Способы получения железной руды

Производство железа: особенности выплавки и добычи сырья

Первое железо известное человечеству носило космическое происхождение, а, точнее говоря, метеоритное. Как инструментальный материал оно стало использоваться примерно 4 тыс. лет до нашей эры. Технология выплавки металла несколько раз появилась на свет и терялась в результате войн и смут, но, как считают историки, первыми освоили выплавку хетты.

Стоит отметить, что речь идет о сплавах железа с небольшим количеством примесей. Химически чистый металл стало возможным получить лишь с появлением современных технологий. Данная статья расскажет вам в подробностях об особенностях производства металла методом прямого восстановления, кричном, губчатого, сыродутного, горячебрикетированного железа, коснемся изготовления хлорного и чистого вещества.

Железная руда

Для начала стоит рассмотреть способ производство железа из железной руды. Железо – элемент весьма распространенный. По содержанию в земной коре металл занимает 4 место среди всех элементов и 2 среди металлов. В литосфере железо представлено обычно в виде силикатов. Наибольшее его содержание отмечено в основных и ультраосновных породах.

Практически все горные руды содержат какую-то толику железа. Однако разрабатываются лишь те породы, в которых доля элемента имеет промышленное значение. Но и в этом случае количество пригодных для разработки минералов более чем велико.

• Прежде всего, это железняк – красный (гематит), магнитный (магнитит) и бурый (лимонит). Это сложные оксиды железа с содержанием элемента в 70–74%. Бурый железняк чаще встречается в корах выветривания, где формирует так называемые «железные шляпы» толщиной до нескольких сот метров. Остальные имеют в основном осадочное происхождение.
• Очень распространен сульфид железа – пирит или серный колчедан, однако железной рудой он не считается и идет на производство серной кислоты.
• Сидерит – карбонат железа, включает до 35%, это руда средняя по содержанию элемента.
• Марказит – включает до 46,6%.
• Миспикель – соединение с мышьяком и серой, содержит до 34,3% железа.
• Леллингит – включает всего 27,2% элемента и считается рудой бедной.

Минеральные породы классифицируют по доле железа таким образом:

• богатые – с содержанием металла более, чем 57%, с долей кремнезема менее 8–10%, и примесью серы и фосфора менее 0,15%. Такие руды не обогащаются, сразу отправляются на производство;
• руда со средним содержанием включает не менее 35% вещества и нуждается в обогащении;
• бедные железные руды должны содержать не менее 26%, и тоже обогащаются перед отправкой в цех.

Общий технологический цикл производства железа в виде чугуна, стали и проката рассмотрен в этом видео:

Разработка месторождений

Существует несколько методов добычи руды. Применяют тот, который находят наиболее экономически целесообразным.

• Открытый способ разработки – или карьерный. Рассчитан на неглубокое залегание минеральной породы. Для добычи выкапывают карьер глубиной до 500 м и шириной, зависящей от мощности месторождения. Железную руду извлекают из карьера и транспортируют машинами, рассчитанными на перевозку тяжелых грузов. Как правило, так добывают именно богатую руду, так что необходимости в ее обогащении не возникает.
• Шахтный – при залегании породы на глубине 600–900 м, бурят шахты. Такая разработка куда более опасна, поскольку связана со взрывными подземными работами: обнаруженные пласты взрывают, а затем собранную руду транспортируют наверх. При всей своей опасности этот метод считается более эффективным.
• Гидродобыча – в этом случае бурят скважины на определенную глубину. В шахту спускают трубы и подают воду под очень большим давлением. Водная струя дробит породу, а затем железную руду поднимают на поверхность. Скважинная гидродобыча мало распространена, так как требует больших затрат.

Далее рассмотрены технология, процессы изготовления железа.

Технологии производства железа

Все металлы и сплавы разделяют на цветные (вроде никеля, олова, цинка, меди и т.п.) и черные. К последним относятся чугун и сталь. 95% всех металлургических процессов приходится на черную металлургию, железо используется повсеместно.

Несмотря на невероятное разнообразие получаемых сталей технологий изготовления не так уж много. Кроме того, чугун и сталь – это не совсем 2 разных продукта, чугун – обязательная предварительная стадия получения стали.

Классификация продукции

И чугун, и сталь относят к сплавам железа, где легирующим компонентом выступает углерод. Доля его невелика, но он придает металлу очень высокую твердость и некоторую хрупкость. Чугун, поскольку содержит больше углерода, более хрупкий, чем сталь. Менее пластичен, но отличается лучшей теплоемкостью и стойкостью к внутреннему давлению.

Чугун получают при доменной плавке. Различают 3 вида:

• серый или литейный – получают методом медленного остывания. Сплав содержит от 1,7 до 4,2% углерода. Серый чугун хорошо обрабатывается механическими инструментами, прекрасно заполняет формы, поэтому его используют для производства литьевых изделий;
• белый – или передельный, получают при быстром остывании. Доля углерода – до 4,5%. Может включать дополнительные примеси кремния, графита, марганца. Белый чугун отличается твердостью и хрупкостью и в основном применяется для выплавки стали;
• ковкий – включает от 2 до 2,2% углерода. Производится из белого чугуна путем длительного прогревания отливок и медленного длительного охлаждения.

Сталь может включать не более 2% углерода, получают ее 3 основными способами. Но в любом случае суть сталеварения сводится к отжигу нежелательных примесей кремния, марганца, серы и так далее. Кроме того, если получают легированную сталь, то в процессе изготовления вводят дополнительные ингредиенты.

По назначению сталь разделяют на 4 группы:

• строительная – применяют в виде проката без термической обработки. Это материал для сооружения мостов, каркасов, изготовления вагонов и так далее;
• машиностроительная – конструкционная, относится к категории углеродистой стали, включает не более 0,75% углерода и не более 1,1% марганца. Используется для производства разнообразных машинных деталей;
• инструментальная – также углеродистая, но с низким содержанием марганца – не более 0,4%. Из нее производят разнообразный инструмент, в частности, металлорежущий;
• сталь специального назначения – к этой группе относят все сплавы с особыми свойствами: жаропрочная сталь, нержавеющая, кислотоупорная и так далее.

Предварительный этап

Даже богатую руду перед выплавкой чугуна необходимо подготовить – освободить от пустой породы.

Источник

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