای مرطوب زنگ می‌زند
2. به راحتی در اسیدهای ضعیف حل می‌شود
3. در دمای 910 درجه سانتیگراد به آهن نرم تبدیل می‌شود (آهن آلفا که یک آلوتروپ آهن با ساختار کریستالی مکعبی است)
4. نقطه ذوب و جوش بسیار بالایی دارد
5. ماهیت مغناطیسی دارد
کاربردهای آهن
1. در تولید فولاد و کاربردهای عمرانی مانند بتن مسلح، تیرها و …، استفاده می‌شود.
2. فولادهای آلیاژی، مانند فولادهای کربنی، از ترکیب آهن با مواد افزودنی مثل نیکل، کروم، وانادیم، تنگستن و منگنز ساخته می‌شوند.
3. پل‌های فلزی، دکل‌های برق، زنجیر دوچرخه، ابزار برش و بسیاری وسیله فلزی دیگر، از آهن ساخته می‌شوند.
4. در حضور 3 تا 5 درصدی کربن، چدن تولید می‌شود که در صنایع مختلف و ساخت تجهیزات آشپزخانه‌ای کاربرد فراوانی دارد.
5. در فرآیند هابر، از کاتالیزورهای آهن برای تولید آمونیاک استفاده می‌کنند.
6. از آهن و آلیاژ و ترکیبات آن در ساخت آهن‌ربا استفاده می‌شود.
انواع سنگ‌آهن
کانسار معدنی یک کانسار طبیعی است که غلظت بالایی از یک ماده معدنی را در خود دارد. سنگ معدن یک کانسار معدنی است که فلز موجود در آن را می‌توان با استفاده از روش‌های مختلف در فرآوری سنگ معدن، استخراج کرد. دو سنگ معدنی که بیشترین مقادیر آهن را در خود دارند مگنتیت و هماتیت هستند.
مگنتیت
مگنتیت یک سنگ‌آهن با فرمول شیمیایی Fe3O4 است. مگنتیت خاصیت فرومغناطیسی دارد، به این معنی که، ذرات مگنتیت به میدان‌های مغناطیسی خارجی به اندازه کافی نزدیک جذب می‌شوند. ذرات مگنتیت، تحت تاثیر میدان مغناطیسی خارجی، خاصیت آهنربایی پیدا می‌کنند.
خاصیت فرومغناطیسی ذرات مگنتیت برگرفته از یون‌هایFe^(+2) ,Fe^(+3) موجود در آنها است. دلیل اصلی وجود خاصیت مغناطیسی در موادمعدنی، وجود الکترون‌های جفت نشده در فرمول شیمیایی است. به‌طور ویژه، با استفاده از یک میدان مغناطیسی ضعیف، در حدود 0.04 تسلا، می‌توان ذرات مگنتیت را از مواد زائد موجود در سنگ‌معدن خرد شده جدا کرد.
مگنتیت یک کانی سیاه متمایل به خاکستری است. این سنگ‌آهن معمولاً در سنگ‌های رسوبی یافت می‌شود؛ با وجود این گاهی حجم بالایی از آن هم در ماسه سواحل یافت شده است.
از مگنتیت معمولاً برای استخراج آهن خام یا آهن اسفنجی استفاده می‌گردد؛ آهن تولید شده در ساخت فولاد کاربرد دارد. از مگنتیت به عنوان کاتالیزور در تولید آمونیاک نیز استفاده می‌شود.
هماتیت
هماتیت یک سنگ‌آهن حاوی آهن با فرمول شیمیایی Fe2O3 است. هماتیت یک ماده معدنی پارامغناطیس است و استفاده از میدان مغناطیسی در فرایند فرآوری آن کاربرد زیادی دارد. این ماده معدنی را می‌توان در سنگ‌ها و خاک یافت.
هماتیت خاصیت مغناطیسی خود را از یون Fe^(+3) گرفته است. میدان مغناطیسی مورد نیاز برای جداسازی هماتیت از اضافه‌های معدنی بین 0.02 تا 4 تسلا است. هماتیت یک کانی خاکستری رنگ است. رگه‌های معدنی این ماده به شکل قرمز مایل به قهوه‌ای هستند.
تفاوت سنگ‌آهن‌های مگنتیت و هماتیت
مگنتیت یک اکسید آهن با فرمول شیمیایی Fe3O4 بوده در حالی که هماتیت یک اکسید آهن با فرمول Fe2O3 است. همچنین آهن موجود در مگنتیت در وضعیت اکسیداسیون +2 و +3 و آهن هماتیت در حالت اکسیداسیون +3 است.
از سوی دیگر میزان آهن موجود در مگنتیت در حدود 72.4 درصد بوده که این عدد برای هماتیت 69.9 درصد است. درنتیجه کیفیت سنگ‌آهن مگنتیت بالاتر از سنگ‌آهن هماتیت است. مگنتیت یک ماده معدنی شفاف بوده، در حالی که رنگ هماتیت مات است.
رگه‌های سنگ‌آهن مگنتیت در معادن سیاه رنگ بوده اما رگه‌های هماتیت قرمز مایل به قهوه‌ای است. تفاوت دیگر هماتیت و مگنتیت، قدرت مغناطیسی آنها است. به‌طور کلی، و به دلیل داشتن درصد بیشتری از آهن، مگنتیت به‌طور طبیعی یک آهن‌ربای قوی است درصورتی‌که هماتیت نیاز به گرما دارد تا توان آهنربایی آن ارتقاء یابد.
مگنتیت یک ماده معدنی فرامغناطیس است، در حالی که هماتیت خاصیت پارامغناطیسی دارد. از این تفاوت در جداسازی مگنتیت و هماتیت از سنگ‌معدن استفاده می‌شود.
به‌طور دقیق‌تر، قطعات سنگ‌آهن مگنتیت باید به ابعادی بین 32 تا 45 میکرومتر خرد شوند تا بتوان در دستگاه جداکننده مغناطیسی، کنسانتره مگنتیت کم سیلیس را از مواد زائد جدا کرد. ماده حاصل، دارای مقدار کمی از فسفر، آلومینیوم، تیتانیوم و سیلیس است. قیمت این نوع از کنستانتره بسیار بالاست.
با توجه به چگالی بالای هماتیت نسبت به مواد معدنی زائد همراه آن، جداسازی هماتیت با تکنیک‌های غنی‌سازی انجام می‌گردد. به عنوان نمونه، سنگ‌آهن هماتیت خرد شده را از روی دوغاب حاوی مگنتیت یا عامل دیگری مانند فروسیلیس عبور می‌دهند تا چگالی آن افزایش یابد. پس از کالیبره‌سازی چگالی دوغاب، هماتیت غرق می‌شود و قطعات معدنی سیلیکات شناور می‌مانند.
جمع‌بندی
در میان فلزات موجود در پوسته زمین، آهن بیشترین میزان را به خود اختصاص داده است. این فلز پرکاربرد، به‌ندرت به‌شکل معمول آن یافت می‌شود، بلکه این سنگ‌آهن است که طی عملیات فرآوری به آهن تبدیل می‌شود. مگنتیت و هماتیت دو نوع سنگ‌آهن با بالاترین میزان آهن هستند که هریک خواص شیمیایی و ظاهری مختص خود را دارند. شیوه‌های فرآوری آنها متناسب با خواص مغناطیسی و موادمعدنی زائد همراه سنگ‌آهن است.