الکترود گرافیتی؛ گلوگاه راهبردی زنجیره فولاد و معدن

به گزارش تحریریه معدن خبرگزاری صدا و سیما، سید محمد اتابک، وزیر صنعت، معدن و تجارت، تولید داخلی الکترود گرافیتی علاوه بر صرفه‌جویی ارزی، موجب افزایش تاب‌آوری صنعت فولاد در برابر شوک‌های خارجی می داند.

الکترود گرافیتی از گرافیت خالص ساخته می‌شود و وظیفه اصلی آن انتقال جریان الکتریکی بسیار قوی به داخل کوره و ایجاد قوس الکتریکی برای ذوب قراضه آهن یا آهن اسفنجی است. به دلیل شرایط بسیار سخت کاری، الکترود گرافیتی باید هم‌زمان دارای هدایت الکتریکی بالا، مقاومت مکانیکی مناسب، پایداری شیمیایی و تحمل دماهای بسیار بالا تا حدود سه هزار درجه سانتی‌گراد باشد. به همین علت، تولید این محصول نیازمند فناوری پیشرفته، مواد اولیه خاص و دانش فنی پیچیده است و تنها تعداد محدودی از کشورها توان تولید صنعتی آن را دارند.

الکترودهای گرافیتی بر اساس توان تحمل جریان به انواع مختلفی از جمله معمولی، پرقدرت و فوق‌پرقدرت تقسیم می‌شوند که هر کدام بسته به ظرفیت و تکنولوژی کوره‌های قوس الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. امروزه با گسترش استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی به‌عنوان روش کم‌مصرف‌تر و سازگارتر با محیط زیست نسبت به کوره‌های بلند، اهمیت این محصول بیش از گذشته افزایش یافته است و تقاضای جهانی آن روندی رو به رشد دارد.

فرآیند تولید الکترود گرافیتی فرآیندی چندمرحله‌ای، زمان‌بر و سرمایه‌بر است. مواد اولیه اصلی آن شامل کک سوزنی به‌عنوان ماده کربنی پایه و قیر صنعتی به‌عنوان ماده چسباننده است. پس از آماده‌سازی و اختلاط مواد، مخلوط به شکل الکترود قالب‌گیری شده و در کوره‌های مخصوص تحت عملیات پخت اولیه قرار می‌گیرد. در مرحله بعد، قطعات وارد فرآیند گرافیتی‌سازی می‌شوند که در آن دما تا حدود ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد و ساختار کربنی به گرافیت بلوری تبدیل می‌شود. در نهایت، الکترودها ماشین‌کاری و آماده استفاده در کوره‌های صنعتی می‌شوند. کیفیت هر یک از این مراحل تأثیر مستقیم بر عمر مصرفی و عملکرد الکترود در فولادسازی دارد.

در سطح جهانی، بازار الکترود گرافیتی به‌شدت تحت تأثیر وضعیت صنعت فولاد قرار دارد. افزایش تمرکز کشورها بر کاهش آلایندگی و استفاده از فناوری‌های سبزتر باعث شده سهم کوره‌های قوس الکتریکی در تولید فولاد افزایش یابد و به تبع آن، مصرف الکترود گرافیتی نیز رشد کند. با این حال، این بازار با چالش‌هایی مانند نوسان قیمت مواد اولیه، محدودیت تولید کک سوزنی، مسائل زیست‌محیطی و سیاست‌های تجاری کشورها مواجه است.

در ایران، صنعت فولاد یکی از صنایع مادر و پیشران اقتصاد محسوب می‌شود و سال‌ها وابستگی کامل به واردات الکترود گرافیتی، یکی از نقاط ضعف اساسی این صنعت به‌ویژه در شرایط تحریم بوده است. نیاز سالانه کشور به این محصول ده‌ها هزار تن برآورد می‌شود و هرگونه اختلال در تأمین آن می‌توانست تولید فولاد را به‌طور مستقیم تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل، بومی‌سازی تولید الکترود گرافیتی همواره یکی از مطالبات اصلی فعالان صنعت فولاد و سیاست‌گذاران صنعتی بوده است.

در سال‌های اخیر، با راه‌اندازی نخستین واحد صنعتی تولید الکترود گرافیتی در کشور، این هدف راهبردی وارد مرحله عملیاتی شد.

وزیر صنعت، معدن و تجارت، این طرح را اقدامی اساسی در مسیر تکمیل زنجیره ارزش فولاد و کاهش وابستگی به واردات دانسته و تأکید کرده است که تأمین پایدار نهاده‌های کلیدی فولاد، شرط اصلی توسعه صنعتی کشور محسوب می‌شود.

همچنین محمد مسعود سمیعی‌نژاد، رئیس هیئت عامل سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران (ایمیدرو) ، تولید الکترود گرافیتی در داخل کشور را نتیجه سال‌ها برنامه‌ریزی و تلاش متخصصان داخلی عنوان کرده و معتقد است این دستاورد نشان‌دهنده بلوغ صنعتی و فنی کشور در حوزه صنایع پیشرفته است. از نگاه وی، این موفقیت می‌تواند زمینه‌ساز توسعه سایر صنایع دانش‌بنیان وابسته به کربن و گرافیت نیز باشد.

مدیرعامل گروه فولاد مبارکه، نیز با اشاره به نقش این طرح در پایداری تولید فولاد، اعلام کرده است که تولید داخلی الکترود گرافیتی علاوه بر کاهش هزینه‌ها و خطر‌های تأمین، جایگاه ایران را در میان کشورهای دارای فناوری‌های پیشرفته فولادی ارتقا می‌دهد و موجب صرفه‌جویی قابل توجه ارزی در مقیاس ملی می‌شود.

به گفته سعید زرندی در حال حاضر نیاز گروه فولاد مبارکه در مجموعه شرکت‌های تولیدی حدود ۲۷ هزار و ۶۰۰ تن الکترود گرافیتی در سال است و این کارخانه با ظرفیت ۳۰ هزار تنی در مرحله اول، می‌تواند عمده نیاز این گروه را به‌طور کامل داخلی‌سازی کند. مرحله تولید آزمایشی با موفقیت انجام شده و آمادگی داریم از سال آینده کل نیاز الکترود را از داخل کشور تأمین کنیم.

با وجود این دستاوردها، چالش‌هایی همچنان وجود دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به محدودیت تأمین کک سوزنی با کیفیت بالا، مصرف بالای انرژی در فرآیند تولید و نیاز به توسعه مداوم فناوری اشاره کرد. عبور از این چالش‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری پایدار، همکاری میان دولت و بخش خصوصی و تقویت زیرساخت‌های تحقیق و توسعه است.

در مجموع، الکترود گرافیتی نه‌تنها یک کالای صنعتی، بلکه یک مؤلفه راهبردی در امنیت صنعتی کشور به شمار می‌آید. حرکت ایران به سمت تولید داخلی این محصول، گامی مهم در مسیر خودکفایی، کاهش آسیب‌پذیری صنعت فولاد و حضور فعال‌تر در بازارهای منطقه‌ای و جهانی محسوب می‌شود.

کاربردهای الکترود گرافیتی در معادن

الکترود گرافیتی در معادن به‌صورت مستقیم مثل فولادسازی مصرف انبوه ندارد، اما در فرآیندهای وابسته به استخراج و فرآوری مواد معدنی نقش کلیدی و فنی ایفا می‌کند. مهم‌ترین کاربرد آن در معادن، در حوزه‌هایی هست که نیاز به حرارت بسیار بالا، جریان الکتریکی قوی یا فرآیندهای الکتروشیمیایی وجود دارد.

یکی از کاربردهای اصلی الکترود گرافیتی در معادن، استفاده در کوره‌های قوس الکتریکی و کوره‌های ذوب معدنی است که برای ذوب و فرآوری مواد معدنی فلزی و نیمه‌فلزی به‌کار می‌روند. در معادن فلزاتی مانند فروآلیاژها (فرومنگنز، فروسیلیس)، مس، نیکل، کروم و برخی عناصر نادر، از کوره‌هایی استفاده می‌شود که الکترود گرافیتی جریان برق را به داخل کوره منتقل کرده و دمای بسیار بالا برای ذوب یا احیای ماده معدنی ایجاد می‌کند. در این حالت، الکترود گرافیتی عملاً قلب فرآیند حرارتی معدن به‌شمار می‌آید.

کاربرد مهم دیگر الکترود گرافیتی در فرآیندهای احیای الکتریکی و الکتروترمال مواد معدنی است. در برخی معادن، به‌ویژه در تولید فروآلیاژها و مواد اولیه صنایع فولاد و ریخته‌گری، احیای اکسیدهای فلزی با استفاده از جریان الکتریکی انجام می‌شود. الکترود گرافیتی به دلیل مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی و واکنش‌های شیمیایی، گزینه‌ای ایده‌آل برای این فرآیندهاست.

در معادن و صنایع معدنی پیشرفته، از الکترود گرافیتی در فرآیندهای الکترولیز نیز استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال در استخراج یا خالص‌سازی فلزاتی مانند مس، آلومینیوم (در بخش بالادستی بوکسیت و آلومینا)، نیکل و برخی فلزات خاص، الکترودهای کربنی و گرافیتی به‌عنوان آند یا کاتد در سلول‌های الکترولیتی به‌کار می‌روند. این کاربرد بیشتر در مرحله فرآوری معدنی است تا استخراج مستقیم ازمعدن.

در برخی معادن خاص و طر‌های فناورانه، الکترود گرافیتی در گرمایش الکتریکی سنگ و مواد معدنی کاربرد دارد. این روش برای آزادسازی مواد معدنی، کاهش تنش سنگ یا انجام آزمایش‌های ژئوتکنیکی و تحقیقاتی استفاده می‌شود. هرچند این کاربرد گسترده نیست، اما در معادن عمیق و طرحهای تحقیق و توسعه اهمیت پیدا کرده است.

همچنین الکترود گرافیتی در تجهیزات آزمایشگاهی و پایلوت‌های معدنی نقش مهمی دارد. در مراکز تحقیقاتی معادن، برای شبیه‌سازی شرایط واقعی ذوب، احیا یا واکنش‌های حرارتی مواد معدنی، از الکترودهای گرافیتی استفاده می‌شود تا رفتار ماده معدنی قبل از ورود به مقیاس صنعتی بررسی شود.

نتیجه گیری:

در مجموع، الکترود گرافیتی در بخش معدن اگرچه به‌صورت مستقیم در مرحله استخراج به کار نمی‌رود، اما نقشی تعیین‌کننده و غیرقابل جایگزین در فرآیندهای فرآوری، ذوب، احیا و تبدیل مواد معدنی ایفا می‌کند. این تجهیز به‌عنوان واسط اصلی انتقال انرژی الکتریکی و ایجاد حرارت‌های بسیار بالا، امکان بهره‌برداری اقتصادی از بسیاری از ذخایر معدنی فلزی و نیمه‌فلزی را فراهم می‌سازد و بدون آن، بخش قابل توجهی از فرآیندهای نوین معدنی عملاً امکان‌پذیر نخواهد بود. اهمیت الکترود گرافیتی در معادن به‌ویژه در تولید فروآلیاژها، فلزات اساسی و عناصر خاص، آن را به یک کالای راهبردی در زنجیره معدن تا صنعت تبدیل کرده است.

گزارش:فلاحتکار