ما هو دور فحم الكوك في عملية التعدين؟

تعتمد العملية المعدنية - وخاصة إنتاج الصلب - بشكل خاص على فحم الكوك. وتتمثل خصائص فحم الكوك في المحتوى العالي من الكربون والقوة وانخفاض الشوائب مما يجعله قابلاً للاستخدام في الفرن العالي. وفي عملية التعدين، يتمثل الدور الرئيسي لفحم الكوك في العملية المعدنية في توفير مصدر للحرارة وعامل اختزال مصدر الكربون. فهو يوفر الكربون اللازم لاختزال أكسيد الحديد في خام الحديد إلى حديد نقي، مع توليد الحرارة اللازمة لعملية الصهر.

ما هو فحم الكوك المعدني؟

فحم الكوك المعدني (أو "فحم الكوك المعدني") هو نوع من الوقود الصلب الذي هو عبارة عن فحم مكربن يستخدم بشكل رئيسي في صناعة الحديد في الأفران العالية وصب المعادن غير الحديدية وصهرها. يتم تصنيعه عن طريق تسخين الفحم في فرن (أو فرن فحم الكوك) في غياب الأكسجين (عملية يشار إليها باسم التكويك) عند درجة حرارة عالية. تؤدي هذه العملية إلى التخلص من المركبات المتطايرة، مثل الماء والكبريت والغاز، وتخلق مادة صلبة مسامية عالية جدًا في الكربون.

إن الاستخدام الأساسي لفحم الكوك في التطبيقات المعدنية هو كوقود لإنتاج درجة حرارة عالية وعامل اختزال أحادي أكسيد الكربون (CO) في الفرن العالي الذي يحول خام الحديد إلى حديد مصهور. ويتمتع فحم الكوك المعدني بسمات حاسمة مخصصة لتمكين صناعة الصلب الفعال من حيث التكلفة.

فحم الكوك الفحمي مقابل فحم الكوك المعدني

ليست كل أنواع فحم الكوك متساوية. ففحم الكوك الفحمي وفحم الكوك المعدني كلاهما مصنوعان من الفحم، ولكن لهما أغراض مختلفة. من ناحية أخرى، يُستخدم فحم الكوك الفحم بشكل عام كمنتج غير معدني لتزويد العمليات الصناعية بالوقود أو لتصنيع المواد الكيميائية. ومن ناحية أخرى، يتم تحضير وتصنيع فحم الكوك المعدني لإنتاج الصلب والمعادن الأخرى.

إذن، الرابط النهائي هو الفرق بين فحم الكوك الفحمي وفحم الكوك المعدني. يتم إنتاج فحم الكوك المعدني لمقاومة ونقاء ومسامية أعلى لمقاومة كل من، درجات الحرارة العالية والعمليات الكيميائية للفرن العالي. كما يجب أن يكون احتراقه نظيفًا، لئلا تدخل الشوائب الضارة مثل الكبريت أو الرماد في عملية صناعة المعادن.

وظيفة فحم الكوك في الفرن العالي

مصدر الوقود:

فحم الكوك- مصدر وقود (يستخدم لصهر خام الحديد). ويخضع للاحتراق في درجة حرارة عالية (حوالي 1,000-1,200 درجة مئوية) لتوليد الحرارة المركزة اللازمة للفرن. وبدون القيمة الحرارية العالية لفحم الكوك لا يمكن للفرن الوصول إلى درجات الحرارة المطلوبة لصهر خام الحديد.

عامل الاختزال:

في عملية الصهر، يتفاعل فحم الكوك مع الأكسجين الموجود في خام الحديد (أكسيد الحديد) لتكوين أول أكسيد الكربون، والذي بدوره يقلل من أكسيد الحديد إلى (حديد). هذه العملية الكيميائية ضرورية لتحويل خام الحديد إلى حديد مصهور. يساعد الكربون الموجود في فحم الكوك أيضًا في تكوين الروابط الكيميائية اللازمة لاختزال الحديد من الخام.

وأخيرًا، يعمل فحم الكوك كدعامة هيكلية للفرن بحيث يتدفق الغاز والحديد المنصهر بحرية.

خواص فحم الكوك المعدنية

قوة عالية: يجب أن يتحمل فحم الكوك الضغوط الشديدة للفرن. فحم الكوك القوي لا يتحطم تحت ضغط أطنان من الخام المعدني المكدس فوقه في عملية الصهر.

المسامية:

حسنًا، إن أي نوع من أنواع فحم الكوك ذي البنية الملساء (التي توفر مسامية عالية) سيسمح للغاز بالمرور بحرية عبر فحم الكوك ويعزز التفاعلات السريعة مع خام الحديد. كما أنه يسهل تبادل الغازات اللازمة في إنتاج الحديد المصهور.

شوائب منخفضة: الشوائب الموجودة في فحم الكوك، مثل الكبريت والفوسفور والرماد. وغالبًا ما تلوث المنتج النهائي وتؤثر في النهاية على جودة الفولاذ. يجب أن يكون فحم الكوك عالي الجودة من الكربون النقي تقريبًا، مع القليل من الشوائب.

الثبات الحراري: قدرة فحم الكوك على البقاء مستقرًا في ظل الاستخدام الحراري العالي دون أن يتحلل أو يتفاعل كيميائيًا. لذا، فإنه يحترق ببطء ويعطي حرارة ثابتة في الفرن.

تكوين فحم الكوك المعدني

يعتبر فحم الكوك المعدني أهم المواد المستخدمة في إنتاج الحديد في الفرن العالي. ويتكون بشكل أساسي من الكربون (85-90%)، مع الكبريت والرماد والرطوبة بكميات أقل. تعتمد النسب الدقيقة لهذه العناصر على على نوع الفحم المستخدم وعملية التكويك.

الكربون: يرجع السبب في قدرة فحم الكوك على العمل كوقود وعامل اختزال إلى محتواه العالي من الكربون. يتفاعل مع خام الحديد مكونًا أول أكسيد الكربون اللازم لاختزال خام الحديد.

الكبريت: عدو صناعة الصلب, الكبريت يجعل إنتاج الصلب منخفض الجودة. وهذا يعني تقليل محتوى الكبريت في فحم الكوك المعدني إلى أقصى حد ممكن للحصول على منتج عالي الجودة.

الرماد: يجب أن يكون الرماد أيضًا منخفضًا ويمكن أن تؤدي الزيادة في الرماد إلى تكوين خبث الفرن الذي يمكن أن يؤدي إلى عيوب في الفولاذ.

الرطوبة: يجب أيضًا التحكم في محتوى الرطوبة لأن الرطوبة الزائدة ستوقف الحرق الفعال ويمكن أن تسبب تفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها.

إنتاج فحم الكوك والصلب

فحم الكوك هو هذه المادة الأساسية لتوليد الفولاذ، ويدخل في الفرن العالي لاختزال خام الحديد إلى حديد منصهر لإنتاج الفولاذ. في الفرن العالي، تنتج بيئة هندسية حيث يحترق فحم الكوك ويتفاعل ويتحد مع خام الحديد لصنع الحديد المنصهر. وينتج هذا التفاعل الكيميائي ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون الذي يمكن استخدامه بدوره لاختزال خام الحديد وإنتاج الحديد. يولد فحم الكوك أول أكسيد الكربونالذي ينزع الأكسجين من خام الحديد وينتج حديدًا مصهورًا نقيًا.

ويمكن بعد ذلك تكرير الحديد المنصهر الذي يتم إنتاجه لإنتاج الصلب، حيث يتم تحديد الخصائص النهائية للصلب من خلال محتوى الكربون. ويتأثر المنتج النهائي بشكل مباشر بجودة ونظافة فحم الكوك في الفرن.

سعر فحم الكوك المعدني

كما أننا نستمد سعر فحم الكوك المعدني من سعر الفحم الخام والطلب العالمي على الصلب وقيود الشحن. ونظرًا لأن فحم الكوك هو أحد المدخلات الأساسية في إنتاج الصلب، فإن أسعار فحم الكوك تتبع عن كثب تقلب أسعار الصلب المغزول. ويعد فحم الكوك الآن جزءًا ضروريًا من عملية صناعة الصلب، لذلك عندما يكون هناك زيادة في الطلب على الصلب، يزداد الطلب على فحم الكوك أيضًا، مما يؤدي إلى رفع الأسعار.

وتؤثر التكاليف الأخرى مثل تكاليف النقل وتوافر الفحم واللوائح البيئية أيضًا على أسعار فحم الكوك. من الضروري فهم أسعار فحم الكوك للشركات التي تنتج الصلب، لأن تغيرات الأسعار يمكن أن تؤثر بشكل كبير على تكاليف الإنتاج.

دور فحم الكوك في علم المعادن: أكثر من مجرد وقود

لفحم الكوك وظيفة رئيسية تتمثل في توليد الحرارة والعمل كعامل اختزال، ولكن جودته تؤثر أيضًا على جودة المنتج النهائي. وتتأثر خواص الفولاذ أيضًا بكمية فحم الكوك المستهلك وتركيبه الكيميائي والتفاعلات الكيميائية المرتبطة به.

على سبيل المثال، يؤثر محتوى الكربون في فحم الكوك على محتوى الكربون في الفولاذ، والذي يؤثر بدوره على صلابته وقوته وليونته. ويضمن فحم الكوك أيضًا بقاء درجة الحرارة في الفرن مستقرة مما يسمح بإنتاج الصلب في ظروف أفضل.

وهذا يجعل فحم الكوك أكثر من مجرد وقود؛ فهو عنصر أساسي في جودة منتج الصلب النهائي.

الخاتمة

يوفر فحم الكوك الحرارة والكربون لتحويل خام الحديد إلى حديد مصهور، وهي الخطوة الأولى في إنتاج الصلب. فبدون فحم الكوك، لن يعمل الفرن العالي بشكل صحيح وستكون عملية صناعة الصلب أقل كفاءة إلى حد كبير. ونظرًا لأن كمية فحم الكوك المستخدمة في إنتاج الصلب تؤثر على جودة المنتج النهائي؛ يجب مراقبة جودة فحم الكوك وتكلفة فحم الكوك عن كثب.