مقدمه
زغالسنگ کانی سیاه رنگی است که از پسماند مواد گیاهی دوران‌های قدیم زمین شناختی به وجود می‌آید و به عنوان سوخت و نیز ماده اولیه برخی صنایع شیمیایی برای تولید گاز، قطران، کک و سایر مواد از این قبیل مورد استفاده قرار می‌گیرد. بخش بزرگی از جرم زغالسنگ از کربن تشکیل میشود و از دیگر ترکیبات موجود در آن میتوان به هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد اشاره کرد. انواع زغالسنگ در دوران‌های گوناگون زمین شناسی و تحت شرایط مختلف به وجود آمده‌اند. تورب، نخستین مرحله از تشکیل زغال است. پس از آن به ترتیب لینیت، زغالسنگ قیری و آنتراسیت با درجات مختلف درون داشت مواد تشکیل دهنده قرار دارند[1]. امروزه روشن است که زغالسنگ ، منشاء گیاهی دارد و طی فرآیندهای طولانی شیمیایی ، بیولوژیکی و ژئولوژیکی در دوران گذشته، تشکیل شده و به صورت ذخیره‌های پرارزشی در آمده است که انسان از آن بهره‌برداری میکند. همه ی زغالسنگ‌ها، به یک طریق به وجود نیامده‌اند، بلکه با توجه به دوران مختلف زمین شناسی و شرایط متفاوت آنها، نوع تغییرات موثر در به وجود آوردن زغالسنگ‌ها نیز متفاوت بوده است. از این رو، امروزه ، چند نوع زغالسنگ در معادن وجود دارد[2].
تعاریف و کلیات
کانی
عنصر یا ترکیب طبیعی غیرآلی که دارای ساختمان منظم، ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی و شکل بلوری مشخص باشد.
کانه
کانی مفیدی که استفاده از آن ارزش اقتصادی داشته باشد.
کانسنگ یا سنگ معدن
ماده طبیعی یا سنگی که حاوی یک یا چند کانی دارای ارزش اقتصادی بوده و به منظور بدست اوردن کانه از زمین استخراج میشود.
منبع معدنی
انباشت طبیعی مواد معدنی که با بررسی های زمین شناسی وجود آنها قابل اثبات است.
ذخیره معدنی
مقدار وزنی (گاهی حجمی) کانسنگ موجود در منبع که براساس سطح اعتماد محاسباتی به رده های مختلف تقسیم میشود.
کانسار
تمرکز طبیعی از مواد معدنی دارای ارزش اقتصادی است یا بخشی از ذخایر معدنی است که در یک منطقه مشخص واقع شده و برای بهره برداری در نظر گرفته شده باشد.
معدن
محل استخراج کانسنگ و کانسار را معدن گویند. کلیه ساختمان‌ها و تاسیساتی که با این منظور ساخته میشود نیز جزو معدن محسوب میشود.
معدنکاری
مجموعه فعالیت‌هایی که از شناسایی یک کانسنگ انباشته در زمین آغاز شده و در نهایت به تحویل و ارایه محصول قابل مصرف به بازار می‌انجامد.
روند تشکیل زغالسنگ
زغالسنگ کانی بسیار پر انرژی است که از بقایای درختان، بوته‌ها و سایر گیاهان زنده به وجود می‌آید. منشا این گیاهان در زمان‌هایی که آب و هوای زمین ملایم و مرطوب بود، به وجود آمد. زغالسنگ، سنگ رسوبی است که قسمت بسیار بزرگی از ذخایر آن تقریبا 250 میلیون سال پیش به وجود آمده است. سپس اوضاع برای رشد سرخس‌های دانه‌دار گرمسیری که درختان بسیار غول‌پیکری بودند، در باتلاق‌های وسیع فراهم شد. این گیاهان بعد از خشک شدن و از بین رفتن به داخل باتلاق‌ها می‌افتادند و بر اثر خروج اکسیژن، فساد بی‌هوازی تسریع می‌شد. پوشش گیاهی لجن مانند به نام پیت به وجود می‌آمد. پیت در زیر فشار، خشک و سخت شده و به زغالسنگ پیت یا زغالسنگ قهوه‌ای تبدیل می‌شد. بر اثر فشار بیشتر و گذشت زمان، زغالسنگ قیردار به وجود آمد که در 6 متر ضخامت رسوب گیاهان نخستین به 0.3 متر زغالسنگ تبدیل شده بود و در نهایت سخت‌ترین و مرغوب‌ترین نوع زغالسنگ، یعنی آنتراسیت به وجود آمد.
انواع زغال
انواع زغالسنگ در طی سالیان طولانی از پسماند مواد گیاهی در دل زمین تشکیل می شوند. این معادن برای ما انسان ها بسیار با ارزش می باشند. انواع مختلف زغالسنگ در طی سال های طولانی به ترتیب، تغییر شکل می دهند و از انواع زغالسنگ ها می توان استفاده کرد.
- در مرحله اول، زغالسنگ ها به شکل تورب هستند. این ماده حاصل نخستین مرحله ی تشکیل زغالسنگ می باشد.
- در مرحله بعدی زغالسنگی به نام لیگنیت تشکیل می شود.
- در مرحله سوم زغالسنگی به نام نیمه بیتومینه تشکیل می شود.
- در مرحله چهارم زغالسنگی به نام بیتومینه تشکیل می شود.
- در مرحله آخر زغالسنگی به نام زغالسنگ آنتراسیت تشکیل می شود.
درجه بلوغ در زغالسنگ
ميزان رطوبت و مواد فرّار زغالسنگ طی بالغ شدن به مرور زمان کاهش می یابد که این امر غالباً همراه با افزایش درصد کربن و در نتيجه محتوای انرژی زغالسنگ است. ميزان بلوغ زغالسنگ با شاخص درجه مشخص می شود. درجه زغالسنگ به روش های مختلفی قابل اندازه گيری است؛ تعيين درجه زغالسنگ در استانداردهای بين المللی با سه شاخص انرژی ویژه، درصد مواد فرّار و درصد کربن انجام می شود. بخش اعظم مصرف زغالسنگ در ایران به زغالسنگ های کک شو (شونده) مربوط است که برای توليد کک مورد نياز در کوره بلند شرکت ذوب آهن اصفهان مورد استفاده قرار می گيرد؛ زغالسنگ های کک شو غالباً از نوع بيتومينی هستند. در دنيا نيروگاه های برق و کارخانجات فولادسازی و سيمان برای تأمين انرژی غالباً زغالسنگ های با درجه های بالای پيش بيتومينی یا درجه های پایين بيتومينی مصرف می کنند.
درجه بلوغ زغالسنگ مهمترین مشخصه زغالسنگ است که تعيين کننده بسياری از ویژگی های شيميایی و فيزیكی آن است. لذا، اندازه گيری دقيق درجه بلوغ زغالسنگ حائز اهميت است. شاخص های متعددی برای تعيين کمّی وکيفی بلوغ زغالسنگ وجود دارد، اما هریک دارای محدودیت هایی است.
جدول زیر نحوه استفاده از سه شاخص انرژی ویژه، ميزان مواد فرّار و کربن ثابت را نشان می دهد؛ به عنوان مثال، انرژی ویژه، شاخص مناسبی برای زغالسنگ های با درجه بلوغ کم و متوسط است، اما درصد مواد فرّار، معياری مناسب برای زغالسنگ های با بلوغ زیاد نظير آنتراسيت است. شاخص های مذکور از زمان های دور برای تعيين بلوغ زغالسنگ مورد استفاده قرار می گرفت. امروزه، دقيقترین شاخص تعيين بلوغ زغالسنگ درصد بازتاب نور از ویترینيت است. نكته حائز اهميت آنكه این شاخص دقت مناسبی در بازه ی گسترده ای از زغالسنگ های نارس تا آنتراسيت دارد. به طور کلی، زغالسنگ های بالغ دارای ظاهری نسبتاً براق هستند که به دليل حضور مقادیر قابل توجه ماسرال ویترینيت در ساختار آن است.
زغالسنگ کک شو
برای توليد هر تُن چدن در کوره بلند حدود 540 کيلوگرم کک مصرف می شود. در حال حاضر، تنها مصرف کننده کک در کشور، شرکت ذوب آهن اصفهان است که مطابق برنامه توليدِ سه ميليون تُن چدن در سال 1398 نياز به 1.62 ميليون تُن کک خواهد داشت. در سال های پيش رو، با افزایش احتمالی ميزان توليد شرکت ذوب آهن اصفهان به حدود چهار ميليون تُن و نيز بهره برداری از واحدهای جدید کوره بلند بخش خصوصی، مصرف کک در کشور به حدود سه ميليون افزایش خواهد یافت. کيفيت کک، نقش تعيين کننده ای در کيفيت و کميت توليد فولاد در کوره بلند دارد. کيفيت کک از دو منظر خواص فيزیكی و شيميایی قابل ارزیابی است. جدول ذیل ترکيب شيميایی بهينه کک مورد استفاده را در کوره بلند نشان می دهد. حضور عناصر گوگرد و فسفر در فولاد نامطلوب است و موجب کاهش کيفيت فولاد می شود. بخش قابل توجهی از گوگرد موجود در چدن از کک مصرفی نشات می گيرد. در صورت بالا بودن غلظت گوگرد در کک، مصرف کک در کوره بلند افزایش می یابد و حذف گوگرد موجب کاهش هزینه های توليد می شود. خاکسترِ کک غالباً وارد فاز سرباره در کوره بلند می شود؛ با افزایش ميزان خاکستر در کک، حجم سرباره و در نتيجه مصرف انرژی افزایش می یابد. به علاوه، رطوبت زیاد کک می تواند تعادل کوره بلند را برهم زند؛ کلر نيز موجب خوردگی در کوره بلند می شود.
تهیه زغال مناسب از ترکیب انواع زغالسنگ
واحدهای کک سازی برای توليد کک با کيفيت مناسب غالباً از مخلوط چند نوع زغالسنگ استفاده می کنند. لذا علاوه بر مقادیر ميانگين، بررسی توزیع مشخصات زغالسنگ های مورد استفاده در مخلوط نيز ضروری است. این مهم در تهيه یا خریداری زغالسنگ بسيار حائز اهميت است. در بسياری از موارد درصد مواد فرّار معياری برای بلوغ و قيمت گذاری زغالسنگ است. روش های سنتی آناليز زغالسنگ برای ارزیابی کيفيت مخلوط زغالسنگ ها چندان قابل اطمينان نيست؛ ارزیابی دقيق کيفيت زغالسنگ به سه طریق قابل انجام است:
ـ بررسی نوع، ميزان و توزیع ماسرال های موجود در مخلوط (refractogram)
ـ اندازه گيری سیاليت و یا ضریب تورم مخلوط
ـ اندازه گيری CSR[1]کک توليدی
استحكام باقیمانده یا CSRکک، مطمئن ترین شاخص برای ارزیابی کيفيت زغالسنگ است، چراکه این کميت مهمترین شاخص عملكرد کک در کوره بلند است. انواع باکيفيت از زغالسنگ های کک شو CSR بالای 65 درصد دارند. به طور کلی، مشكل اصلی ذخایر زغالسنگ کشور سياليت پایين است که موجب کاهش CSRکک و در نتيجه افت عملكرد کوره بلند می شود.
کاربرد زغالسنگ
هرچند زغالسنگ زمان‌های گذشته فقط به عنوان نخستین منبع تامین انرژی مورد استفاده قرار می گرفت ولی امروزه مصارف بسیار متعددی در دنیا دارد. اصلی‌ترین کاربرد این ماده برای تولید انرژی و تهیه کک برای صنایع فولادسازی است. به طوری که در سال 2001 در حدود 70 درصد فولاد دنیا با مصرف زغالسنگ تولید شد. امروزه نیز همچون گذشته بیشترین میزان مصرف این ماده به تامین سوخت و انرژی برای نیروگاه ها باز می‌گردد. در کشورهای اروپایی و آمریکایی بیشترین میزان تولید برق با استفاده از این ماده معدنی است.
ارزش حرارتی یک کیلوگرم زغالسنگ حرارتی مرغوب معادل 7000 تا 8000 کیلوکالری است. ارزش حرارتی یک لیتر نفت سفید در حدود 10000 کیلوکالری است. دلیل این موضوع این است که هنوز زغالسنگ یک منبع مهم سوخت در سراسر جهان به شمار می‌آید. در حال حاضر حتی از زغالسنگ‌های نوع لینگنیتی که ارزش حرارتی کمتری دارند نیز به عنوان منبع سوخت در کارخانه‌های سیمان استفاده میشود.
زغالسنگ کک شو به عنوان احیاکننده، در ذوب فلزاتی همچون روی و آلومینیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. به طور مثال از کک در ذوب فلز روی به صورت عامل احیاکننده در روش تقطیر میتوان بهره‌مند شد. در این روش کک حرارتی موجب تولید روی به صورت گاز و گاز منواکسید کربن خواهد شد. سپس این گاز را از میان کندانسورهای مختلف عبور می دهند. در این صورت بخارات فلز روی به صورت مذاب جمع آوری میشود. در کشورهای دیگر همچون استرالیا نیز در صنایع ذوب آلومینیوم به صورت وسیعی از زغالسنگ استفاده میشود که در حدود 10 درصد تولید آلومینیوم جهان را تشکیل می‌دهد[1].
فرآوری زغالسنگ
به فرایند فرآوری زغالسنگ که همراه با حذف مواد معدنی از زغالسنگ است، «زغالشویی» اطلاق می شود. فرایندهای زغالشویی به طور سنتی مبتنی بر تفاوت برخی خواص فيزیكی نظير چگالی و کشش سطحی است. چگالی زغالسنگ های کک شو و حرارتی در بازه 1.3 تا 1.35 قرار دارد در صورتی که مواد معدنی و که بخش اعظم خاکستر زغالسنگ را تشكيل می دهند، به ترتيب دارای چگالی 2.65 و 3.99 هستند. انتخاب تكنولوژی و طراحی خط زغالشویی وابسته به مشخصات آن، بخصوص قابليت شستشوپذیری زغالسنگ است؛ لذا، هر کارخانه زغالشویی برای فراوری زغالسنگ معادن مشخصی ساخته می شود. به طور کلی، یک کارخانه فراوری زغالسنگ از واحدهای زیر تشكيل شده است:
ـ واحد انتقال زغالسنگ از معدن به کارخانه (Run-Off-Mine)
ـ واحد ذخيره سازی زغال (Stock Yard)
ـ واحد سنگشكن (Rotary Breaker)
ـ نوسانگير (Surge Bin)
ـ نمونه گير نواری
ـ واحد طبقه بندی (Screen House)
ـ جدایش واسطه سنگين (Heavy Media Separation)
ـ جدایش فلوتاسيون ستونی (Column Flotation)
ـ واحدهای آبگيری و فيلتراسيون (Screens, Thickener, Filter Press)
ـ واحد ذخيره سازی زغال تميز و انتقال آن (Clean Coal)
در مراحل آماده سازی، زغالسنگ استخراج شده از معدن ابتدا خُرد و الک می شود تا به اندازه دانه های بين 0.5 تا 50 ميليمتر برسد؛ دانه های زیر 0.5ميليمتر (خاکه) با نوار نقاله به واحد جدایش فلوتاسيون ستونی منتقل می شود تا دانه های زغالسنگ با دمش هوا و ایجاد حباب از خاکستر جدا شوند. دانه های درشت نيز وارد واحد جدایش واسطه سنگين می شوند تا دانه های زغالسنگ و مواد معدنی به دليل اختلاف چگالی از یكدیگر جدا شوند. مواد معدنی به دليل چگالی بالاتر از محيط واسطه، در این واحد ته نشين و از دانه های زغالسنگ جدا می شوند. گفتنی است که ذرات ته نشين شده صرفاً مواد معدنی نيستند و معمولاً دارای مقادیری زغالسنگ نيز هستند؛ لذا مواد ته نشين شده پس از آبگيری الک می شوند تا دانه های بزرگتر از 10 ميليمتر مجدداً جهت خردایش وارد سنگ شكن شود. واسطه سنگين غالباً یک سوسپانسيون (محلول جامد در مایع) است که چگالی آن با تنظيم ميزان فاز جامد کنترل می شود. غالباً از ذرات مگنتيت با اندازه دانه در بازه10تا 50 ميكرون و دانسيته حدود 5 در کارخانه های زغالشویی کشور استفاده می شود. به طور کلی، هرچه اندازه دانه های مگنتيت کوچکتر باشد، بازدهی فرایند بيشتر است، اما اتلاف مگنتيت (به دليل دشوار بودن بازیابی ذرات مگنتيت در فرایند) افزایش می یابد. بر اساس استانداردهای جهانی 0.5 تا 1.5 کيلوگرم مگنتيت به ازای هر تُن زغالسنگ اتلاف می شود که مقدار آن متناسب با دانه بندی زغالسنگ است؛ هرچه زغالسنگ در مرحله آماده سازی بيشتر خُرد شود، اتلاف مگنتيت در فرایند بيشتر است به نحوی که برای فراوری زغالسنگ معادن کانادا اتلاف تا 0.6 کيلوگرم در هر تُن زغالسنگ افزایش می یابد.
[1] Coke Strength after Reaction
ذخایر زغالسنگ ایران
طبق آمارها ایران به لحاظ ذخایر زغالسنگ در جهان رتبه ۳۰ و دارای ذخایر عظيم زغالسنگ های کک شو و حرارتی بخصوص در دو منطقه طبس و البرز است[5]. شایان ذکر است که بيش از 76 درصد ذخایر زغالسنگ کشور در حوزه طبس وجود دارد. ناحيه پروده طبس دارای بزرگترین ذخيره زغالسنگ کک شوی کشور با ذخيره قطعی 835 ميليون تُن است. توسعه معادن زغالسنگ کشور همزمان با راه اندازی شرکت ذوب آهن اصفهان در دهه40 شمسی آغاز شد، چراکه روش توليد فولاد در کوره بلند ذوب آهن اصفهان با استفاده از کک صورت می گيرد. به طور کلی، حدود 540 کيلوگرم کک و 900 کيلوگرم کنسانتره زغالسنگ کک شو برای توليد هر تُن چدن مصرف می شود. کيفيت کنسانتره زغالسنگ تعيين کننده کيفيت کک توليدی، بازدهی کوره بلند و در نتيجه هزینه تمام شده فولادسازی را تعیین می کند. برخی عوامل تأثيرگذار بر کيفيت زغالسنگ نظير درجه بلوغ، قابل تغيير نيست. اما امكان کنترل عواملی مانند درصد گوگرد و خاکستر طی فرایندهای فراوری وجود دارد. علیرغم برخورداری از درجه بلوغ مناسب، خاکستر و گوگرد زغالسنگ معادن ناحيه پروده بسيار بالاست و لذا امكان صادرات آن به بازارهای جهانی بسيار محدود است.
بررسی زنجیره ارزش زغالسنگ در کشور
ذخایر زمين شناسی زغالسنگ در کشور 11تا 14ميليارد تُن و ذخایر قطعی آن حدود 1/1 ميليارد تُن است که بيش از 76 درصد آن در استان خراسان جنوبی (شهرستان طبس) متمرکز است. ایران دارای ذخایر زغالسنگ از هر دو نوع حرارتی و کک شو است. شكل زیر موقعيت ذخایر زغالسنگ را در حوزه طبس نشان می دهد[6].
معادن زغالسنگ ایران
مجموع ظرفيت اسمی معادن زغالسنگ کشور حدود 6.8 ميليون تُن زغالسنگ خام است که در حال حاضر با45 درصد ظرفيت اسمی فعال هستند. با توجه به تأمين بخشی از کنسانتره زغالسنگ مورد نياز کشور از محل واردات، توليد 5.1 ميليون تُن چدن نياز به حدود 9.5 ميليون تُن زغالسنگ خام دارد. شایان ذکر است که واحدهای زغالشویی غالباً به ضریب 0.55 اقدام به موازنه زغالسنگ خام و کنسانتره زغالسنگ می کنند.
بر خلاف زغالسنگ کک شو که در صنعت فولاد برای توليد کک جهت شارژ در کوره بلند استفاده می شود، زغالسنگ حرارتی مصارف گسترده ای به عنوان سوخت در نيروگاه های برق، توليد سيمان و صنایع فروآلياژی دارد. به طور کلی، زغالسنگ های با درجه بلوغ بيتومينی و مواد فرّار متوسط، دارای قابليت کک شوندگی و مصرف در صنعت فولاد هستند؛ زغالسنگ های با درجه بلوغ پایين تر به عنوان سوخت مصرف می شوند. حوزه طبس دارای ذخایر عظيمی از زغالسنگ های حرارتی و کک شو است. ذخایر پروده و نایبند از نوع کک شو و ذخایر مزینو و آبدوغی از نوع حرارتی هستند. جدول ذیل توزیع ذخایر زغالسنگ را در استان های کشور نشان می دهد.
زنجيره ارزش زغالسنگ کک شو در کشور تكميل شده است اما موازنه آن فاصله زیادی با اهداف کمّی طرح جامع زغالسنگ دارد. طرح های توسعه معادن زغالسنگ و کارخانجات زغالشویی کشور بر اساس هدف گذاری توليد 5.25 ميليون تُن زغال سنگ جهت تهیه چدن در کوره بلند در چشم انداز 1404تهيه شده اند.(در افق چشم انداز 1404 تولید فولاد خام 55 میلیون تن پیش بینی شده كه 1/5 میلیون تن آن به روش کوره بلند است)
احيای سنگ آهن در کوره بلند با استفاده از کک زغالسنگ صورت میگيرد. زغالسنگ استخراج شده از معدن، پس از فراوری به واحدهای ککسازی انتقال می یابد. ضرایب تبدیل محصولات در زنجيره ارزش زغالسنگ به شرح جدول ذیل است
تولید زغالسنگ در ایران
طبق آمارها ایران به لحاظ تولید زغالسنگ با تولید سالانه حدود 1.8 میلیون تن رتبه ۴۲ را داراست[5]. در حال حاضر، شرکت ذوب آهن اصفهان مصرف کننده عمده زغالسنگ های کک شو در کشور است. این شرکت با هدف دستيابی به سياليت مناسب در خوراك واحد کک سازی از اواسط دهه 70 ميلادی اقدام به اختلاط زغالسنگ معادن داخلی با 20-30درصد زغالسنگ باکيفيت خارجی کرده است و بدین ترتيب توانسته CSRکک توليدی خود را به حدود 65 درصد برساند. در حال حاضر، بزرگترین تأمين کننده داخلی زغالسنگ این شرکت معادن حوزه طبس است. در سال های گذشته به دليل تأمين نشدن سنگ آهن مورد نياز ذوب آهن، این شرکت تنها با بخشی از ظرفيت اسمی به توليد پرداخته است.
نمودار زیر تغییر در روند تولید زغالسنگ در 30 سال گذشته را نشان می دهد. همانطور که ملاحضه میشود مقدار تولید زغالسنگ تا سال 2007 (1375) روند صعودی داشته است و به بیشترین مقدار خود حدود 1.735 میلیون تن رسیده است، اما بعد از با یک افت به کمترین مقدار خود (968 هزار تن) در سال 2014 (1382) رسیده است.
زغالسنگ معادن این حوزه دارای بلوغ مناسب و سياليتی مشابه با سياليت زغالسنگ های باکيفيت استراليایی است. با این حال، CSR زغالسنگ معادن طبس بسيار کمتر از زغالسنگ های باکيفيت خارجی است؛ این مهم می تواند به دليل حضور مقادیر زیاد خاکستر در ذخایر طبس باشد که موجب افزایش واکنش پذیری کک توليدی می شود. خاکستر تأثير دوگانه بر واکنش پذیری کک دارد:
1) خاکستر با کاهش سياليت زغالسنگ موجب افزایش واکنش پذیری کک می شود.
2) برخی مينرال های معدنی نظير ، و دارای خاصيت کاتالسيتی برای واکنش کک با گاز اکسيژن در کوره بلند هستند و موجب افزایش واکنش پذیری کک می شوند.
به عبارت دیگر، اگرچه ميزان و ترکيب شيميایی خاکستر زغالسنگ پارامتری مستقل از سياليت است اما بر واکنش پذیری و CSR کک مؤثر است.
چالش های ذخایر زغالسنگ
درصد بالای گوگرد، خاکستر و اکسيدهای قليایی سه مشكل اصلی ذخایر زغالسنگ پروده برای ورود به بازارهای خارجی است؛ البته گوگرد با اختلاف زیاد، اصلی ترین مشكل این ذخایر است. گوگرد در کنسانتره زغالسنگ توليدی از معادن پروده معمولاً بيش از 1.7 درصد است. پيش بينی می شود که در صورت کاهش ميزان گوگرد به زیر 1.3 درصد با استفاده از فرایندهای نوین فراوری زغالسنگ، ارزش قيمتی کنسانتره زغالسنگ توليدی در ناحيه پروده طبس تا 50 درصد افزایش یابد. شایان ذکر است که ارتقای کيفيت کنسانتره زغالسنگ با استفاده از روش های نوین فراوری موجب متضرر شدن مصرف کننده داخلی نخواهد شد، چراکه واحدهای کک سازی نيز به تبع افزایش کيفيت زغالسنگ داخلی، نياز کمتری به واردات زغالسنگ گران قيمت خارجی خواهند داشت. از طرفی، افزایش بازدهی کوره بلند به دليل ارتقای CSRکک توليدی موجب کاهش مصرف کک می شود که افزایش قيمت زغالسنگ را تا حد زیادی جبران می کند[6].
فرایندهای سنتی فراوری زغالسنگ مبتنی بر اختلاف زغالسنگ و خاکستر در برخی خواص فيزیكی نظير چگالی و کشش سطحی است. با توجه به مشخصات ذخایر زغالسنگ طبس و البته محدودیت های روش های سنتی فراوری زغالسنگ خام، در حال حاضر، امكان حذف گوگرد و خاکستر با کيفيتی که قابل رقابت با زغالسنگ های وارداتی باشد، وجود ندارد. عدم رغبت فولادسازان بزرگ دنيا به مصرف زغالسنگ های پُرگوگرد و فراهم نبودن امكان صادرات زغالسنگ کک شوی ایران، موجب شده است که اساساً نظام قيمت گذاری مشخصی برای زغالسنگ ایران وجود نداشته باشد.
وضع جرائم بر کيفيت یک محصول نيز صرفاً دارای ابعاد فنی و مالی کوتاه مدت نيست، بلكه پایه و اساس تدوین نقشه راه، طرح های توسعه ای و ارتقای کيفيت محصول در بلندمدت است. شاخص های کيفی مورد توافق در نظام قيمت گذاری کنونی تا حدودی در تضاد با موازین علمی حوزه زغالسنگ است. نظام قيمت گذاری کنونی زغالسنگ در ایران به طور غيرمستقيم به مقوله کيفيت کک می پردازد و لذا دقت و کارآمدی پایين تری دارد.
عدم پيش بينی جرائم برای متغيرهای مهمی نظير اکسيدهای قليایی از ریسک های این نظام قيمت گذاری است. اگرچه نظام کنونی قيمت گذاری به قيمتی منصفانه برای زغالسنگ های ایران منتج می شود، اما مسير سرمایه گذاری های آتی بر روی طرح های تحقيق و توسعه در بخش فراوری زغالسنگ را تا حدود زیادی از مسير صحيح خارج میکند. با این حال، تحقق این نظام قيمت گذاری علیرغم وجود برخی ایرادات، گامی مثبت در مسير توسعه معادن و کارخانه های فراوری زغالسنگ است
راهکارهای بهبود وضعیت صنعت زغالسنگ
سرمایه گذاری های آتی در زنجيره ارزش زغالسنگ باید در دو بخش متمرکز شود تجهيز معادن ناحيه پروده و افزایش توليد زغالسنگ خام در کشور و توسعه فناوری های نوین زغالشویی جهت کاهش گوگرد کنسانتره به کمتر از 1.3 درصد. در این گزارش تلاش شده است تا ضمن بررسی جوانب فنی و اقتصادی مقوله کيفيت برای زغالسنگ معادن ناحيه پروده، اهميت توسعه فناوری های نوین فراوری زغالسنگ برای سياست گذاران بخش معدن کشور و ذینفعان (توليدکنندگان و مصرف کنندگان زغالسنگ) تبيين شود. در این راستا، سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی (ایميدرو) باید توسعه فناوری های نوین فراوری زغالسنگ نظير روش های بيولوژیک و شيميایی را به صورت یک طرح اولویت دار در دستور کار قرار دهد. در دو دهه گذشته، طرح های تحقيقاتی متعددی با هدف گوگردزدایی و خاکسترزدایی از زغالسنگ های کشور صورت گرفته است.
به منظور استفاده حداکثری از ظرفيت های داخلی، ایميدرو باید با برگزاری یک همایش تخصصی در زمينه فراوری زغالسنگ، از متخصصان این حوزه جهت عرضه دستاوردهای خود در مقياس دانشگاهی و پایلوت دعوت به عمل آورد. پس از تحلیل دقيق وضعيت توسعه فناوری در کشور، ایميدرو باید با هدف ارتقای بهره وری دولت و جلوگيری از موازی کاری با بخش خصوصی، با استناد به تبصره «3» ماده ( 3) قانون اجرای سياست های کلی اصل چهل وچهارم قانون اساسی، به سرمایه گذاری مشترك با بخش خصوصی اقدام کند.
کشورهای صادر کننده زغالسنگ جهان
تحلیل ها نشان می دهد در سال 2019 اندونزی بیشترین صادرات را انجام داده است و همچنین بیشترین رشد را داشته است و 21 میلیون تن به رقم سال قبل افزوده است. کشورهای دیگر شامل استرالیا ، آفریقای جنوبی و فیلیپین بیشترین افزایش صادرات را دارا بودند. برعکس ، ایالات متحده بیشترین کاهش صادرات را داشته است ، با یک پنجم کمتر از سال قبل ، به دلیل کاهش استخراج در یکی از معادن اصلی و خشکسالی که باعث کاهش بهره برداری شد[9].
کشورهای وارد کننده زغالسنگ
آمار در سال 2019 چین و هند به ترتیب با 298 و 247 میلیون تن دو واردکننده اصلی زغالسنگ بوده اند. هر دو با مقادیر به ترتیب 6.3 و 11 درصد بالاتر از سال قبل را داشته اند. بیشترین رشد واردات در ویتنام اتفاق افتاده است ، این کشور تقریباً دو برابر حجم زغالسنگ وارداتی را به خود اختصاص داده است ، اکنون 44 میلیون تن (21 میلیون تن بیشتر از سال قبل و 94.8 درصد رشد). لازم به ذکر است ایران به دلیل حجم کم واردات زغالسنگ، رتبه چشمگیری در بین کشورهای دنیا ندارد.
واردات زغالسنگ در ایران
با اشاره به واردات ۵۰۰ هزارتنی زغالسنگ به کشور، میتوان گفت تولید کنسانتره زغالسنگ در کشور حدود یک میلیون و ۸۰۰ هزار تن در سال 1398 بوده در حالی که مصرف زغالسنگ کشور رقمی حدود دو میلیون و ۳۰۰ هزار تن است و با توجه به این ارقام، کشور سالانه حدود ۵۰۰ هزار تن از زغالسنگ مورد نیاز کشور را از طریق واردات تامین میکند. باتوجه به اینکه ذخایر موجود کشور پاسخگوی نیاز داخلی می باشد.بنابراین با افزایش تولید داخلی، کشور از واردات زغالسنگ بی نیاز خواهد شد[5].
زغالسنگ در افق 1404
توليد 1.5 میلیون تُن فولاد خام در ذوب آهن اصفهان و بخش خصوصی در چشم انداز 1404بر اساس توليد 5.25 ميليون تُن چدن خواهد بود. ، با توجه به مطالعات انجام شده حدود 3.25 ميليون تُن کک و 4.73 میلیون تُن کنسانتره زغالسنگ برای توليد این ميزان چدن مورد نياز است که حتی در صورت ادامه تأمين 25درصد نياز کشور از محل واردات حدود 3.5 ميليون تُن کنسانتره باید از محل واحدهای زغالشویی داخلی تأمين شود. بدین منظور، ظرفيت توليد معادن زغالسنگ کشور در سال 1404 باید به حدود 7 ميليون تُن برسد. ظرفيت های ایجاد شده در زنجيره ارزش زغالسنگ در کشور به شرح جدول ذیل است؛
با احتساب 12درصد نرمه، ميزان کک مورد نياز برای توليد 5.1 ميليون تُن چدن حدود 3.25 ميليون تُن است. در حال حاضر مجموع ظرفيت واحدهای کک سازی کشور 3.5 ميليون تُن است که با تكميل طرح های در دست اجرا تا سال 1400 ظرفيت توليد کک کشور به 3.9 ميليون تُن خواهد رسيد. به عبارت دیگر، زنجيره ارزش زغالسنگ در این بخش تكميل شده است. همچنين، ظرفيت کنونی واحدهای زغالشویی کشور تنها 800 هزار تُن با نياز کشور در چشم انداز 1404فاصله دارد که به نظر می رسد با بهره برداری از واحدهای زغالشویی بخش خصوصی در طبس، زنجيره ارزش زغالسنگ در این بخش نيز تكميل شود. به نظر می رسد که راه اندازی واحدهای زغالشویی جدید با هدف فراوری زغالسنگ حرارتی نظير ذخایر ناحيه مزینو و آبدوغی ضروری باشد.
عوامل مؤثر بر كيفيت كك (و نظام قیمتگذاری زغالسنگ)
الف) استحكام باقيمانده كك (CSR)
کيفيت زغالسنگ بر اساس کيفيت ککِ توليدی تعریف می شود. در کوره بلند شرکت ذوب آهن اصفهان، مواد شارژ کوره (کک + سنگ آهن)، از بالا به سمت پایين و گاز اکسيژن در جهت معكوس حرکت می کند. کک که دارای ساختاری شبه کریستالی از اتم های کربن است، با اکسيژن واکنش می دهد و گاز احياکننده COرا توليد می کند؛ این واکنش موجب کاهش استحكام دانه های کک و خُرد شدن آنها می شود. گفتنی است که استحكام مناسب کک، تضمين کننده نفوذپذیری حداقلی شارژ کوره بلند برای عبور گازها به سمت بالاست. لذا، عدم افت سریع استحكام کک در کوره بلند امری ضروری است؛ این ویژگی با کميت CSRاندازه گيری می شود. در واقع، CSR مهمترین معيار تعيين کننده عملكرد کک در کوره بلند است؛ انواع باکيفيت کک دارای CSRبالای 65 درصد هستند. برای توليد کک با CSRبالا، زغالسنگ باید دارای سياليت مناسب (Y>16) و در نتيجه ضریب تورم بالا (FSI>7.5) باشد؛ نظر به وابسته بودن کميت های فوق، همواره یكی از کميت های فوق در نظام قيمت گذاری (پاداش و کسر قیمت) لحاظ می شود. نكته حائز اهميت دیگر آنكه بلوغ زغالسنگ دارای بيشترین تأثيرگذاری بر کميت های فوق و در نتيجه CSRکک توليدی است.
ب) خاكستر
ترکيب شيميایی زغالسنگ تأثيرگذار بر کيفيت کک است. خاکستر به دو طریق موجب کاهش CSRزغالسنگ می شود:
.1حضور خاکستر در کنسانتره زغالسنگ (خوراك واحدهای کک سازی) موجب کاهش سياليت در باتری کک سازی و در نتيجه افت CSRککِ توليدی می شود. به طور کلی، یک درصد افزایش خاکستر کنسانتره زغالسنگ موجب 2-3درصد افت CSRکک می شود. انواع باکيفيت زغالسنگ کک شو، دارای حداکثر 8.5 درصد خاکستر هستند به نحوی که زغالسنگ با خاکستر بالای 11درصد در صنعت فولاد مصرف نمی شود. حد پذیرش خاکستر کنسانتره زغالسنگ در کشور 10.5 درصد است که به ازای هر درصد افزایش ميزان خاکستر 2درصد (برای خاکستر زیر 12.5 درصد) یا 5درصد (برای خاکستر بيش از 12.5 درصد) کسر قیمت وضع می شود. به عبارت دیگر، حد بالایی برای خاکستر جهت مردود کردن زغالسنگ در 33 کشور تعيين نشده است و واحدهای کک سازی با کسر جرائم نسبت به خریداری زغالسنگ اقدام می کنند. به عنوان مثال، زغالسنگی با 13.5 درصد خاکستر با وضع 9درصد کسر قیمت خریداری می شود.
.2برخی مواد معدنی حاضر در کک نظير ، و به دليل برخورداری از خاصيت کاتاليستی موجب افزایش واکنش پذیری کک در کوره بلند می شود که به تسریع افت استحكام دانه های کک می انجامد. به عبارت دیگر، علاوه بر درصد خاکستر کنسانتره زغالسنگ، ترکيب شيميایی آن نيز حائز اهميت است. متأسفانه، مقدار + در معادن زغالسنگ کشور به خصوص معادن ناحيه پروده بسيار بالاست؛ حد مجاز اکسيدهای قليایی در انواع باکيفيت زغالسنگ 1.8 درصد است در صورتی که ميزان آن در ذخایر پروده 4-5 درصد است. به نظر می رسد که CSRنسبتاً پایين زغالسنگ های معيار عملكرد مناسب کک در کوره بلند CSRاست. اهميت مشخصات زغالسنگ از منظر ارتقای عدد CSRکک است؛ لذا، نظام قيمت گذاری زغالسنگ های کک شو در وهله اول باید تضمين کننده CSRکک توليدی باشد. پيش بينی CSRکک بر اساس مشخصات زغالسنگ نخستين بار در شرکت فولادی نيپون ژاپن با در نظر گرفتن سه متغير انجام شد:
- سياليت: که وابستگی شدید با درجه بلوغ (و تا حدودی به ميزان خاکستر) زغالسنگ دارد.
- درصد خاکستر
- درصد مواد معدنی بازی
در نظام قيمت گذاری، زغالسنگ های کک شوی باکيفيت CSRزیر 62 درصد مردود است و برای CSR زیر 68 درصد کسر قیمت اندکی (0.3 درصد در هر واحد افت) پيش بينی شده است. در این نظام جریمه هایی برای ميزان + پيش بينی نشده است که احتمالاً به دليل مقدار بسيار پایين آن در ذخایر استراليا است. همچنين، جرائم بر خاکستر و مواد فرّار تنها پس از اطمينان از عدد CSRوضع می شود. این در حالی است که نظام قيمت گذاری زغالسنگ کشور تلاش دارد تا کيفيت کک را به طور غيرمستقيم (بدون لحاظ کردن CSR ) و وضع جرائم سنگين بر مشخصات زغالسنگ نظير سياليت، خاکستر و مواد فرّار تضمين نماید. از طرفی، این نظام قيمتگذاری نسبت به مشخصات بومی معادن زغالسنگ کشور به خصوص ميزان بالای اکسيدهای قليایی + معادن پروده بی توجه است و نسخه ای مشابه زغالسنگ معادن استراليا تجویز می کند.
ج)رطوبت
رطوبت زیاد کنسانتره موجب افزایش مصرف انرژی در واحدهای کک سازی می شود. به منظور جلوگيری از اتلاف انرژی، در کشورهای توسعه یافته، معمولاً یک مرحله رطوبت گيری (خشک کن) قبل از شارژ از معادن پروده (به رغم برخورداری از سياليت مناسب) به دليل حضور مقادیر زیاد مواد معدنی بازی باشد زغالسنگ داخل کوره کک سازی پيش بينی می شود. حد پذیرش رطوبت برای زغالسنگ های باکيفيت استراليا 10درصد است و 1.2 درصد کسر قیمت برای هر درصد افزایش رطوبت وضع می شود. احداث واحد خشک کردن در کارخانه های کک سازی به دليل قيمت پایين انرژی در کشور فاقد توجيه اقتصادی است. حضور گوگرد در زغالسنگ موجب افزایش مصرف کک در کوره بلند، افزایش زمان تصفيه و در نتيجه افزایش هزینه توليد می شود.
د)گوگرد
گوگرد به چهار نوع کلی در زغالسنگ یافت می شود:
- پيریت ((FeS2
- گوگرد آلی
- مواد معدنی سولفاتی
- گوگرد عنصری
سهم سولفات ها و گوگرد عنصری از کل گوگرد زغالسنگ ناچيز است.
50 تا70 درصد گوگرد زغالسنگ معادن ناحيه پروده از نوع پيریت و مابقی آلی است. پيریت با سه مورفولوژی کلی در زغالسنگ وجود دارد:
- ذرات درشت
- دانه های ریز و مجتمع (نزدیک به هم)
- دانه های ریز و پراکنده.
هرچه اندازه ذرات پيریت حاضر در زغالسنگ ریزتر باشد، حذف آن از کنسانتره دشوارتر است. متأسفانه، بخش قابل توجهی از پيریت حاضر در ذخایر ناحيه پروده دارای مورفولوژی ریز و پراکنده هستند که امكان حذف آن با کارخانه های زغالشویی محدود است. کنسانتره توليدی از زغالسنگ معادن پروده دارای 1.5 تا 2 درصد گوگرد است. به دليل مقررات زیست محيطی حاکم بر کشورهای توسعه یافته و اخيراً کشورهای در حال توسعه ای نظير چين و هند و نيز افزایش هزینه های توليد ناشی از گوگرد بالای کک، زغالسنگ کک شوی ایران در شرایط کنونی به سختی قابل عرضه در بازارهای خارجی است.
چالش های حاکم بر نظام قیمت گذاری و تجارت زغال ایران
عدم رغبت فولادسازان بزرگ دنيا به مصرف زغالسنگ های پُرگوگرد و فراهم نبودن امكان صادرات زغالسنگ کک شوی ایران، موجب شده است که اساساً نظام قيمت گذاری مشخصی برای زغالسنگ ایران وجود نداشته باشد. وضع جرائم بر كيفيت يك محصول صرفاً داراي ابعاد فني و مالي كوتاه مدت نيست، بلكه پايه و اساس تدوين نقشه راه، طرح هاي توسعه اي و ارتقاي كيفيت محصول در بلندمدت است. متأسفانه، شاخص های کيفی مورد توافق در نظام قيمت گذاری کنونی تا حدودی در تضاد با موازین علمی حوزه زغالسنگ است. در این گزارش تلاش شده است تا اهميت کميت CSRکک بر عملكرد کوره بلند و تأثير متغيرهای کيفی زغالسنگ بر CSR تشریح شود. هدف غایی زنجيره ارزش زغالسنگ های کک شو در بخش فنی ارتقای CSRکک است، اما کسر قیمت ها نه بر CSR بلكه بر متغيرهای مؤثر بر آن وضع شده است؛ به عبارت دیگر، نظام قيمتگذاری کنونی زغالسنگ در ایران به طور غيرمستقيم به مقوله کيفيت کک می پردازد و لذا دقت و کارآمدی پایين تری دارد. عدم پيش بينی جرائم برای متغيرهای مهمی نظير اکسيدهای قليایی از ریسک های این نظام قيمت گذاری است. اگرچه نظام کنونی قيمت گذاری به قيمتی منصفانه برای زغالسنگ های ایران منتج می شود، اما مسير سرمایه گذاری های آتی بر روی طرح های تحقيق و توسعه در بخش فراوری زغالسنگ را تا حدود زیادی از مسير صحيح خارج می کند. با این حال، تحقق این نظام قيمت گذاری علیرغم وجود برخی ایرادات، گامی مثبت در مسير توسعه معادن و کارخانه های فراوری زغالسنگ است.
طرح های توسعه ای لازم جهت رشد صنعت زغالسنگ ایران
سرمایه گذاری های آتی در زنجيره ارزش زغالسنگ باید در دو بخش متمرکز شود.
- تجهيز معادن ناحيه پروده و افزايش توليد زغالسنگ خام در كشور: این امر از مهمترین ضروریات زنجيره ارزش زغالسنگ در کشور است به نحوی که در صورت عدم تحقق برنامه های پيش بينی شده در بخش تجهيز معادن، به دليل افزایش توليد شرکت ذوب آهن اصفهان و آغاز بهره برداری از کوره بلند سایر شرکت های خصوصی، کشور نياز به واردات گسترده زغالسنگ در سال های پيش رو خواهد داشت. کميت و کيفيت تجهيز معادن زغالسنگ موضوع این گزارش نيست.
- توسعه فناوري هاي نوين زغالشويي جهت كاهش گوگرد كنسانتره به كمتر از 1.3 درصد: برآوردها حاکی از آن است که در صورت تحقق این هدف، قيمت زغالسنگ معادن پروده در شرایط تحریمی حدود 130دلار در هر تُن و در شرایط غيرتحریمی حدود 150دلار در هر تُن خواهد بود.
توزیع زغالسنگ در بورس کالا
شرکت های پذیرفته شده زغالسنگ در بورس کالا، عبارتند از معادن زغالسنگ کرمان، کک سازی زرند و واحد کک ذوب آهن اصفهان می باشند و زغالسنگ در بورس کالا عرضه نمی شود.
قیمت زغالسنگ در ایران
شاخص قیمت زغال سنگ کک شو در بنادر استرالیا سه شنبه هفته گذشته با جهش قابل ملاحظه 6.3 دلاری مواجه و به محدوده 120 دلار نزدیک شد که رکورد قیمتی در 5 ماه اخیر است.
در ایران قیمت زغال سنگ کک شو، بعنوان ضریب 26.5% از شمش فولاد خوزستان محاسبه شده، لکن صادرات زغال روندی افزایشی داشته و تابع قیمت های جهانی است]11[.
کارگروه تخصصی معدنی شهید حسام خوشنویس
زمستان 1399