Основные способы добычи железной руды

Железная руда и основные методы ее добычи

В общем понимании железные руды — это естественные минеральные образования, в состав которых входит железо и его соединения в таком количестве, когда промышленное получение железа из состава выгодно. Руда может называться железной, если на этот металл приходится большее количество от массы всего образования. Самый большой объем выработки приходится на магнитный железняк.

Почему руда так важна?

Еще с давних времен человек познал способы добычи из земли различных материалов для своего существования. Занятие земледелием позволяло ему выращивать растения для пищи. Добыча материалов открывала доступ к самым разным целям. Это могло быть изготовление оружия, жилья, посуды.

С тех пор человек и приступил к добыче железных пород. После изучения его свойств и полезных функций для железа наступил абсолютно новый этап развития. В настоящее время трудно представить жизнь без металла — настолько он стал популярен во многих сферах. Примерно до начала ХХ века железу отводится основная масса добычи и обработки.

Железо находится в огромных количествах в недрах земли и горных породах. Однако разрабатываются только выгодные месторождения, содержащие наибольшее количество металлической руды.

Классификация руды

В мире существует две категории руд: черная и цветная. Вторая при этом подразделяется на металлы с высокой и невысокой плотностью, а также драгметаллы (золото, серебро, платина). Драгоценные металлы изначально добываются в форме камней, приобретая знакомый всем вид после обработки.

Ценность руды меняется в зависимости от массы в ней основного элемента. Еще классифицировать залежи можно на бедные и богатые (другое название — жирные).

Свойства также будут меняться в зависимости от имеющихся компонентов в руде. К примеру, одни могут иметь магнитные свойства, в то же время другие будут полностью инертны.

Руды черных металлов

К таким относится железо, самый популярный металл на планете. При промышленном производстве будет использоваться минерал, имеющий в составе не менее 25 % железа. При выработке минералов, содержащих меньшее количество, процесс обработки не окупит себя, как и результат не принесет никакой выгоды.

Большая часть ископаемых приходится на:

• магнитный железняк;
• красный железняк;
• железистый кварцит.

Железо залегает по всему миру. По предположительным данным экспертов, мировой запас руд черных металлов составляет примерно 800 миллиардов тонн, из них около 200 миллиардов активно добываются и перерабатываются. Цифры неточные, поэтому весьма вероятно, что в земле находятся куда большие запасы, чем можно себе представить.

Руды цветных металлов

В некоторых случаях металл руды могут обозначить как куприт, полученный от химического элемента Сu (купрум), имеющийся в группе породы. Металл очень популярен в мире, но объемы добычи не столь велики в сравнении с железом (около 0,5 % от общего количества залежей полезных ископаемых). Руда делится на шесть подтипов:

• колчеданная;
• стратиформная;
• медно-никелевая;
• гидротермальная;
• карбонатовая;
• скарновая.

Наиболее популярная и активнее добываемая — колчеданная руда, это смесь меди и железа, с небольшим количеством примесей и других элементов. За ней идет стратиформная, в виде смеси сланцев и песчаников. Остальные виды обнаруживаются очень редко и практически не используются даже в малых долях в производстве. Огромных медных залежей в природе не существует, по крайне мере из найденных, только в форме примесей. Такие породы образовывались только в результате извержения вулканов, подтверждая данную особенность.

Руды, богатые золотом

Золотая руда — природные минеральные соединения, имеющие в составе золото в таких количествах, которое делает экономически целесообразным его извлечение. Такие породы по форме и цвету очень напоминают серебро или железо. Отделить их от сплава крайне тяжело. Происходит это методом электролиза, с использованием электродов. Под воздействием электрического тока молекулы металла оседают на отрицательно заряженном катоде.

Порой золото можно обнаружить в соединении с теллуром. Еще один из металлов драгоценных руд — мальдомит (смесь с висмутом) — находят в России на Урале. Другое его название — черное золото. В Мексике или Колумбии можно обнаружить еще одну редкую руду драгоценных металлов — родий.

В России большая часть золотоносных мест находится в трех основных областях Урала — Тюменской, Челябинской, Свердловской. В меньшем объеме рудники расположены в Оренбургской области, Северо-Западном и Приволжском округах, Башкортостане. Основная масса месторождений — это золоторудные и комплексные прииски, а вот доля россыпей не превышает 17 %.

Способы добычи руды

В наше время существует несколько классических способов добычи руды. Подбирается методика для каждого случая отдельно. Квалифицированные эксперты при принятии заключительного решения изучают ряд факторов. А именно — грамотно распределяют экономическую ценность использования оборудования и машин, местонахождения рудных залежей, трудности при добыче, на какой глубине, высоте расположен источник. В зависимости от этих факторов добыча подразделяется на несколько способов.

Карьерный способ

Главный объем мест выработки месторождений руды создается по карьерной методике. На первом этапе действий предполагается создание карьера с глубиной нужной высоты и диаметра (средние цифры находятся в пределах 300 метров). Затем завозятся машины и оборудование.

После выработки руда перевозится на специальные промышленные предприятия для последующей обработки.

При помощи экскаваторов подготавливают карьер значительных размеров. После того как будет достигнута нужная глубина, проводят детальный анализ полученных материалов для дальнейшего определения экономической целесообразности добычи в данном карьере.

Решение считается удовлетворительным, если по итогу собранных данных присутствие нужного металла в породе составляет более 57 %. Только в таком случае можно приступать к последующей выработке. Если анализы выдали результат о меньшем количестве металла, то собирается комиссия, которая будет решать вопрос о целесообразности использования данного карьера, либо рассматривать варианты увеличения производства.

Открытый способ добычи имеет множество достоинств. Главный недостаток заключается в том, что разработка залежей происходит на небольших глубинах, которых иногда недостаточно для эффективной выработки.

Шахтный способ

Этот способ подходит для обработки залежей, располагающихся на значительных глубинах, вплоть до 4000 метров. Подход к организации такого способа предполагает более суровую подготовку. Вначале закладывается ствол шахты, немного напоминающий колодцы.

После прокапываются специальные коридоры, отходящие от основного шахтного ствола. Они имеют название — штреки. По факту такой метод является самым эффективным в мире, ведь большинство залежей — глубоко в недрах земли. При этом обходится способ недешево, к тому же работа в шахте очень опасна и рискованна.

Скважинная гидродобыча

Скважинная гидродобыча (СГД) — способ подземной добычи полезных ископаемых, в основе которого лежит гидромеханическое воздействие. Метод предполагает создание скважины, в которую помещаются оснащенные гидромонитором трубы. Под действием сильной водяной струи залежи руды отбиваются и по трубе движутся наверх.

Метод добычи дает наименьшую выработкку при высоких финансовых затратах, но является самым безопасным из всех. Используется примерно в 3 % от всей добычи.

Как происходит обогащение руды

Объемы пластов могут достигать огромных размеров. Вначале их необходимо размельчить. На практике применяются следующие способы:

1. Гравитационная сепарация. Метод основан на отличиях минерала в плотности и форме частиц.
2. Магнитная сепарация. Технология отделения материалов, основанных на разности их магнитных свойств и отличного друг от друга поведения материалов в зоне действия магнитного поля.
3. Флотация. Окисление материалов воздухом.
4. Комплексный способ. Несколько методов одновременно.

Измельченная руда двигается на промышленное предприятие, в котором сделают нужный металл. В первозданном виде он применяется нечасто. А вот различные сплавы получили широкое применение в самых разных сферах производства.

Источник

Железная руда: типы, способы добычи, сфера применения

Железная руда – важный ископаемый продукт, который человечество стало добывать много столетий назад. С давних времён железо нашло широкое применение в бытовых и прочих условиях жизни человеческого общества. Одно из ключевых преимуществ и свойств железной руды – возможность изготовления стали, получаемой в процессе её плавки.

Руда железа может иметь различные свойства, минеральный состав, а также процентное соотношение примесей и металлов в зависимости от типа и места её разработки. Найти места добычи железорудных минералов с соответствующим техническим оснащением не представляется сложной задачей, поскольку железо составляет более 5% твёрдых залежей земной коры по всей поверхности планеты. Согласно Википедии и другим достоверным источникам, железная руда занимает четвёртое место по распространённости среди полезных ископаемых, добываемых в окружающем мире.

Тем не менее, найти этот металл в природе в чистом виде не представляется возможным – отыскать его можно в определённых количествах в большинстве известных типов и вида камня (горных пород). Минералы (железорудные) одни из наиболее выгодных в плане добычи. От характера происхождения железной руды зависит количественное содержание в ней железа.

Как выглядит руда железа и что собой представляет?

В качестве ключевого химического элемента железо входит в состав множества горных пород. Тем не менее, далеко не каждая такая порода может быть потенциальным сырьевым продуктом для добычи и разработки. Целесообразность разработки железных руд, как таковых, во многом зависит от процентного состава.

Его добычей плотно занялись более 3 тысяч лет назад, что обусловлено возможностью изготавливать на основе железа более качественных и прочных изделий в сравнении с бронзой и медью, которые стали добываться ещё раньше. Уже в те времена, мастера, работавшие с плавильнями, могли точно различать виды железной руды.

В настоящее время принято выделять несколько типов сырья, пригодного для последующей выплавки полезного металла:

• магнетиновый;
• магнетино-апатитный;
• магнетино-титановый;
• гидрогетит-гетитовый;
• гематито-магнетиновый.

Богатым считается месторождение железной руды с процентным составным содержанием железа 57%. Но, как уже было сказано выше, целесообразными могут быть разработки залежей, в которых руда содержит 26% этого полезного металла. В составе горных пород железо преобладает в виде оксидов. Остальные составляющие представляют собой фосфор, серу и кремнезёмы.

Существуют таблицы железной руды, в которых отражен её сырьевой, химический состав и процентное содержание железа. Если руководствоваться численными показателями большинства таких таблиц, то условно можно разделить ценные руды по степени их богатства и свойствам на 4 категории

• очень богатые – содержание основного металла более 65%;
• умеренно богатые – средний процент железа 60-65%;
• умеренные – от 45% и более;
• бедные – менее 45% добываемых полезных элементов в целом.

В зависимости от количества побочных примесей, входящих в состав разрабатываемого месторождения железа, требуется большее или меньшее количество энергии на переработку. От этого во многом зависит эффективность производства готовой продукции на основе железа.

Характер происхождения

Большая часть известных рудниковых типов была сформирована под влиянием трёх основных факторов. От них, собственно, зависят особенности и характеристики руды железа.

Магматическое формирование. Магматические составы формировались под воздействием высоких температур магмы либо при условии высокой активности древних вулканов. По сути, имели место естественные процессы перемешивания и переплавки горных пород.

Эта разновидность полезных ископаемых представляет собой кристаллические минеральные ископаемые соединения, отличающиеся высоким процентом содержания железа. Залежи магматических ископаемых, как правило, можно обнаружить в зонах старинного образования гористых местностей. Именно в этих местах расплавленные вещества подходили максимально близко к поверхностным слоям почвы.

Метаморфическое формирование. В процессе такого формирования образуются минералы осадочного типа. Суть этого процесса сводится к передвижению отдельных участков коры Земли при котором определённые пласты, богатые определёнными элементами, попадают под породы, залёгшие выше.

Полезные ископаемые, которые образовались при очередном перемещении, мигрируют ближе к земляной поверхности. Железная руда, которая образуется в процессе метаморфического формирования, как правило, имеет высокое процентное содержание полезных металлических соединений и располагается не слишком глубоко от поверхности. Один из наиболее распространённых примеров – железняк магнитный, содержащий в своём составе до 75% железа.

Осадочное формирование. В данном случае основные факторы этого типа формирования рудников – естественные силы природы, в частности ветры и вода. Пласты породы подвергаются разрушению и перемещению в низины – именно здесь они скапливаются, формируя отдельные слои. В качестве реагента выступает вода, которая выщелачивает исходные материалы. В ходе таких процессов формируются залежи бурого железняка, представляющего собой рассыпчатую, разрыхлённую массу с высоким содержанием минеральных примесей и процентным содержанием железа до 35-40%.

За счёт различной специфики образования метаморфических пород сырьё часто перемешивается внутри пластов с магматической породой, известняком и глиной. В одном и том же месторождении, обозначенном соответствующим знаком на карте, обнаруживаются различные по происхождению залежки, которые перемешаны между собой. Места, предположительно богатые осадочными железными рудами в этом случае определяются в ходе геологических разведочных мероприятий.

Основные свойства и типы. Из какой руды получают железо?

К наиболее распространённому типу принято относить красный железняк, основой которого служит гематитовый оксид. В его составе содержится минимум побочных примесей и свыше 70% железа.

Следующий по распространённости – бурый железняк (лимонит), представляющий собой оксид железа, содержащий в своём составе H₂O. Как правило, в состав лимонита входит порядка четверти процентного содержания железа. В природе бурый железняк можно встретить в форме пористых, рыхлых пород, содержащих фосфор и марганец. В качестве пустой породы в руде содержится глина.

Магнитная руда железа содержит в своём составе магнитный оксид, свойства которого теряются в условиях сильного нагрева. В природе встречается намного реже вышеперечисленных пород и по процентному соотношению железа в некоторых случаях не уступает красному железняку.

Железняк шпатовый – рудная порода, содержащая сидерит с высоким содержанием глины в составе. Это весьма редкая порода, а за счёт малого содержания железа добывают его намного реже, особенно если речь идёт о промышленном применении.

Помимо оксидов существуют другие железорудные типы, в основу которых входят карбонаты и силикаты.

Географическое расположение ключевых месторождений

Все основные месторождения принято делить на:

1. Метаморфогенные – кварцитовые залежи;
2. Экзогенные – бурый железняк и прочие осадочные породы;
3. Эндогенные – преимущественно титаномагнетитовые составы.

Подобные рудные залежи встречаются практически на каждом континенте. Большая часть железорудных залежей находится на территории стран СНГ, в частности это территория Казахстана, России и Украины. Достаточно большими запасами железорудных скоплений могут похвастать такие государства, как ЮАР, Индия, США, Австралия, Канада и Бразилия. Существуют карты месторождений железной руды, как в мировых масштабах, так и с более подробным указанием залежей на территории конкретного государства.

Значение железной руды и сферы, в которых она используется

По преимуществу все отрасли, в которых задействованы эти полезные ископаемые, связаны с металлургической сферой. По большей части руду железа используют при выплавке чугуна с использованием конверторной или мартеновской печи. В свою очередь чугун широко применим во многих промышленных отраслях.

Сегодня крайне популярен и активно изготавливается и другой сверхпрочный, антикоррозийный сплав – сталь, для чего также используются железорудные ископаемые. Это наиболее популярный промышленный сплав, который славится устойчивостью к коррозии и высокой прочностью.

Стальные и чугунные материалы применяют в следующих отраслях:

• ракетостроительная и военная промышленность, производство специальной техники;
• машиностроение, включая изготовление станков и прочих заводских механизмов;
• автомобильное производство (изготавливаются автомобильные рамы, элементы двигателей, корпуса и прочие механические узлы);
• добывающая промышленность (производство тяжёлого добывающего оборудования и прочей спецтехники);
• строительство – армирующие материалы, создание несущего каркаса.

Способы добычи

Методы и способы извлечения рудных ископаемых ресурсов из недр зависят от глубины, на которой залегает искомый материал. В этом контексте принято выделять три основных способа:

Скважинный метод (гидродобыча) – для работы таким способом специалисты бурят скважины, достигающие пластов пород. В образовавшиеся створы помещаются трубчатые конструкции, через которые мощной водной струёй производится дробление материала и её извлечение. Это наименее эффективный, косный и устаревший метод, который в наши дни используется достаточно редко.

Шахтенный метод – используется при условии, что пласты залегают более глубоко (до 900 метров). Прежде всего прорубаются шахтенные створы – от них по пласту разрабатываются штреки. Порода дробится и поступает на поверхность по специальным транспортёрам.

Карьерный метод – в отличие от скважинного, считается наиболее распространённым. Его используют для работы на средней глубине (до 300 метров). Для разработки применяются мощные экскаваторы и механизмы, дробящие породу. После дробления материал отгружают и транспортируют прямиком на обогатительный комбинат.

Как обогащаются железорудные материалы?

В силу существования различных типов руд по степени того, сколько железа содержится в руде, менее обогащённые материалы отправляются на специальные комбинаты, где они подвергаются сортировке, дроблению, сепарации и агломерации.

В целом можно выделить 4 основных метода рудного обогащения:

Флотация. Специально подготовленная пылеобразная масса погружается в H₂O с добавлением воздуха и веществ, которые называются флотационными реагентами. Отсюда и название самого процесса – флотация. Они соединяют частицы железа с пузырьками воздуха и поднимает их на поверхность в пенистом виде. Пустые породы оседают на дне.

Магнитная сепарация. Самый распространённый способ, основанный на разнице воздействия магнетизма на различные составляющие рудной массы. Сепарация может проводиться в случае с мокрыми и сухими породами. В ходе переработки используются барабанные механизмы, оснащённые мощными электромагнитными элементами.

Гравитационная очистка. Для её проведения используются специальные суспензии с плотностью ниже плотности железа и выше плотности пустых пород. Естественные силы гравитации выталкивают побочные составляющие кверху, а суспензия вбирает в себя частицы железа и оставляет их снизу.

Промывка. Используется для устранения из добываемых материалов песков и глины – для их отделения достаточно использовать водную струю под большим напором. Процесс происходит под высоким давлением и обеспечивает до 5% обогащения. Это сравнительно малый показатель, потому этот метод всегда используется в паре с другими способами.

Источник