مواد معدنی فلزی چیست (صنایع معدنی فلزی)

صنایع معدنی (مواد معدنی فلزی و غیر فلزی)

صنایع معدنی به طورکلی به صنایعی اطلاق می­شود که شامل یکی از مراحل اکتشاف، تجهیز، استخراج، کانه آرایی و فرآوری مواد معدنی می­باشد. مواد معدنی خود شامل محدوده وسیعی از مواد است که از معدن استخراج می­شود. به طورکلی مواد معدنی در صنایع مختلف به سه صورت مورد استفاده قرار می­گیرند که عبارت­اند از عنصر، سنگ و کانی.

کشور ایران دارای بیش از ۶۵ نوع ماده معدنی می­باشد که یکی از غنی­ترین کشورهای جهان از حیث موادمعدنی محسوب می­شود. مهم­ترین معادن ایران شامل ذغال­سنگ، سنگ­آهن، نیکل، کبالت، اورانیوم، طلا، نقره، سرب و روی و بوکسیت می­باشد. طبق اصول اولیه طبقه بندی، حتی موادی نظیری نفت و گاز نیز از جمله مواد معدنی محسوب می­شوند که البته در ایران، به دلیل اهمیت بالای نفت و گاز در تولید ناخالص داخلی و صادرات، نفت و گاز را معمولا جدا از صنایع معدنی قرار می­دهند.

مواد معدنی فلزی

مواد معدنی فلزی شامل مواردی مثل سنگ آهن مگنتیت، سنگ آهن هماتیت، کرومیت، مس، روی، منگنز و … می­باشد.

فلز چیست؟

برای فلز تعریف ساده­ای وجود ندارد اما هر عنصر شیمیایی که خواص فلزی داشته باشد در کلاس فلزات طبقه بندی می­­شود. خواص معمول فلزات شامل جلای فلزی، انتقال، حرارت بالا، هدایت الکتریکی و قابلیت شکل پذیری دائم در دمای اتاق است.

فلزات آهنی و غیر آهنی

فلزات غیرآهنی از آغاز تمدن مورد استفاده قرار می­گرفته­اند. کشف مس حدود ۵۰۰۰ سال قبل از میلاد به عنوان پایان عصر سنگی و آغاز عصر مس در نظر گرفته شده است. بعدها اختراع برنز که آلیاژی از مس و قلع است، عصر برنز را آغاز کرد. استفاده از فلزات آهنی حدود ۱۲۰۰ سال قبل از میلاد در زمانی که تولید‌ آهن رایج شده بود شروع شد. فلزات آهنی و غیر آهنی هرکدام خواص متمایز خود را دارند که این خواص کاربرد مناسب را برای هرکدام از این فلزات تعیین می­کند.

فلزات آهنی حاوی مقداری آهن می­باشند که از جمله­­ی رایج آن­ها می­توان به فولاد آلیاژی، فولاد کربنی،  چدن و فولاد فرفوژه اشاره کرد. ارزشمند بودن این فلزات بخاطر دوام و استحکام کششی که دارند می­باشد.

فلزات غیرآهنی در خود آهن ندارند که در این دسته از فلزات می­توان به آلومینیوم، مس، سرب، روی، قلع و همچنین فلزات گرانبهایی مانند طلا و نقره اشاره کرد. قابلیت انعطاف پذیری این فلزات نسبت به فلزات آهنی یکی از اصلی­ترین مزیت­های فلزات غیرآهنی به حساب می­آید. فلزات غیرآهنی به دلیل اینکه هیچ محتوای آهنی در خود ندارند مقاومت بسیار بالایی در برار زنگ زدگی و خوردگی دارند.

فلزات گرانبها و فلزات پایه (اساسی)

فلزات گرانبها چیست؟

فلزات گرانبها فلزاتی هستند که خصوصیات ویژه­ای دارند و به دلیل کمیاب بودن ارزش و قیمت بالایی پیدا می­کنند. این فلزات از نظر شیمیایی واکنش پذیری بسیار کمی دارند تا جایی که در اتمسفر معمولی و شرایط عادی اکسید نمی­شوند. یکی دیگر از ویژگی­های مهم فلزات گرانبها براق بودن، درخشندگی و چکش خوار بودن آن­هاست که این ویژگی­ها باعث می­شوند این فلزات در ساخت جواهرات به کار گرفته شوند. رودیوم، پلاتین، ایریدیم، اسمیم، پالادیوم، روتنیوم، رنیوم، طلا و نقره نه فلزی هستند که فلزات گرانبها را تشکیل می­دهند. از بین این نه فلز، طلا، نقره، پلاتین، پالادیوم و رودیوم از بقیه فلزات به مراتب رایج­تر و پر استفاده­تر هستند و فلزات دیگر بیشتر در صنعت کاربرد دارند.

فلزات پایه یا فلزات اساسی چیست؟

فلزات پایه یا اساسی از سه دیدگاه شیمی، کیمیا و معدن‌کاری تعریف متفاوتی دارند که به شرح زیر است:

• در شیمی، فلز پایه معمولاً به طور غیررسمی برای اشاره به فلزیبه کار می‌رود که به آسانی اکسیده یا خورده می‌شود.
• در کیمیا، فلز پایه، فلزی رایج و غیرگران‌بها بود، و هدف دراز مدت کیمیاگران، تبدیل فلزات پایه به فلزات گران‌بها بود.
• در معدن‌کاری و اقتصاد، فلزات پایه به فلزات ناآهنی صنعتی به استثنای فلزات گرانبها، اشاره دارد که شامل مس، آلومینیوم، سرب، نیکل، قلع و روی می‌شود.

سه تعریف پایه برای فلزات اساسی در صنایع وجود دارد:

• یک فلز پایه می­تواند یک فلز ساده (عنصر یا آلیاژ) باشد، که این فلز دارای ارزش نسبتاً کمی بوده و به عنوان پایه­ای برای ارز استفاده نمی­گردد. نمونه این فلزات شامل برنز و سرب است.
• یک فلز پایه می­تواند فلز اصلی یک آلیاژ باشد مانند آهن موجود در فولاد.
• فلز پایه می­تواند یک فلز یا آلیاژ ­باشد که روی آن آبکاری یا روکش دیگری اعمال می­گردد.

فلزات پایه شامل هر فلزی به غیر از فلزات گرانبها می­باشند که به آسانی تیره می­شوند و زنگ می­زنند. این فلزات با اسید هیدروکلریک واکنش نشان می­دهند و گاز هیدروژن تولید می­شود.

نکته: اگرچه مس به آسانی با اسید هیدروکلریک واکنش نشان نمی­دهد اما یک فلز پایه محسوب می­گردد. چراکه نسبتا به سادگی اکسید می‌شود.

مزایای فلزات پایه
از مزایای فلزات پایه اصلی ترین آن ارزان بودن آنهاست. فلزات اساسی اهداف زیادی مانند ساخت و ساز را دارند. بعلاوه، برخی از فلزات پایه دارای خواص منحصر به فردی هستند که توسط فلزات دیگر قابل کپی نیستند. به عنوان مثال، نیکل یکی از اجزای اصلی فولاد ضد زنگ است. روی به عنوان محافظ در برابر خوردگی وارد فولاد گالوانیزه می شود. امپراتوری روم از سرب برای اهداف مختلفی استفاده می کرد، از جمله لوله ها، روکش‌های وان، مواد آرایشی و رنگ‌ها.

معایب فلزات پایه

از معایب قابل توجه فلزات پایه، نوسان قیمت و خواص شیمیایی آن‌ها است.

نوسان قیمت:

قیمت فلزات پایه نیز به دلیل استفاده گسترده برای اهداف صنعتی معمولاً بی ثبات تر است. وقتی تقاضای صنعتی خشک می شود ، قیمت فلزات اساسی می تواند سقوط کند.

 

خواص شیمیایی

از آنجا که آن‌ها به راحتی اکسید و لکه دار می شوند، فلزات پایه، ارزهای با دوام بسیار کمتری تولید می‌کنند. یافتن سکه های خورده در ایالات متحده که فقط چند دهه از عمر آن‌ها گذشته است معمول است. آنها خیلی زود خورده می شوند زیرا عمدتا از روی فلز پایه تشکیل شده اند. از طرف دیگر ، سکه های طلا از هزاران سال پیش اغلب هنوز در شکل نسبتاً خوبی قرار دارند.

معرفی تعدادی از فلزات پایه

آهن

پر استفاده­ترین مواد معدنی فلزی آهن می­باشد. آهن خالص خاکستری رنگ می­باشد و دمای ذوب آن به ۱۵۳۶ درجه سانتی­گراد می­رسد. میزان آهن پوسته زمین حدودا ۵٪ است و اگر این ذخایر آهن عیاری بین ۲۵٪ تا ۳۰٪ داشته باشند دارای ارزش اقتصادی می­باشند. آهن در میان فلزات بیشترین مصرف را به خود اختصاص داده است به طوری که این فلز بنیان تمدن امروزی را تشکیل می­دهد. بزرگ­ترین معادن آهن در ایران عبارت­اند از معدن سنگان در استان خراسان رضوی، معادن گل­گهر در استان کرمان و چادرملو و چغارت در استان یزد.

منگنز

منگنز فلزی خاکستری مایل به صورتی با دمای ذوب ۱۲۴۵ درجه سانتی­گراد می­باشد که در صورتی که عیار آن حداقل ۱۰٪ باشد می­تواند از نظر اقتصادی مورد توجه قرار گیرد. این فلز در طبیعت بصورت خالص تشکیل نمی­شود و بیشتر بصورت اکسید، کربنات و سیلیکات وجود دارد.

فلز منگنز به دلیل اینکه گوگرد و عناصر مزاحم را به خود جذب نموده و موجب سختی و مقاومت می­شود در تهیه فولادهای مقاوم در مقابل سایش کاربرد دارد این فلز همچنین در تهیه موارد دیگری از جمله انواع مواد شیمیایی، تهیه کود شیمیایی، رنگ سازی و تهیه پرمنگنات سدیم و پتاسیم نیز کاربرد دارد.

به معادن نارچ قم، رباط کریم، ناریگان، شمس آباد و چاه باشه می­توان به عنوان منابع منگنز ایران اشاره کرد.

آلومینیوم

آلومینیوم فلزی به رنگ سفید نقره­­ای با دمای ذوب ۶۶۰ درجه سانتی­گراد می­باشد که در طبیعت بصورت خالص یافت نمی­شود. حداقل عیار این فلز در کانسارهای آلومینیوم دار حدود ۲۵٪ است و حدود ۹۶٪ آلومینیوم دنیا از بوکسیت­ها که سنگ معدن اصلی آلومینیوم می­باشند و از کانی­های گیبسیت، بوهمیت و دیاسپور بدست می­آید.

مصارف فلز آلومینیوم بیشتر در صنایع هوایی، ساختمانیو الکتریکی و ماشین­های سبک وزن می­باشد که بزرگترین معدن آلومینیوم ایران در استان خراسان شمالی در منطقه جاجرم قرار دارد.

مس

مس فلزی چکش­خوار با دمای ذوب ۱۰۸۳ درجه سانتی گراد می­باشد که بعد از نقره بهترین هادی جریان الکتریسیته به می­رود. این فلز در طبیعت بصورت­های ناخالص، اکسید، سولفید، سولفات، کربنات، سیلیکات و فسفات یافت می­شود.

در شرایط کنونی و با فناوری­های موجود جهت فرآوری ذخیار مس، حداقل عیار اقتصادی جهت استخراج آن ۰.۴٪ می­باشد. حدود ۵۳٪ از مس تولیدی به مصارف الکتریکی، ۱۶٪ به مصارف ساختمانی، ۱۲٪ در ساخت قطعات ماشینی و ۱۹٪ باقیمانده به مصارف دیگر می­رسد.

برخی منابع مس ایران عبارتنداز معدن مس سرچشمه در استان کرمان، معدن مس شهربابک در استان کرمان و معدن مس سونگون در استان آذربایجان شرقی.

سرب

سرب خالص به رنگ خاکستری با جلای فلزی است که دمای ذوب آن ۳۲۷.۴ سانتی گراد می­باشد. این فلز در طبیعت بصورت سولفید، سولفات، کربنات و نمک­های سرب یافت می­شود.

سرب و ترکیبات آن در صنعت مصارف زیادی دارند که برخی از آن­ها عبارت­اند از تهیه لوله­های سربی، ساخت باتری، ورقه­های سربی پوشش سیم و … .

انگوران در استان زنجان، مهدی آباد و کوشک در استان یزد از منابع بزرگ سرب و روی ایران به حساب می­آیند.

روی

روی خالص به رنگ سفید متمایل به آبی می­باشد که دمای ذوب آن ۴۱۹.۵ درجه سانتی گراد است. این فلز در طبیعت بصورت سولفید، اکسید کربنات و سیلیکات یافت می­شود.

فلز روی بیشتر در اتومبیل سازی، تولید روکش فولاد، تهیه آلیاژهای برنز و برنج، لحیم کاری و … کاربرد دارد.

نیکل

نیکل در طبیعت به صورت ناخالص یافت نمی­شود. این فلز سفید رنگ، چکس خوار و ضد رنگ است که دمای ذوب آن ۱۴۵۳ درجه سانتی گراد می­باشد. از مصارف مهم نیکل می­توان به تهیه­ی فولاد ضد زنگ، آلیاژهای ویژه، آب کاری کرم و ضرب سکه اشاره کرد که عمدتا به شکل همراه در کنار معادن دیگر از جمله معادن مس و سرب و روی بدست می­آید.

 

شما میتوانید مقالات به روز در حوزه معدن را درسایت باسط فرآور پویا مطالعه کنید.