Из чего сделана железная руда

Россия – земля, которую природа щедро одарила таким минеральным богатством как железная руда. Чтобы хотя бы примерно оценить это везение, достаточно представить роль металлических предметов в нашей жизни и перекинуть логический мостик к категориям производства.

Недаром времена, когда они только вошли в жизнь людей сотни веков назад, изменения в укладе и сознании человечества оказались настолько велики, что эпоха эта стала именоваться «железным веком».

Что такое железная руда и как она выглядит

Образования в земной коре, содержащие железо в более или менее чистом виде или его соединения с другими веществами: кислородом, серой, кремнием и др.

Рудой такие залежи называются тогда, когда добыча ценного вещества в промышленных масштабах является экономически выгодной.

Видов подобных минеральных образований очень много. Видовой лидер геологической породы – красный железняк или по-гречески гематит. Название в переводе с греческого означает «кроваво-красный», имеет химическую формулу – Fe₂O₃.

Оксид железа отличается сложным цветом от черного до вишневого и красного. Непрозрачный, может быть в пылевом состоянии и плотным (во втором случае обладает поверхностным блеском).

Разнообразен по форме – встречается в виде зерна, чешуек, кристаллов и даже розового бутона.

Образование железной руды

По происхождению в природе можно классифицировать полезные для человека железосодержащие минералы на несколько основных групп:

1. Магматогенные образования — формируются под воздействием высоких температур.
2. Экзогенные — зародились в речных долинах в результате осадков и выветривании горных пород.
3. Метаморфогенные — образуются на базе старых осадочных месторождений от высокого давления и жара.

Эти группы в свою очередь делятся на многочисленные подвиды.

Виды железных руд и их характеристики

С экономической точки зрения их классифицируют прежде всего по содержанию железа:

1. Высокое – более 55%. Это не природные образования, а уже промышленный полуфабрикат.
2. Среднее. Пример — аглоруда. Получают из богатого железом природного сырья через механическое воздействие.
3. Низкое – менее 20%. Это полученные в результате магнитного сепарирования.

Экономически немаловажно и место добычи руд:

1. Линейные — залегают в местах углублений земной поверхности, самые богатые железом, с малым содержанием серы и фосфора.
2. Плоскоподобные — в природе формируются на поверхности железосодержащих кварцитов.

По геологическим параметрам, помимо гематитов, широко распространены и активно используются:

1. Бурый железняк (nFe₂O₃ + nH₂O) – окись металла с участием воды на основе, обычно, лимонитов. Характерного грязно-желтоватого цвета, рыхлый, пористый. Ценного металла содержится от четверти до полсотни процентов. Немного — но вещество хорошо восстанавливается. Обогащается для дальнейшего изготовления хорошего чугуна.
2. Магнитный железняк, магнетит — природный оксид железа (Fe₃O₄). Распространены меньше гематитовых, но зато железа в них бывает более 70%. Бывают плотными и зернистыми, в виде вкрапленных в породу кристаллов, черно-синего цвета. Изначально соединение обладает магнитными свойствами, воздействие высоких температур их нивелирует.
3. Шпатовый железняк, содержащий сидерит FeCO_3.
4. В руде бывает большая доля глины, тогда это глинистый железняк. Редкий вид с относительно низким железо-содержанием и пустотами.

Месторождения железной руды в России

Самое крупное месторождение в мире – Курская магнитная аномалия. Природное творение настолько грандиозное, что к его осознанию шли с конца 16 века. Навигационные приборы сходили с ума от мощи электрического поля, воздействующего из-под земли на протяжении более 150 квадратных километров. Рудные запасы исчисляются миллиардным тоннажем.

В Оленегорском месторождении под Муромском разрабатываются залежи магнетитовых кварцитов.

На Кольском полуострове добывают магнетит, оливин, апатит и магнезиоферрит из Еиско-Ковдорского скопления, много рудников в Карелии на территории Костомукшского месторождения.

Одно из старейших мест добычи руды, которое можно обнаружить на карте России, расположено в Свердловской области. Оно поставляет материал с конца 18 столетия и называется Качканарская группа месторождений.

Наследие семьи предпринимателей петровской эпохи Демидовых активно преобразуется. В конце 20 века здесь стали разрабатывать Гусевогорское рудное скопление.

Запасы железной руды в мире

После грандиозного скопления под Курском самое масштабное явление среди подобных на мировой географической карте – полоса железных залежей Криворожского месторождения в Украине.

Карта месторождений железной руды в мире (для увеличения нажмите)

Далее по убыванию следует ресурс магнетитов на территории в районе шведского города Кируна – подарок вулканов, живших в древнейшие времена.

Богатства Лотарингского железорудного бассейна делят между собой три европейские страны – Франция, Люксембург и Бельгия.

В Северной Америке крупные рудники работают в Ньюфаундленде, Бель-Айленде и под Лабрадор-Сити. В Южной — места, богатые рудой, назвали Итабира и Каражас.

На северо-востоке Индии также имеются внушительные запасы руды, а на африканском континенте ее добывают в гвинейском городе Конакри.

Список распределения по странам выглядит так:

Добыча железной руды

Первый критерий способов добычи – где ведутся работы:

1. На земле: когда ископаемые залегают не более, чем в полукилометре от поверхности. В этом случае экономически выгоднее (и дороже для экологии) разрыть гигантские карьеры посредством взрывных работ и специальной техники. Это открытый способ добычи.
2. Под землей: большая погруженность руды в земные недра требует создания шахты. Закрытый способ добычи не так травматичен для экологической системы, но более трудоемкий и опасный для человека.

Извлеченную руду транспортируют на комбинат, где сырье измельчают для последующего обогащения. Происходит оттягивание железа из химических соединений с другими элементами.

Иногда для этого приходится пройти не один, а несколько процессов:

1. Гравитационная сепарация (частицы руды из-за разной физической плотности распадаются за счет механического воздействия на материал – дробления, вибрации, вращения и отсеивания).
2. Флотация (окисление равномерно измельченного сырья воздухом, присоединяющим к себе металл).
3. Магнитная сепарация:
4. примесь смывают потоком воды, а металл оттягивают магнитом – получается рудный концентрат;
5. продукт магнитной сепарации проходит флотацию – сырье выявляет еще половину железа в чистом виде.
6. Комплексный метод: использование всех указанных выше процессов, иногда и несколько раз.

Полученное в итоге горячебрикетированное железо отбывает на электрометаллургический комбинат, где принимает вид металлической заготовки стандартных форм или по индивидуальному заказу до 12 метров. А чугун отправляется в доменное производство.

Применение железной руды

Использование по прямому назначению – изготовление чугуна и стали.

А уж делают из них великое разнообразие самых разных вещей, окружающих нас: автомобили, офисная техника, трубопроводы, посуда и станки, художественная ковка и различные инструменты.

Заключение

Запасы железной руды обозначается на картах в виде равнобедренного треугольника с широким основанием черного цвета. Знак передает всю суть черной металлургии: это устойчивая основа современной производственной экономики, которую по-прежнему большинство финансистов считают истинной – в противоположность различным криптовалютным рынкам.

Среди большого количества природных ресурсов, которые человек использует для создания комфортных условий проживания, существуют минералы с металлическими примесями. Извлечение железных составляющих элементов из минеральных образований создало целую отрасль промышленности, без которой невозможно представить развитие научно-технического прогресса и жизнедеятельность современного человека. Основным ресурсом при добыче металла, на протяжении многих столетий, считается железная руда.

Состав

Элементы, из которых состоит железная руда, представлены в виде смесей с минеральными составляющими, без железа в чистом виде или металлических примесей. Они могут быть смешаны с частицами известняка, глины или других компонентов, образованных в результате извержений или других природных явлений. Чаще всего, руды встречаются в виде:

• сидерита, железного шпата;
• бурого железняка, который называют лимонитом, для него характерно озерное или болотное происхождение;
• гематита;
• магнетита.

Железные руды могут иметь вид различных соединений:

Поиск этих полезных составляющих элементов является кропотливым и трудоемким процессом. Более сложно извлечь металлические примеси из минералов.

В зависимости от количества полезных элементов, входящих в состав сырья, различают мономинеральные и полиминеральные руды.

Если мономинеральный ресурс включает в состав только один ценный минерал, то в полиминеральных ископаемых, важных составляющих металлов может быть более двух.

При наличии одного полезного минерала, железную руду называют простой, а при наличии нескольких элементов, такое сырье относят к комплексному виду. Входящие в состав комплексной руды, редкие металлические элементы, делают руду ценной и важной для извлечения и дальнейшего применения в машиностроении и приборостроении. Больше 80-ти химических элементов добывают из руды и применяют в производстве различного оборудования.

По преобладанию какого-либо из минеральных элементов, руду разделяют на:

• самородную;
• фосфатную;
• карбонатную;
• сульфидную;
• силикатную;
• оксидную;
• смешанную.

Из самородных руд добывают платину и золото. Геохимический железный состав и свойства таких минералов связаны с определенными горными породами. Эта связь способствует правильности выбора территориального расположения залежей золотосодержащих и других ценных видов руд.

В зависимости от промышленной ценности железных элементов, руда может быть вкрапленной или сплошной. Последняя, по составу, имеет большее соотношение ценных минералов к примесям или является разновидностью железного соединения, а вкрапленная – включает от 20 до 60 % частиц различных форм, которые необходимо извлечь из рудных пород.

Постоянный спрос на металлические изделия, с годами, корректирует минимальный процент содержания ценных минералов в руде, которую экономически выгодно добывать. Если в середине прошлого столетия вели разработку залежей с последующей переработкой железной руды, при содержании минералов не менее 60 %, то сегодня, благодаря современному оборудованию и постоянной потребности в сырье, используют руду, с содержанием метала, на уровне 25-30 %.

Классификация

Существует разделение полезных минералов, при котором они имеют вид:

• окатышей;
• агломератов;
• брикетов;
• рассыпчатой руды,
• полученной методом сепарирования.

Большое количество разнообразных по составу и происхождению минеральных ископаемых, требует распределения железных руд промышленного назначения по типам.

1. Магнетит-гематитовая в кварцитах. Такой минерал называют красным железняком. Залежи встречаются часто, имеют прочное строение кристаллов от вишнево-красного до красно-коричневого цвета. Поддается обработке очень сложно, имеет металлический блеск и характерную чешуйчатую или зернистую структуру.
2. Магно-магнетитовая в скарнах и магнетитовая руда. Структура этого минерала характерна тем, что при замещении железа на марганец, происходит увеличение структурных ячеек минерала. Может быть получена при воздействии высокой температуры в силикатной и карбонатной железных рудах.
3. Апатит-магнетитовый в карбонитах. Встречается со структурой кристаллов в виде иголок, призм, коротких столбцов или других форм. Часто содержит примеси различных металлов, в том числе редкоземельных элементов.
4. Именит-титаномагнетитовая в базитах и ультрабазитах, а также титаномагнетитовые минералы. Такой материал называют титанистым железняком, кристаллы могут иметь вид ромбоэндрических или пластинчатых форм. После извлечения теряет магнитные свойства, что очень важно для промышленной добычи.
5. Гетит-гидрогетитовые руды в корах выветривания. Порошкообразные, пластинчатые и игольчатые кристаллы, обычно бурого цвета, трудно поддаются плавлению паяльной лампой. Образуются под воздействием влияния атмосферных явлений.
6. Мартит-гидротеметитовые руды, которые образованы по кварцитам. Это минералы высокого сорта, образуются при окислении магнетита на большой глубине в гидротермальных растворах и при окислении в местах выветривания.

Применение данной классификации упрощает добычу и обработку железной руды, а также поиск полезных минералов, включающих в состав важные элементы.

Обогащение железных руд

В недрах земли железная руда хранится в первозданном виде, непригодном для использования человеком в народном хозяйстве. Чтобы отделить металлы от минералов, применяют метод обогащения. При этом используют свойства руд различного характера. В результате этого процесса, повышают концентрацию ценных минералов, а пустые и ненужные элементы удаляют. Технологический процесс обогащения состоит из нескольких отдельных операций, в результате чего получают минерал в том состоянии, которое необходимо.

В первую очередь, сортируют и предварительно обрабатывают сырье, полученное после разработки железных руд. К предварительным работам относят грохочение, дробление и обжиг. После этого, заготовки железной руды направляют на основную переработку, которая основана на различиях свойствах составляющих компонентов сырья:

• влагопоглощаемости;
• магнитной способности;
• плотности заготовок;
• промываемости;
• других специфических свойствах.

Процесс обогащения железной руды повышает концентрацию ценных элементов. Выполняют процедуру следующими методами:

Механические методы выделяют металлическое включение железной руды, используя дробление, размалывание или грохочение. Целью такой обработки является получение измельченного сырья определенной фракции. В зависимости от типа применяемого оборудования, получают заготовки грубого, среднего или тонкого помола.

Форма полученных частиц и состав гранул позволяет увеличить дисперсность ценных элементов, которые необходимо выделить в процессе обогащения. Железная руда, после обогащения механическими методами становится устойчивой к колебаниям температуры, имеет однородность смеси, улучшает глубину и скорость химических реакций при воздействии других элементов.

Механические методы обогащения руды могут выполняться посредством классификаторов лоточного или конусного типа. Железные включения иногда отделяют с использованием водной среды.

При обогащении физическими способами применяют методы отсадных машин, гравитации, тяжелых сред, магнитной и электростатической сепарации, концентрации и флотации. Последний из этих способов позволяет отделить в рудах гидрофобные элементы от гидрофильных частиц, при этом масляные капли или пузырьки газа соединяются с трудно смачиваемыми взвесями и поднимают их на поверхность. Флотация способствует получению высококонцентрированных соединений, благодаря взаимодействию с частицами тяжелых металлов.

Химическое обогащение применяют как для обработки самих руд, так и для рудных концентратов, полученных в результате механического или физического воздействия. Такую обработку выполняют посредством плавления, обжига или выщелачивания.

Метод плавления использует различные свойства металлов и способствует полному избавлению от пустых пород и концентрированию железных элементов. Обжиг используют, как предварительную обработку перед выщелачиванием, которое выполняют в водной среде или растворителе с применением и газообразных реагентов.

Извлечение металлических включений находящихся в руде после обогащения, выполняют, применяя электролиз или химическое осаждение. Возможно использование различных растворителей, которые отделят необходимый ценный элемент.

Область применения

Железная руда используется больше всего в металлургической промышленности для производства металлических изделий и конструкций. Пользующиеся спросом стальные профили и чугунные заготовки являются основной продукцией, полученной из руды. Ценные породы металлов используют в ювелирной отрасли, а редкоземельные компоненты, которые содержатся в некоторых видах сырья, нашли широкое применение в приборостроении.

Потребителями продукции, которая стала конечным товаром, изготовленным из железной руды, являются все отрасли народного хозяйства. Любые железные изделия от иголки до автомобиля, изготовлены из сырья металлургической промышленности. Трудно представить современный быт человека без металлических предметов, основой которых являются разные породы руд.

Месторождения и запасы

Залежи различных руд, из которых добывают ценные и простые металлы, разбросаны по всему миру. Запасы металлических примесей, по оценкам экспертов в мировом масштабе, составляют более восьмидесяти миллиардов тонн. Основные залежи расположены на территории таких стран как:

Самые богатые из месторождений, известных добычей железных руд – это Горно-обогатительные комбинаты, расположенные на территории Курской магнитной аномалии, которую считают самым крупным мировым источником ресурса. Кроме этого известны такие месторождения, как Белорецкое, Оленегорское, Костомукшское, Качканарское и Магнитогорское.

Характерным отличием железных руд, обнаруженных в последнем из перечисленных месторождений, является избыток серы в составе руды, чего нет у ископаемых, которые добывают в других местах. Именно этим она и представляет ценность.

В развитых странах, геологи занимаются поиском и находят рудные породы, а промышленники выполняют добычу и переработку руд в необходимое сырье. Некоторые слаборазвитые страны, которые располагают большими залежами железной руды, занимаются добычей и экспортом сырья. Например, Венесуэла добывает 20 млн. т полезных руд, большую часть которых, отправляет в США.

В последние годы изделия из металла стараются заменить новыми современными полимерными материалами. Однако это не уменьшает спрос на металлическое сырье, а лишь конкретизирует сферы, которые не могут обойтись без заготовок, изготовленных из железных руд.

Человек начал изготавливать и использовать изделия из железа в период «железного» века –примерно четыре тысячи лет назад. Сегодня железные руды –одно из наиболее распространенных полезных ископаемых. Пожалуй только угли и строительные материалы извлекаются из недр в больших объемах. Более 90% железных руд используются в черной металлургии для производства чугуна и стали.

Чугун — сплав железа с углеродом (2-4%), как правило, хрупок и содержит примеси кремния, марганца, серы, фосфора, а иногда легирующих элементов — хрома, никеля, ванадия, алюминия и др. Чугун получают из железных руд в доменных печах. Основная масса чугуна (свыше 85%) перерабатывается в сталь (предельный чугун), меньшая часть применяется для изготовления фасонного литья (литейный чугун).

Сталь – ковкий сплав железа с углеродом ( и легирующие добавки), основной конечный продукт переработки железных руд. Сталь обладает высокой прочностью, вязкостью, способностью легко изменять форму при горячей и холодной обработке давлением, приобретать в зависимости от химического состава и способа термической обработки нужные свойства: жаропрочность, сопротивление истиранию, коррозионную стойкость. Благодаря этому сталь является важнейшим конструкционным материалом.

Продукция черной металлургии применяется во всех сферах промышленного производства, но в основном в машиностроении и капитальном строительстве.

Железная руда является сырьем для производства черных металлов. Железную руду, извлеченную из недр, в горном деле принято называть «сырой рудой».

Железорудное сырье (ЖРС) – вид металлургического сырья, которое используется в черной металлургии для производства чугуна и металлизированного продукта (DRI и HBI), а также в незначительном количестве в выплавке стали. Железорудное сырье подразделяется на два вида – подготовленное (агломерированное) и неподготовленное (неагломерированное) сырье. Подготовленное ЖРС – это сырье готовое для использования в доменных печах для производства чугуна. Неподготовленное ЖРС является сырьем для производства агломерированного сырья. Неподготовленное ЖРС – это концентрат, доменная и аглоруда. Концентрат производится, в основном, в результате магнитной сепарации измельченной железной руды с низким содержанием железа. Извлечение железа в концентрат составляет в среднем около 80%, содержание железа в концентрате 60-65%.

Аглоруда (железорудная мелочь) вырабатывается из богатой руды с высоким содержанием железа в результате дробления, грохочения, дешламации, крупность -10 мм.

Доменная (крупнокусковая руда) также вырабатывается из богатой руды, крупность куска -70+10 мм. Железорудное сырье для доменного процесса подвергается агломерации и окускованию. Агломерат получают из аглоруды и концентрата, а для производства окатышей применяются только концентраты.

Окатыши производятся из железорудного концентрата с добавлением известняка в результате окомкования смеси (гранулы диаметром 1 см) и последующего обжига.

Горячебрикетированное железо не являются ЖРС, т.к. фактически это уже продукты металлургического передела. В качестве сырья для производства агломерата используются смесь из аглоруды, сидерита, известняка и железосодержащих отходов производства с высоким содержанием железа (окалина и др.). Смесь также подвергается окомкованию и спеканию.

Металлургическая ценность железных руд и концентратов определяется содержанием в них полезного компонента (Fe), а также полезных (Mn, Ni, Cr, V, Ti), вредных (S, P, As, Zn, Pb, Cu, K, Na) и шлакообразующих (Si, Ca, Mg, Al) примесей. Полезные примеси являются естественными легирующими элементами стали, улучшающими ее свойства. Вредные примеси или ухудшают свойства металла (сера и медь придают металлу красноломкость, фосфор — хладоломкость, мышьяк и медь понижают свариваемость), или усложняют процесс выплавки чугуна (цинк разрушает огнеупорную кладку печи, свинец – лещадь, калий и натрий вызывают образование настылей в газоходах).

Содержание серы в товарной руде не должно превышать 0,15%. В рудах и концентратах, используемых для производства агломерата и окатышей, допустимое содержание серы может быть до 0,6%, так как при агломерации и обжиге окатышей степень удаления серы достигает 60- 90%. Предельное содержание фосфора в руде, агломерате и окатышах 0,07-0,15%. При выплавке обычных передельных чугунов допускается наличие в железорудной части доменной шихты (не более) As 0,05-0,1%, Zn 0,1-0,2%, Cu до 0,2%. Шлакообразующие примеси разделяются на основные (Ca, Mg) и кислые (Si, Al). Предпочтительны руды и концентраты с более высоким отношением основных окислов к кислым, так как сокращается ввод сырых флюсов при последующем металлургическом переделе.

Железные руды — природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объеме, когда промышленное извлечение железа целесообразно. Хотя железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород, но под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой в экономическом отношении может быть получаемо металлическое железо.

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

• Титано-магнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые в базитах и ультрабазитах;
• Апатит-магнетитовые в карбонатитах;
• Магнетитовые и магно-магнетитовые в скарнах;
• Магнетит-гематитовые в железных кварцитах;
• Мартитовые и мартит-гидрогематитовые (богатые руды, образуются по железным кварцитам);
• Гётит-гидрогётитовые в корах выветривания.

Существует три вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии: сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда), аглоруда (спечённая, окускованная путем термической обработки) и окатыши (сырая железосодержащая масса с добавлением флюсов (обычно, известняка); формуется в шарики диаметром около 1-2 см).

Х имический состав

По химическому составу железные руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов, из которых главнейшие: магнетит, или магнитный железняк; гётит, или железный блеск (красный железняк); лимонит, или бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды; наконец, сидерит, или шпатоватый железняк (железный шпат), и его разновидность сферосидерит. Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.

Богатая железная руда

Богатая железная руда имеет содержание железа свыше 57 %, а кремнезёма менее 8…10 %, серы и фосфора менее 0,15 %. Представляет собой продукт природного обогащения железистых кварцитов, созданных за счёт выщелачивания кварца и разложения силикатов при процессах длительного выветривания или метаморфоза. Бедные железные руды могут содержать минимум 26% железа.

Выделяют два главных морфологических типа залежей богатой железной руды: плоскоподобные и линейные. Плоскоподобные залегают на вершинах крутопадающих пластов железистых кварцитов в виде значительных по площади с карманоподобной подошвой и относятся к типовым корам выветривания. Линейные залежи представляют падающие в глубину клиноподобные рудные тела богатых руд в зонах разломов, трещинуватостей, дробления, изгибов в процессе метаморфоза. Руды характеризуются высоким содержанием железа (54…69 %) и низким содержанием серы и фосфора. Наиболее характерным примером метаморфозных месторождений богатых руд могут быть Первомайское и Жёлтоводское месторождения в северной части Кривбасса. Богатые железные руды идут на выплавку стали в мартеновском, конвертерном производстве или для прямого восстановления железа(горячебрикетированное железо).

Запасы

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, в которых содержится около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, на долю месторождений железной руды России и Бразилии приходится по 18% мировых запасов железа. Мировые ресурсы и запасы железных руд по состоянию на 01.01.2010: