فرومنگنز پر کربن و مقایسه‌ی تکنولوژی‌های مختلف تولید آن

فرومنگنز پر کربن عمدتاً توسط صنعت فولاد در تولید انواع محصولات فولادی مصرف می شود. روند بازار فرومنگنز پر کربن ارتباط نزدیکی با فولاد دارد زیرا تقریباً 90 درصد تقاضای فرومنگنز پر کربن مربوط به صنعت فولاد است. منگنز عمدتاً از طریق فرومنگنز یا سیلیکومنگنز در فرآیندهای فولادسازی به آلیاژ اضافه می‌شود.

شرکت ویستا آسمان تامین کننده برتر انواع فروآلیاژ (فرومنگنز پر کربن)در کشور. جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.

آفریقای جنوبی دارای بزرگترین منابع منگنز شناخته شده در زمین است که حدود 75 درصد از منگنز شناسایی شده در جهان را تشکیل می دهد. پس از آن اوکراین حدود 10 درصد از سهم جهان را دارا می‌باشد. منبع منگنز آفریقای جنوبی عمدتاً در میدان منگنز کالاهاری واقع در کیپ شمالی یافت می‌شود. سنگ معدن منگنز در تولید فرومنگنز پر کربن، فرومنگنز کم کربن و سیلیکومنگنز به طور مستقیم (سنگ معدن) و یا به طور تفت جوشی شده (آگلومره) استفاده می‌شود. شکل 1 نسبت فروش داخلی و صادراتی به کل سنگ معدن منگنز تولید شده در آفریقای جنوبی را در یک دوره‌ی 20 ساله نشان می‌دهد. با توجه به شکل 1، سنگ معدنی که به صنعت محلی تولید فرومنگنز پر کربن و فرومنگنز کم کربن وارد می شود، علیرغم افزایش کلی قابل توجه در فروش کل، اندکی کاهش یافته است. مطالعه‌ی اخیر حول همین موضوع و با تمرکز بر تکنولوژی‌های مختلف تولید فرومنگنز پر کربن و فرومنگنز کم کربن انجام شده است.

فرومنگنز پر کربن و فرومنگنز کم کربن توسط فرآیند احیای کربوترمیک گرماگیر تولید می‌شوند که در آن مواد خام ابتدا وارد یک کوره شده و سپس توسط یک منبع تولید گرما، دمای آن افزایش یافته و این فرآیند باعث رخداد فرآیند احیا می‌شود. دمای کوره را می توان با استفاده از الکتریسیته (مانند فناوری کوره‌ قوس غوطه‌ور) یا انرژی شیمیایی از طریق احتراق کک (مانند فناوری کوره بلند) افزایش داد. کوره‌های قوس غوطه‌ور  به مقدار زیادی انرژی الکتریکی نیاز دارند که در هزینه های تولید نقش زیادی دارد.  قبل از کوره‌های قوس غوطه‌ور، کوره‌های بلند در تولید فرومنگنز پر کربن به کار می رفتند و برای انجام عملیات به مقادیر زیادی کک نیاز داشتند. ابتدا این انتقال در روش تولید فرومنگنز پر کربن از کوره بلند به کوره‌های قوس غوطه‌ور به دلیل تامین برق بطور منظم و با هزینه های کم انجام شد. با این حال، کوره‌های بلند هنوز هم در چین، روسیه و اوکراین استفاده می شوند. در حال حاضر، در دیگر نقاط جهان، تنها فناوری مورد استفاده فناوری کوره‌ قوس غوطه‌ور با استفاده از مسیر سرباره-ضایعات است که در آن فرومنگنز همراه با سرباره‌ که حاوی مقادیر کمی از اکسید منگنز (MnO) است تولید می‌شود.

در سال 2017 تحقیقاتی در دانشگاه stellenbosch و Mintek انجام شد و شناسایی شد که یکی از موانع اصلی محدود کننده‌ی رشد در زنجیره ارزش منگنز، اتکای شدید به الکتریسیته در فرآیند تولید است. در آن مطالعه، عرضه و تقاضای جهانی در سال 2013 بررسی شد و نشان داده شد که تنها 3 کشور از فهرست 10 کشور با گران ترین قیمت برق جزو 10  صادرکننده اصلی فرومنگنز پر کربن، فرومنگنز کم کربن و سیلیکومنگنز هستند و از کوره های الکتریکی برای تولید این محصولات استفاده می‌کنند. در حال حاضر، پیش‌بینی می‌شود که قیمت برق برای دوره 5 ساله‌ی آینده بطور میانگین هر سال 8 درصد افزایش یابد. همچنین در طول سال‌ها، برق در جهان از زمان آغاز به کار کوره‌های قوس غوطه‌ور گران شده است. اگر این افزایش قیمت برق همانطور که پیش بینی شده است ادامه یابد، نیاز به شناسایی روش‌های جایگزین مقرون به صرفه برای کوره‌های قوس غوطه‌ور برای بهره مندی از سنگ معدن منگنز در جهان حیاتی به نظر می رسد.

در تولید فولاد، نزدیک به دو قرن است که از فناوری کوره بلند برای تولید مقادیر زیادی فولاد خام استفاده می‌شود. با این حال، صنعت تولید فولاد به دلیل برخی از محدودیت‌های تجربه شده توسط فناوری کوره بلند، راه‌های جایگزینی را برای تولید فولاد خام کشف کرده است. محدودیت ها شامل هزینه های عملیاتی بالای ناشی از نیاز به کک متالورژیکی و انتشار دی اکسید کربن بالا است. احیای همراه با ذوب یا احیای مستقیم از دیگر از روش‌های مورد استفاده برای رفع برخی از کاستی های روش کوره بلند در تولید فولاد هستند که محصولاتی با بیش از 90 درصد آهن تولید می‌کنند. فرآیندهای احیای همراه با ذوب را می توان بر اساس ترکیب سوختی که استفاده می‌کنند به دو دسته تقسیم کرد: زغال سنگ-الکتریسیته و اکسیژن-زغال سنگ. هدف از این مطالعه، بررسی جایگزین‌های اکسیژن و زغال سنگ در روش احیای همراه با ذوب، برای امکان سنجی آنها در پرداختن به نیازهای الکتریسیته‌ی بالای فناوری کوره قوس غوطه ور مورد استفاده در تولید فرومنگنز پر کربن است. با این حال، این مطالعه تنها فناوری‌هایی را در نظر می‌گیرد که از روش‌های در مقیاس آزمایشی فراتر رفته اند، یعنی تکنولوژی‌های Corex® و FINEX® . این مطالعه به دنبال شناسایی جایگزین هایی است که می توانند در کوتاه مدت تا میان مدت اجرا شوند. برای این مطالعه، فرض بر این است که فناوری‌هایی که در تولید فولاد به مقیاس تجاری نرسیده‌اند، در این بازه زمانی در تولید تولید فرومنگنز پر کربن قابل اجرا نخواهند بود.

این تحقیق به عنوان یک مطالعه پیش امکان سنجی برای ارزیابی دو فناوری مختلف بالقوه برای تولید فرومنگنز پر کربن قرار می‌گیرد. هدف این تحقیق مقایسه‌ی تکنولوژی‌های کوره قوس غوطه ور، کوره بلند، COREX® و FINEX® به عنوان اولین گام در توسعه فرآیند و مدل اقتصادی برای ارزیابی فنی-اقتصادی است.