Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 2

Что такое руда, ее образование в природе и применение

Переработка железной руды

Железная руда — это горная порода, в составе которой есть железо. Чтобы в дальнейшем направить железо в промышленность, его нужно добыть из породы. Для этого из каменных кусков породы выплавляют само железо, причем делают это при очень высоких температурах (до 1400-1500 градусов).

Обычно добываемая порода состоит из железа, угля и примесей. Ее загружают в доменные печи и нагревают, причем уголь сам поддерживает высокую температуру, а железо при этом приобретает жидкую консистенцию, после чего его разливают в различные формы. Шлаки при этом отделяются, а само железо остается чистым.

Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своем составе соединения железа, накопленные в таком объеме, которого достаточно для экономически выгодного его извлечения. Конечно, железо есть в составе всех горных пород. Но железными рудами называют именно те железистые соединения, которые настолько богаты этим веществом, что позволяют промышленную добычу металлического железа.

Промышленные типы месторождений

Карьеры по добыче железной руды между Губкиным и Старым Осколом

Главные промышленные типы железорудных месторождений

Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). Бассейны Курской магнитной аномалии (КМА, Россия) и Криворожский (Украина), район озера Верхнего (англ.)русск. (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

  • Пластовые осадочные месторождения. Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые, или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн, Лисаковское и др. (бывший СССР).
  • Скарновые железорудные месторождения. Сарбайское, Соколовское, Качарское, гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское.
  • Комплексные титаномагнетитовые месторождения. Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы — магнетит, титаномагнетит. Качканарское, Кусинское месторождения, месторождения Канады, Норвегии.

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений

  • Комплексные карбонатитовые апатит-магнетитовые месторождения. Ковдорское.
  • Железорудные магно-магнетитовые месторождения. Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское.
  • Железорудные сидеритовые месторождения. Бакальское, Россия; Зигерлянд, Германия и др.
  • Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах. Каражальское.
  • Железорудные пластообразные латеритные месторождения. Южный Урал; Куба и др.

Определение слова «Руда» по БСЭ:

Руда — природное минеральное образование, содержащее металлы в таких соединениях и концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Иногда Р. называются также некоторые виды неметаллического минерального сырья (например, серная, баритовая, графитовая, асбестовая, агрономическая Р.).Различают мономинеральные Р., состоящие из одного рудного минерала, и полиминеральные, содержащие несколько ценных и сопровождающих их других минералов, не имеющих промышленного значения. Как правило, рудные минералы залегают совместно с сопровождающими их жильными минералами. Соотношение между рудными и жильными минералами колеблется для Р. разных металлов и месторождений в широких пределах, например в золотоносных кварцевых жилах количество золота по отношению к массе кварца составляет тысячные доли процента (см. Золотые руды). Наоборот, некоторые типы железных Р. целиком состоят из рудных минералов (Магнетит, Гематит). металлов в различных рудных минералах, в свою очередь, зависит от их химического состава и изменяется достаточно широко (например, в Пиролюзите содержится 63,2% Mn, а в Родоните 32-41,9% Mn).По химическому составу преобладающих минералов различают Р. силикатные, кремнистые, окисные, сульфидные, карбонатные и смешанные.По текстуре Р., определяющейся пространственным расположением слагающих её минеральных агрегатов, выделяют Р. массивные, полосчатые, пятнистые, прожилковые, вкрапленные, ячеистые, сфероидальные, почковидные, рыхлые и др.. по структуре (форма, размер, способ сочетания минералов или их обломков в пространственно-обособленных минеральных агрегатах) Р. делят на равномернозернистые, неравномернозернистые, оолитовые (с концентрически округлыми скоплениями минералов), порфировые (с отдельными крупными зёрнами минералов среди равномернозернистой массы), радиально-лучистые и др.. по характеру распределения рудных минералов различают с равномерным, неравномерным и крайне неравномерным строением. Р., добываемые из залежей, заключённых в коренных горных породах, называются коренными. накопленные при перемыве в рыхлых речных, озёрных, морских отложениях — россыпными или россыпями.Для разработки и переработки Р. существенное значение имеют их физические свойства: твёрдость, прочность, трещиноватость, пористость, объёмный вес, температура плавления, магнитные, электромагнитные, электропроводные, радиоактивные, сорбционные свойства и растворимость. Качество Р., идущей на переработку, определяется содержанием в ней ценных и вредных компонентов. По содержанию ценных компонентов различают Р. богатые и убогие, бедные. Минимальные запасы и содержание ценных компонентов, а также допустимое максимальное содержание вредных примесей в Р. называется промышленными кондициями, которые изменяются в зависимости от разных условий нахождения Р., а также от техники добычи и переработки. В зависимости от минерального состава, текстуры, структуры Р. и применяемой для их переработки аппаратуры Р. разделяют на отдельные технологические сорта. См. также ст. Полезные ископаемые.Лит.: Магакьян И. Г., Рудные месторождения, 2 изд., Ер., 1961. Смирнов В. И., Геология полезных ископаемых, 2 изд., М., 1969.В. И. Смирнов.

Типы железных руд и их основные характеристики

Все железные руды сильно отличаются по своему минеральному составу, наличию вредных и полезных примесей. Условиям их образования и, наконец, содержанию железа.

Основные материалы, которые относят к рудным, можно разделить на несколько групп:

  • Оксиды железа, к которым относятся гематит, мартит, магнетит.
  • Гидроксиды железа — гидрогетит и гетит;
  • Силикаты — тюрингит и шамозит;
  • Карбонаты — сидероплезит и сидерит.

В промышленных железных рудах железо содержится в различных концентрациях — от 16 до 72%. К полезным примесям, содержащимся в железных рудах, относят: Mn, Ni, Co, Mo, и пр. Есть и вредные примеси, к которым можно отнести: Zn, S, Pb, Cu и др.

Месторождения железных руд и технология добычи

По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:

  • Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
  • Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
  • Метаморфогенные — это месторождения железистых кварцитов.

Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.

При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.

Подготовка железных руд

Подготовка руд к доменной плавке заключается в дроблении, грохочении, для отделения мелочи, сортировки по крупности, усреднении, обогащении и окусковывании мелочи. Оптимальные размеры кусков руды 40—100 мм, кокса 40—80 мм и известняка 30—80 мм. Несортированная руда затрудняет работу доменной печи, рудная мелочь забивает промежутки между кусками и препятствует движению газов, кроме того, мелочь в значительной степени выносится газами в виде пыли.

Спекание руд является основным способом окускования. Количество рудной мелочи в среднем по месторождениям Советского Союза составляет 40%. Кроме того, из года в год увеличивается количество мелких концентратов, получаемых в результате обогащения руд. Эти концентраты также необходимо окусковывать. Целью агломерации является не только окускование, но и улучшение металлургических свойств материалов — удаление серы, предварительное офлюсование, упрочнение кусков, повышение макропористости.

Применение агломерата в доменных печах вместо сырой руды снижает расход кокса на 18—22% и увеличивает производительность на 25—26%. Доля агломерата в шихте постоянно возрастает, в среднем составляя 60%, она на некоторых заводах достигает 100%. Агломерация производится на ленточных спекательных машинах. Рудные материалы, измельченные до —10 мм, тщательно перемешивают с кофейком крупностью —3 мм и загружают на колосники спекательной машины слоем высотой 200—350 мм. Топливо зажигается сверху.

В результате создаваемого разрежения (9,8—11,8 кН/м2) воздух просасывается через слой шихты, вызывая интенсивное горение в узко ограниченной области (20—25 мм), называемой зоной горения, постепенно проходящей слой шихты сверху до колосниковой решетки. За это время шихта превращается в ноздреватые, пористые прочные куски агломерата. В зоне горения температура составляет 1300—1400° С. Высшие окислы восстанавливаются с образованием фаялита (2FeO•SiO2):

2Fe3O4 + 3SiO2 + 2СО = 3(2FeO • SiO2) + 2CO2,

2Fe3O4+ 3SiO2 + 2C=3(2FeO•SiO2)+2CO

Фаялит, имевшийся в рудных материалах или образующийся при агломерации в зоне горения, плавится при 1265° С и создает жидкую фазу, при затвердевании которой цементируются зерна агломерационной шихты.

Добавка в шихту известняка дает возможность получить офлюсованный агломерат; при отношении CaO/SiO2, близком к основности доменного шлака, агломерат не требует или почти не требует добавок флюса и его называют самоплавким. Применение офлюсованного и тем более самоплавкого агломерата весьма выгодно.

Все более распространяющееся теперь обогащение руд привело к поставке мелких концентратов, которые трудно транспортировать и спекать, поэтому их предварительно окомковывают, получая окатыши диаметром 25—35 мм.

Суточная производительность спекательных машин составляет около 40 т/м2 площади спекания ленты; площадь спекания отечественных машин равна 75 м2, в последнее время выпуска* ют машины с площадью спекания 200 м2.

Топливом для доменных печей служит кокс, загружаемый поочередно с рудой или агломератом. Он сгорает в горне за счет кислорода дутья. При этом образуются газы с высоким содержанием окиси углерода и достигаются высокие температуры, необходимые для плавления чугуна и шлака. В нижних горизонтах печи кокс воспринимает давление вышележащих материалов и поэтому должен обладать достаточной прочностью. Кроме того, он должен быть кусковатым, чтобы газы могли свободно проникать сквозь столб шихты и иметь достаточную пористость для ускорения и интенсификации реакций горения.

Свойства кокса проверяют пробами на прочность, пористость и истираемость. Кокс должен иметь также минимальное содержание вредных примесей — серы и фосфора.

Хороший кокс содержит 80—86% С; 0,4—0,7% S (у сернистого кокса—до 2% S); 2—6% влаги. Зольность достигает 15%. В хорошо выжженном коксе мало летучих (от 0,7 до 2,5%), большее их содержание свидетельствует о недококсованности.

Теплотворная способность кокса составляет около 27300— 29400 кДж/кг. Крупность кусков его должна быть не менее 25 мм.

Флюсы вместе с окислами пустой породы и золой топлива образуют шлак, по своим свойствам удовлетворяющий требованиям плавки. Флюсом служит известняк, который в настоящее время, как правило, вводят в шихту агломерации, в результате

чего получают офлюсованный или самоплавкий агломерат. При отдельной загрузке в печь известняк должен быть кусковатым— около 80 мм в поперечнике. По суммарному содержанию SiO2 и Аl2О3 судят о его качестве; в лучших сортах сумма этих окислов не должна превышать 1,0%, а в худших она достигает 5%. Сера и фосфор должны содержаться в известняках в. минимальных количествах.

Статья на тему Железная руда

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.

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.

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).

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.

Промышленные типы месторождений

Карьеры по добыче железной руды между Губкиным и Старым Осколом

Главные промышленные типы железорудных месторождений

Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). Бассейны Курской магнитной аномалии (КМА, Россия) и Криворожский (Украина), район озера Верхнего (англ.)русск. (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

  • Пластовые осадочные месторождения. Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые, или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн, Лисаковское и др. (бывший СССР).
  • Скарновые железорудные месторождения. Сарбайское, Соколовское, Качарское, гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское.
  • Комплексные титаномагнетитовые месторождения. Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы — магнетит, титаномагнетит. Качканарское, Кусинское месторождения, месторождения Канады, Норвегии.

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений

  • Комплексные карбонатитовые апатит-магнетитовые месторождения. Ковдорское.
  • Железорудные магно-магнетитовые месторождения. Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское.
  • Железорудные сидеритовые месторождения. Бакальское, Россия; Зигерлянд, Германия и др.
  • Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах. Каражальское.
  • Железорудные пластообразные латеритные месторождения. Южный Урал; Куба и др.

Как добывают железо: способы

Существует несколько способов добычи железной руды. Выбор того или иного метода будет зависеть от месторасположения залежей, глубины залегания руды и некоторых других факторов.

Железо добывают как открытым, так и закрытым способом:

  1. При выборе первого способа необходимо обеспечить подвоз всей необходимой техники непосредственно к самому месторождению. Здесь с ее помощью и будет строиться карьер. В зависимости от ширины залегания руды карьер может быть разного диаметра и до 500 метров в глубину. Этот способ добычи железной руды подходит, если полезное ископаемое находится неглубоко.
  2. Более распространенным все же является закрытый способ добычи железной руды. В ходе него роются глубокие колодцы-шахты до 1000 м глубиной, в стороны от которых копаются разветвления (коридоры) — штреки. В них опускается специальное оборудование, посредством которого руда изымается из земли и поднимается на поверхность. По сравнению с открытым, закрытый способ добычи железной руды намного более опасный и затратный.

После изъятия руды из недр земли, ее грузят на специальные грузоподъемные машины, которые доставляют руду на перерабатывающие предприятия.

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:

  • солей;
  • гидратов;
  • просто окисей.

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 %.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации