Хозяйственное использование железной руды

Железная руда стала добываться человеком много веков назад. Уже тогда стали очевидными преимущества использования железа.

Найти минеральные образования, содержащие железо, довольно легко, так как этот элемент составляет около пяти процентов земной коры. В целом, железо является четвертым по распространенности элементом в природе.

В чистом виде найти его невозможно, железо содержится в определенном количестве во многих типах горных пород. Наибольшее содержание железа имеет железная руда, добыча металла из которой является наиболее экономично выгодным. От ее происхождения зависит количество содержащегося в ней железа, нормальная доля которого в составе около 15%.

Химический состав

Свойства железной руды, ее ценность и характеристики напрямую зависят от ее химического состава. Железная руда может содержать различное количество железа и других примесей. В зависимости от этого выделяют ее несколько типов:

  • очень богатые, когда содержание железа в рудах превышает 65%;
  • богатые, процент железа в которой варьируется в диапазоне от 60% до 65%;
  • средние, от 45% и выше;
  • бедные, в которых процент полезных элементов не превышает 45%.

Чем больше побочных примесей в составе железной руды, тем больше необходимо энергии на ее переработку, и тем менее эффективным является производство готовой продукции.

Состав породы может представлять собой совокупность различных минералов, пустой породы и других побочных примесей, соотношение которых зависит от ее месторождения.

Пустая порода также может содержать железо, но ее переработка экономически не целесообразна. Наиболее часто встречающиеся минералы представляют собой оксиды, карбонаты и силикаты железа.

Следует отметить, что в составе железистых пород может содержаться огромное количество вредных веществ, среди которых можно выделить серу, мышьяк, фосфор и другие.

Типы железных руд

На сегодняшний день выделяется множество видов железных руд, характеристики и названия которых зависят от состава.

Наиболее часто в природе встречается такой вид, как красный железняк, в основе которого лежит оксид под названием гематит. Этот оксид содержит в составе количество железа, превышающее 70%, и минимальное количество побочных примесей.

Физическое состояние данного оксида может варьироваться от порошкообразного до плотного.

Бурый железняк представляет собой оксид железа с содержанием воды. Его очень часто называют лимонитом. В его составе значительно меньше железа, количество которого обычно не превышает четверти. В природе такой железняк содержится в виде рыхлой, пористой породы, со значительным содержанием марганца и фосфора. Обычно обильно насыщен влагой, имеет в качестве пустой породы глину. Из него очень часто делают чугун, несмотря на незначительную часть железа, так как он очень легко перерабатывается.

Магнитные руды отличаются тем, что в их основе заложен оксид, имеющий магнитные свойства, но при сильном нагреве они теряются. Количество этого типа породы в природе ограничено, но содержание железа в нем может не уступать красному железняку. Внешне он выглядит как твердые кристаллы черно-синего цвета.

Шпатовый железняк представляет собой рудную породу, в основе которой лежит сидерит. Очень часто имеет в составе значительное количество глины. Этот тип породы относительно тяжело найти в природе, что на фоне малого количества содержимого железа делает его редко используемым. Поэтому отнести их к промышленным типам руд невозможно.

Кроме оксидов в природе содержаться другие руды на основе силикатов и карбонатов. Количество содержимого железа в породе очень важно для ее промышленного использования, но также важно наличие полезных побочных элементов, таких как никель, магний, и молибден.

Отрасли применения

Сфера применения железной руды практически полностью ограничена металлургией. Ее используют, в основном, для выплавки чугуна, который добывают с помощью мартеновских или конверторных печей. На сегодняшний день чугун используется в различных сферах жизнедеятельности человека, в том числе в большинстве видов промышленного производства.

Не в меньшей степени используются различные сплавы на основе железа – наиболее широкое применение обрела сталь благодаря своим прочностным и антикоррозийным свойствам.

Чугун, сталь и различные другие сплавы железа используются в:

  1. Машиностроении, для производства различных станков и аппаратов.
  2. Автомобилестроении, для изготовления двигателей, корпусов, рам, а также других узлов и деталей.
  3. Военной и ракетной промышленности, при производстве спецтехники, оружия и ракет.
  4. Строительстве, в качестве армирующего элемента или возведения несущих конструкций.
  5. Легкой и пищевой промышлености, в качестве тары, производственных линий, различных агрегатов и аппаратов.
  6. Добывающей промышленности, в качестве спецтехники и оборудования.

Месторождения железной руды

Мировые запасы железной руды ограничены в количестве и своем местоположении. Территории скопления запасов руд называют месторождениями. На сегодняшний день месторождения железных руд делят на:

  1. Эндогенные. Они характеризуются особым расположением в земной коре, обычно в виде титаномагнетитовых руд. Формы и расположения таких вкраплений разнообразны, могут быть в форме линз, пластов, расположенных в земной коре в виде залежей, вулканообразовных залежей, в виде различных жил и других неправильных форм.
  2. Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
  3. Метаморфогенные. К которым относятся залежи кварцитов.

Месторождения таких руд можно встретить на территории всей нашей планеты. Наибольшее количество залежей сконцентрировано на территории постсоветских республик. В особенности Украины, России и Казахстана.

Крупнейшие месторождения железных руд в России

Большие запасы железа имеют такие страны как Бразилия, Канада, Австралия, США, Индия и ЮАР. При этом практически в каждой стране на земном шаре имеются свои разрабатываемыми месторождения, в случае дефицита которых, порода импортируется из других стран.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

Читайте также:  Схема подключения дхо через стабилизатор напряжения

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Содержание статьи:

Сегодня трудно представить себе жизнь без стали, из которой изготовлены многие окружающие нас вещи. Основой этого металла является железо, получаемое при плавке руды. Железная руда отличается по происхождению, качеству, способу добычи, что определяет целесообразность ее извлечения. Также железная руда отличается минеральным составом, процентным соотношением металлов и примесей, а также полезностью самых добавок.

Как выглядит железная руда, что это такое?

Железо как химический элемент входит в состав многих горных пород, однако, не все они считаются сырьем для добычи. Все зависит от процентного состава вещества. Конкретно железной рудой называют минеральные образования, в которых объем полезного металла делает его извлечение экономически целесообразным.

Добывать такое сырье начали еще 3000 лет назад, так как железо позволяло изготавливать более качественные прочные изделия в сравнении с медью и бронзой (см. медная руда). И уже в то время мастера, имевшие плавильни, отличали виды руды.

Сегодня добывают следующие типы сырья для дальнейшей выплавки металла:

  • Титано-магнетитовые;
  • Апатит-магнетитовые;
  • Магнетитовые;
  • Магнетит-гематитовые;
  • Гетит-гидрогетитовые.

Богатой считается железная руда, в составе которой имеется не менее 57% железа. Но, разработки могут считаться целесообразными при 26%.

Железо в составе породы находится чаще в виде оксидов, остальные добавки — это кремнеземы, сера и фосфор.

Происхождение железной руды

Все ныне известные типы руд образовались тремя способами:

  • Магматическим. Такие руды образовывались в результате воздействия высокой температуры магмы или древней вулканической деятельности, то есть переплавки и перемешивания других горных пород. Такие полезные ископаемые — это твердые кристаллические минералы с высоким процентным составом железа. Залежи руд магматического происхождения обычно привязаны к старым зонам горообразования, где расплавленное вещество подходило близко поверхности.

Процесс образования магматических пород таков: расплав различных минералов (магма) — это очень текучее вещество, и при образовании трещин в местах разломов, оно их заполняет, остывая и приобретая кристаллическую структуру. Именно так сформировались пласты с застывшей в земной коре магмой.

  • Метаморфическим. Так преобразовываются осадочные типы минералов. Процесс следующий: при перемещениях отдельных участков земной коры, некоторые ее пласты, содержащие необходимые элементы, попадает под залегающие выше породы. На глубине они поддаются воздействию высокой температуры и давлению верхних слоев. В течение миллионов лет такого воздействия здесь происходят химические реакции, преобразующие состав исходного материала, кристаллизация вещества. Потом в процессе очередного перемещения породы оказываются ближе к поверхности.

Обычно железная руда такого происхождения залегает не слишком глубоко и имеет высокий процент состава полезного металла. Например, как яркий образец – магнитный железняк (до 73-75% железа).

  • Осадочным. Главными «работниками» процесса образования руд становятся вода и ветер. Разрушающие пласты породы и перемещающие их в низины, где они накапливаются в виде слоев. Плюс вода, как реагент, может видоизменять исходный материал (выщелачивать). В итоге образуется бурый железняк – рассыпчатая и рыхлая руда, содержащая от 30% до 40% железа, с большим количеством различных примесей.

Сырье благодаря разнообразным путям образования часто перемешано в пластах с глинами, известняками и магматическими породами. Иногда разные по происхождению залежи могут быть перемешаны на одном месторождении. Но чаще всего преобладает один из перечисленных типов породы.

Установив путем геологической разведки приблизительную картину происходящих в конкретной местности процессов, определяют возможные места с залеганием железных руд. Как, например, Курская магнитная аномалия, или Криворожский бассейн, где вследствие магматических и метаморфических воздействий образовались ценные в промышленном значении типы железной руды.

Добыча железных руд в промышленных масштабах

Добывать руду человечество начало очень давно, но чаще всего это было сырье низкого качества со значительными примесями серы (осадочные породы, так называемое «болотное» железо). Масштабы разработки и выплавки постоянно увеличивались. Сегодня выстроена целая классификация различных месторождение железистых руд.

Основные типы промышленных месторождений

Все залежи руды делят на типы зависимо от происхождения породы, что в свою очередь позволяет выделить главные и второстепенные железнорудные районы.

Главные типы промышленных залежей железной руды

К ним относят следующие месторождения:

  • Залежи различных типов железной руды (железистые кварциты, магнитный железняк), образованной метаморфическим способом, что позволяет добывать на них очень богатые по составу руды. Обычно месторождения связаны с древнейшими процессами образования горных пород земной коры и залегают на образованиях называемых щитами.

Кристаллический щит — это формирования в виде большой изогнутой линзы. Состоит из пород, образованных еще на этапе формирования земной коры 4,5 млрд. лет назад.

Наиболее известные месторождения такого типа: Курская магнитная аномалия, Криворожский бассейн, озеро Верхнее (США/Канада), провинция Хамерсли в Австралии, и железнорудный район Минас-Жерайс в Бразилии.

  • Залежи пластовых осадочных пород. Эти месторождения образовались вследствие оседания богатых железом соединений, которые имеются в составе разрушенных ветром и водой минералов. Яркий образец железной руды в таких залежах – бурый железняк.
Читайте также:  Коронка по бетону 132 мм на перфоратор

Наиболее известные и большие месторождения — это Лотарингский бассейн во Франции и Керченский на одноименном полуострове (Россия).

  • Скарновые месторождения. Обычно руда имеет магматическое и метаморфическое происхождение, пласты которой после образования были смещены в момент образования гор. То есть железная руда, располагающаяся слоями на глубине, была смята в складки и перемещена на поверхность во время движения литосферных плит. Такие залежи размещаются чаще в складчатых областях в виде пластов или столбов неправильной формы. Образовались магматическим способом. Представители таких месторождений: Магнитогорское (Урал, Россия), Сарбайское (Казахстан), Айрон-Спрингс (США) и прочие.
  • Титаномагнетитовые залежи руд. Их происхождение магматическое, чаще всего встречаются на выходах древних коренных пород – щитов. К ним относят бассейны и месторождения в Норвегии, Канаде, России (Качканарское, Кусинское).
  • В России за 2016 год открыто около сотни месторождений полезных ископаемых

К второстепенным месторождениям относят: апатит-магнетитовые, магно-магнетитовые, сидеритовые, железомарганцевые залежи, разрабатываемые на территории России, стран Европы, Кубы и прочих.

Запасы железной руды в мире — страны-лидеры

На сегодня по различным оценкам разведано залежей с суммарным объемом в 160 млрд. тонн руды, с которой можно получить около 80 млрд. тонн металла.

Геологическая служба США представляет данные, по которым на Россию и Бразилию приходится около 18% мировых запасов железорудного сырья.

В пересчете на запасы железа, можно выделить следующие страны-лидеры

Страна Запасы железа %
Россия 18
Бразилия 18
Австралия 14
Украина 11
Китай 9
Индия 5
США 3

Картина мировых запасов руды выглядит следующим образом

Страна Доля мировых запасов руды в %
Украина 18
Россия 16
Китай 13
Бразилия 13
Австралия 11
Индия 4
США 4

Большинство этих стран является и крупнейшими экспортерами железной руды. В общем, объем продаваемого сырья составляет около 960 млн. тонн в год. Наибольшими импортерами являются Япония, Китай, Германия, Южная Корея, Тайвань, Франция.

Обычно добычей и продажей сырья занимаются частные компании. К примеру, крупнейшие в нашей стране Металлинвест и Евразхолдинг, производящие в общей сумме около 100 млн. тонн железорудной продукции.

По оценкам той же Геологической службы США, объемы добычи и производства постоянно растут, за год добывается около 2,5-3 млрд. тонн руды, что снижает ее стоимость на мировом рынке.

Наценка на 1 тонну сегодня приблизительно 40 долларов. Рекордная цена была зафиксирована в 2007 году – 180 долл/ тонну.

Как добывают железную руду?

Пласты железной руды залегают на различной глубине, что и определяет ее способы извлечения из недр.

Карьерный способ добычи железной руды

Карьерный способ. Самый распространенный способ карьерной добычи, используется при нахождении залежей на глубине около 200-300 метров. Разработка происходит путем применения мощных экскаваторов и установок для дробления породы. После чего ее грузят для транспортировки на обогатительные комбинаты.

Добыча железной руды в шахте

Шахтный метод. Шахтный метод применяют при более глубинном залегании пластов (600-900 метров). Изначально пробивают створ шахты, от которого вдоль пластов разрабатывают штреки. Откуда раздробленная порода подается «на гора» с помощью транспортеров. Руду из шахт также отправляют на обогатительные предприятия.

Скважинная гидродобыча. Прежде всего, для скважинной гидродобычи бурят скважину до пласта породы. После чего в створ заводят трубы, мощным напором воды дробят руду с дальнейшим извлечением. Но такой метод на сегодня имеет очень низкую эффективность и используется довольно редко. Например, таким приемом добывают 3% сырья, а шахтным 70%.

После добычи железорудный материал нужно переработать, чтобы получить основное сырье для выплавки металла.

Обогащение железной руды

Так как в составе руд кроме необходимого железа есть множество примесей, то для получения максимального полезного выхода необходимо очистить породу, подготовив материал (концентрат) для выплавки. Весь процесс осуществляется на горно-обогатительных комбинатах. К различным видам руд, применяются свои приемы и методы очистки и удаление ненужных примесей.

Например, технологическая цепочка обогащения маггнитных железняков следующая:

  • Изначально руда проходит стадию дробления на дробильных установках (например, щековых) и подается ленточным транспортером на станции сепарации.
  • Используя электромагнитные сепараторы, отделяют части магнитного железняка от пустой ненужной породы.
  • После чего рудная масса транспортируется на очередное дробление.
  • Измельченные минералы перемещают на очередную станцию очистки, так называемые вибрационные сита, здесь полезная руда просеивается, отделяясь от легкой ненужно породы.
  • Следующий этап – бункер мелкой руды, в котором вибрациями отделяются мелкие частицы примесей.
  • Последующие циклы включают очередное добавление воды измельчение и прохождение рудной массы через шламовые насосы, удаляющие вместе с жидкостью ненужный шлам (пустую породу), и опять дробление.
  • После многократного очищения насосами, руда поступает на так называемый грохот, который гравитационным методом в очередной раз очищает минералы.
  • Многократно очищенная смесь поступает на обезвоживатель, удаляющий воду.
  • Осушенная руда опять попадает на магнитные сепараторы, и уже потом на газожидкостную станцию.

Бурый железняк очищается несколько по другим принципам, но суть от этого не меняется, ведь главная задача обогащения — получить наиболее чистое сырье для производства.

Результатом обогащения становиться железорудный концентрат, использующийся при плавке.

Что делают из железной руды — применение железной руды

Понятно, что железная руда используется для получения металла. Но, еще две тысячи лет назад металлурги поняли, что в чистом виде железо довольно мягкий материал, изделия из которого немного лучше бронзы. Результатом стало открытие сплава железа с углеродом – стали.

Углерод для стали играет роль цемента, упрочняющего материал. Обычно в составе такого сплава имеется от 0,1 до 2,14% углерода, причем свыше 0,6% — это уже высокоуглеродистая сталь.

Сегодня из этого металла изготавливается огромный список изделий, оборудования и машин. Однако, изобретение стали было связано с развитием оружейного дела, мастера в котором пытались получить материал с прочными характеристиками, но в то же время, с отличной гибкостью, ковкостью, и прочими техническими, физическими и химическими характеристиками. Сегодня высококачественный металл имеет и другие добавки, легирующие его, добавляя твердость износоустойчивость.

Читайте также:  Как починить патрон перфоратора

Вторым материалом, который производится с железной руды, является чугун. Это также сплав железа с углеродом, которого в составе имеется более чем 2,14%.

Длительное время чугун считался бесполезным материалом, который получался либо при нарушении технологии выплавки стали, или как побочный металл, оседающий на дне плавильных печей. В основном его выбрасывали, его невозможно ковать (хрупкий и практически не пластичный).

До появления артиллерии чугун пытались пристроить в хозяйстве различными способами. Например, в строительстве из него изготавливали фундаментные блоки, в Индии производили гробы, а в Китае изначально даже чеканили монеты. Появление пушек позволило использовать чугун для литья ядер.

Сегодня чугун используют во многих отраслях, особенно в машиностроении. Также этот металл используется для получения стали (мартеновские печи и бессмеровский способ).

С ростом производства требуется все больше материалов, что способствует интенсивной разработке месторождений. Но развитые страны считают более целесообразным импортировать относительно недорогое сырье, сокращая объемы собственного производства. Это позволяет основным странам экспортерам наращивать добычу железной руды с дальнейшим ее обогащением и продажей в качестве концентрата.

Использование – железная руда

Использование железной руды , активированной механохимическим методом, в качестве катализатора процесса гидрогенизации увеличивает степень конверсии сапромиксита на 21 – 23 % в процессе гидропиролиза и позволяет достичь суммарного выхода жидких продуктов до 58 % мае. [1]

При использовании железной руды окислительный период длится 60 мин, при применении кислорода 40 мин. При плавке стали без окисления на нагрев металла после расплавления и на проверку его химического состава затрачивается 20 – 30 мин. [2]

Характерная особенность применяемых грузов – использование железной руды в качестве наполнителя бетона, что намного увеличивает их удельный вес. [4]

Сотрудники упомянутого института изучают процесс и его кинетику с использованием различных железных руд , которые восстанавливаются при температурах выше 700 различными восстановителями. [5]

Дополнительным источником фосфорных удобрений являются фосфатные шлаки – отходы черной металлургии, получаемые при использовании высокофосфористых железных руд . Поэтому масштабы и пункты производства фосфатных шлаков определяются перспективным планом развития металлургической промышленности. В настоящее время фосфатные шлаки получаются на юге Украины, в перспективе они будут выпускаться и сибирскими металлургическими заводами. В районах производства фосфатных шлаков преобладают черноземные почвы, на которых агрохимическая эффективность этого лимоннорастворимого удобрения ниже, чем водорастворимых. Поэтому в расчет масштабов и технико-экономических показателей производства фосфатных шлаков введен поправочный коэффициент их эффективности 0 8, установленный на основании вегетационных и полевых опытов агрохимической службы НИУИФ и ВИУА. [6]

В XVI веке в селе Павлове на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность, осно-ванная на использовании местной железной руды . [7]

В резолюции XVIII съезда дано указание: Приступить к строительству шахт в районе Курской магнитной аномалии, как дополнительной базы черной металлургии Центра, и провести подготовительные мероприятия к строительству металлургического завода в районе Курской магнитной аномалии. Использование железных руд КМА ставится в качестве одной из важных задач в плане четвертой пятилетки ( см. стр. [8]

Несмотря на огромные масштабы потребления железных руд и низкие цены на них, усиленно изучается и начинает применяться химическое обогащение этих руд для избирательного удаления силикатов. Крупные работы в этом направлении проводятся во Франции и некоторых других странах, где от использования силикатных железных руд зависит расширение производства. [9]

Путем добавления к таким железным рудам фосфоритов или апатитов можно получать нормальный томасовский чугун ( содержащий 2 % фосфора) или чугуны типа феррофосфора ( содержащие до 20 % Р), которые затем перерабатывают томасовским процессом. В последнем случае получают также высокопроцентные фосфористые томасовские шлаки, которые могут быть использованы как удобрение. Расширение масштабов использования фосфористых железных руд для получения шлаков, которые могут быть использованы в качестве удобрений, представляет значительный интерес. [10]

Путем добавления к таким железным рудам фосфоритов или апатитов можно получать нормальный томасовский чугун ( содержащий 2 % фосфора) или чугуны типа феррофосфора ( содержащие до 20 % Р), которые затем перерабатывают томасовским процессом. В последнем случае получают также высокопроцентные фосфористые томасовские шлаки, которые могут быть использованы как удобрение. Расширение масштабов использования фосфористых железных руд для получения шлаков, которые могут быть использованы в качестве удобрений, представляет значительный интерес. [11]

Развитие процессов гидрокрекинга, гидроочистки нефтепро-ктов и ряда нефтехимических процессов, потребляющих водород, ставит задачу существенного удешевления производства водородаТ Применяемые процессы получения водорода многостадийны и дороги. В связи с этим в последнее время возрождается интерес к давно известному способу получения водорода разложением метана [4], основное преимущество которого в возможности получения водорода из углеводородных газов в одну стадию. Применение катализаторов позволяет снизить температуру процесса разложения метана на 400 – 500, что улучшает перспективы для реализации его в промышленном масштабе. Процесс осуществляется в стационарном слое при температуре 650 – 980 С с периодической регенерацией специального катализатора, состав которого не сообщается. При использовании обыкновенной восстановленной железной руды [6] практически полное разложение метана на элементы было достигнуто уже при температуре 850 – 900 С. В предложенном 10 способе получения водорода путем каталитического разложения метана, особенностью которого является применение железа на пористом термостойком носителе ( каолин), процесс осуществляется непрерывно при температуре 760 – 1090 G. Катализатор циркулирует между реакционной и регенерационной зонами. [12]

Швеции наступает так называемая ( в шведской историографии) эра свобод. В этот период поощряются мануфактуры; инициативные предприимчивые люди получали земельные участки для строительства заводов и фабрик. Недра были богаты различными минералами, горючими сланцами и строительным камнем. Использование железных руд с ничтожным содержанием фосфора и употребление для выплавки чугуна древесного угля, не содержащего серы, выдвинуло Швецию в первые ряды стран, изготовлявших и экспортировавших сталь высокого качества. [13]

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector