Железная руда свойства применение способы добычи бережное отношение

Железная руда: химическая формула, применения, сплавы на основе железа

Содержание:

Более трех тысячелетий лет назад человек начал искать железную руду и использовать ее в хозяйственных целях. На 5 % кора нашей планеты состоит именно из железа, поэтому ее не сложно добывать. По распространенности этот химический элемент располагается на четвертом месте среди всех элементов.

Что представляет собой железная руда?

В природных условиях техническое железо не существует, поэтому его всегда синтезируют из руды. От местонахождения руды зависит процентное соотношение железа. Как правило, в горной породе содержится от 15 % железа.

До нахождения железа в природе человек использовал бронзу и медь, которые по надежности и прочности уступают железу. Поэтому люди стали активно искать и использовать железную руду. Много столетий назад мастера умели отличать качество руды без анализа элементов.

Химическая формула железной руды

Железная руда состоит из окисей, гидратов окисей и углекислых солей закисей железа. Железо синтезируют из разных рудных металлов:

• магнетита, или магнитного железняка (FeO);
• гематита, или красного железняка (Fe₂O₃);
• лимонита, или бурого железняка (Fe₂O₃*H₂O).

Виды железной руды

В каждом виде горной породы процент железа неодинаков. Сырье по количеству металла в руде классифицируют на типы:

• богатые (более 65 % металла);
• умеренно богатые (60-65 %);
• умеренные (45-60 %);
• бедные (менее 45 %).

От типа сырья зависит технология и количество затрачиваемой энергии при получении железа. От этого зависит эффективность производства железной продукции.

Как называются сплавы на основе железа?

Сплав – это смесь, которая включает не только основной металл, но и дополнительные примеси. Соединения на основе железа называются черными металлами. К ним относится ряд сплавов на основе железа.

1. Сталь – соединение углерода с другими химическими элементами. Содержание углерода может составлять до 2,14 %.
2. Чугун – смесь углерода и марганца, фосфора или серы. Содержание углерода может составлять до 3,5 %.
3. Перлит – соединение железа и углерода (до 0,8 %).
4. Феррит – чистый материал, содержание углерода в котором составляет до 0,04 %.
5. Аустенит — соединение с содержанием углерода до 2,14 %.

Производства, где используется железная среда, – основа цивилизации.

Способы получения железной руды

Железная руда залегает на разной глубине, поэтому для добычи применяются различные методы.

1. Карьерный способ. Карьерный способ актуален для добычи руды, залегающей на глубине 200–300 м. С помощью экскаваторов руду извлекают из почвы, а затем дробленое сырье грузят и поставляют в специальные комбинаты.
2. Шахтный метод. Шахтный метод актуален для железной руды, которая располагается на глубине до 900 м. Сначала пробивают створ шахты, от которого вдоль пластов разрабатывают штреки. Из шахт измельченное сырье передается с помощью транспортеров. Затем сырье помещают на машины и отправляют на специальные предприятия.
3. Скважинная гидродобыча. Этот способ заключается в бурении скважины до пласта руды. Затем в створ проводят трубы, которые сильным напором воды измельчают руду. У этого способа небольшая эффективность, поэтому он применяется редко. Около 3 % руды добывается скважинной гидродобычей.

Местонахождение железной руды

Мировые запасы железной руды не безграничны. Сырье для синтеза железа не встречается на каждом углу. Территории, в которых располагаются большие запасы руд, называют месторождениями. Они классифицируются на типы.

• Эндогенные месторождения – место с особенным положением в коре Земли. Часто они являются титаномагнетитовыми рудами. Внешне они напоминают линзы и пласты.
• Экзогенные месторождения – расположение лимонита и др.
• Метаморфогенные месторождения – расположение кварцитов и др.

В странах бывшего Советского Союза находятся огромные запасы железной руды. Большой процент горных пород находится в Украине, Российской Федерации и Казахстане. Также железная руда есть и в Бразилии, Канаде, Австралии, США и других государствах. Но некоторые страны испытывают дефицит железа в промышленностях, поэтому часто приходится импортировать сплавы.

Где применяется железная руда?

Железная руда – важнейшая смесь металлов, на которой строится экономика государств. Железная руда нашла применение преимущественно в металлургии. Из нее получают различные сплавы.

Чистое железо – мягкое вещество, поэтому в производстве используют только смеси металлов. Сплавы на основе железа используют благодаря высокой прочности и способности противостоять коррозии. В них часто встречается углерод, играющий роль цемента в материале.

Чугун и сталь применяют в:

1. машиностроении;
2. военном деле;
3. производстве ракет;
4. строительстве;
5. легкой промышленности;
6. пищевой промышленности и других отраслях.

Самый распространенный сплав из железа – сталь. Изначально из нее изготавливали оружие. Это связано с особенными характеристиками материала – гибкостью, ковкостью и др. Сегодня этот высококачественный металл включает добавки, которые придают твердость, износоустойчивость и т. д.

Второй по распространенности сплав – чугун. Изначально этот материал считался бесполезным. Считалось, что он образуется при нарушении технологии получения стали. Чугун хрупок и непластичен, поэтому его часто выкидывали. Несколько десятков лет чугун совсем не использовался.

Особенные свойства железной руды до появления артиллерии и оружейного производства нашли применение в хозяйстве. В Индии из чугуна изготавливали гробы, а в Китае – чеканили монеты. Появление пушек связано с производством ядер, для этого нужна железная руда.

Таким образом, железная руда – важнейшее сырье, на котором строится все производство. Железная руда много столетий назад позволила человечеству шагнуть далеко вперед в промышленном развитии общества. То, что делают из железной руды, до сих пор используется в современной цивилизации.

Источник

Что делают из железной руды?

Оглянитесь вокруг. Так или иначе, но вы со стопроцентной вероятностью наткнетесь на что-то, чьим компонентом является элемент Ferrum. Он же – железо. Даже телефон, планшет или компьютер, с помощью которого вы читаете данную статью, также содержит в себе железо.

Феррум является четвертым по многочисленности элементом на нашей планете. Являясь настолько популярным, оно максимально упрощает процесс собственной добычи. К сожалению, в чистом виде оно все-таки не встречается, потому – придется добывать его из руды. Благо, извлечь его из минералов и получить чистый «Fe» намного проще, чем, скажем, уран или даже алюминий.

В данной статье мы рассмотрим вопрос, что делают из железной руды, как из нее добывается железо и куда его применяют.

Свойства руд

Отвечать на вопрос: какими свойствами обладает железная руда, не совсем просто. Хотя бы потому, что перечень свойств зависит от процента данного металла в руде и количества посторонних примесей. К примеру, красный железняк, содержащий гематит (Fe₂O₃), содержит в себе целых 70% железа от общего количества.

В общем и целом, кстати, целесообразной добычей железа считается только та, где в рудах содержится от 40% железа и выше. Данная цифра действительно дает понять, что железо распространено в окружающем мире многократно больше других элементов. К примеру, для того же урана, содержание его в руде в количестве 2% считалось бы небывалой удачей…

Но вернемся к нашему красному железняку. Давая характеристику железной руде, можно сказать, что красный железняк представляет собой диапазон от порошкового вещества до плотного.

Лимонит (он же – бурый железняк), также является рудой железа, однако она представляет собой пористую и рыхлую породу, содержащую весомые доли фосфора и марганца. Пустой породой у него часто выступает глина. В силу чего, кстати, довольно легко поддается извлечению железа. Потому из него часто делают чугун.

Шпатовый железняк с сидеритом во главе является довольно редким минералом, что не делает его производственным ресурсом. Он также содержит в себе довольно много глины.

Черно-синие магнитные руды по своей насыщенности железу могут не уступать красному железняку. Но главной их особенностью является, конечно, свойства магнетизма. Пусть они и теряются с сильным повышением температуры. Пусть железняк магнитный намного реже других, но польза его очевидна.

Способы добычи железа из руды

Железо из руды наиболее часто получают в доменных печах. Принцип работы такого способа заключается в восстановлении железа из его оксидов с помощью угля, в виде кокса. Уголь, окислившись в печи под воздействием кислорода, превращается в угарный газ (СО). Затем, нагретый в печи угарный газ взаимодействует с оксидом железа (Fe₂O₃), вследствие чего получаются молекулы углекислого газа и молекулы восстановленного железа.

Полученное железо все еще не является идеально чистым. Дабы устранить его от всяческих рудных примесей, далее используется флюс. Флюсом называют карбонаты кальция или магния (в простонародье – известняк и доломит). При нагревании до 1000 градусов по Цельсию, карбонаты распадаются на свои оксиды с выделением углекислого газа.

Далее, оксид кальция или магния вступает в реакцию с примесями железа (например – с кварцем)

Получившийся в результате шлак очень легко плавится в печи. Он плавает на поверхности, что позволяет довольно легко отделить его от железа. Такой расплав железа является все равно не самым чистым из-за существенного присутствия атомов карбона (уголь). А сплав железа с углеродом называется чугуном.

Железо довольно активный элемент, потому весьма податлив коррозии. Потом, не стоит оставлять под открытым небом или в местах с повышенной влажностью предметы с высоким содержанием железа.

Добыча железа в России и мире

Россия в плане добычи железной руды может похвастаться лишь 5-6% от общемирового уровня. Но что касается запасов для потенциально дальнейшей добычи – здесь уверенное первое место. 18% от всей мировой железной руды находятся именно в России. На втором и третьем месте – Бразилия с Австралией. Почетное четвертое место досталось «сожителю по СССР» – Украине, 11 процентов.

В Российской Федерации наибольшим месторождением железной руды является Курская магнитная аномалия. Она же, кстати, является крупнейшим месторождением всей планеты. Запасы залегающего там необработанного железа исчисляются 30 миллиардами тонн.

Применение железа

Примечательным можно считать тот факт, что из самого Феррума, в его химически чистой форме, в мире практически ничего не делается и не производится. Данный элемент очень легко окисляется, вступая в реакции в кислородом или другими элементами. Так для чего нужна железная руда? Все просто. Феррум, обогащенный карбоном (сплав чугуна) – весьма и весьма популярный материал. Чугун может или служить самостоятельной единицей для изготовления каких-либо вещей и предметов, или же быть промежуточным звеном между железом, и сталью.

Сталь – это сплав железа, углерода и других элементов. Железа должно быть не менее 45%, карбона – от 0,02 до 2,14 процента. Если выше 2,14% – это уже чугун. И уж сталь-то, в десятках своих вариаций, в наше время используется практически везде. Машиностроение, авиация, приборостроение, космические постройки, ядерная энергетика, медицина (существует даже термин – хирургическая сталь), оружейная отрасль (как холодное, так и огнестрельное), сельхозинвентарь, строительная продукция и т.д. За счет такой популярности стали, смело можно утверждать, что ни один металл периодической таблицы не используется так интенсивно и в таких количествах на Земле, как железо.

Действительно, сфер производства продукции железной руды, а также соединений и сплавов на основе Феррума – просто не счесть. Однако, в будущем, при таких темпах и масштабах добычи, перед человечеством могут встать два вопроса: что делать, когда запасы этого металла в недрах нашей планеты станут иссякать? И как поступать с теми гигантскими котлованами по всей планете, которые остаются после проведения добычи железной руды открытым способом.

Источник

Железные руды: классификация, ценность, способы добычи и применение

Железные руды – это залегающие в земле полезные ископаемые, имеющие в своём составе железо в количестве достаточном для их добычи и промышленного освоения. Производимый из этих руд металл, является металлургической основой современной цивилизации. Используется он повсеместно в любом направлении человеческой деятельности: от освоения космоса, до изготовления обычных предметов повседневного пользования.

Классификация

Железные руды классифицируются по целому ряду признаков.

Прежде всего, наиболее важным фактором в экономическом отношении является процентное содержание железа. Поэтому руды подразделяются на ряд типов:

• Богатые – содержание полезного минерала превышает 50%.
• Обычные руды имеют в своём составе 25 — 50% железа.
• Небогатое железом сырьё не располагает значительным количеством железа. Его в них не более 25%. Именно поэтому такие руды и носят название бедных.

Что касается химического состава, то в основном это – разнообразные соединения железа с кислородом, водой и углеродом, встречающиеся в природе в виде:

• бурых железняков – лимонитов,
• магнитных железняков – магнетитов,
• красных железняков – гематитов,
• шпатовых железняков – сидеритов.

Железосодержащие месторождения обычно располагают следующими видами руд:

• Апатит-магнетитовыми, содержащиеся в карбонатитах.
• Гётит-гидрогётитовыми, размещающиеся в корах выветривания.
• Магнетитовыми и магмо-магнетитовыми в среде скарнов.
• Магнетит-гематитовыми, находящиеся среди железных кварцитов.
• Мартитовыми и мартит-гидрогематитовыми – особо богатые минералом руды в железных кварцитах.
• Титано-магнетитовыми, а также ильменит-титаномагнетитовыми, размещающееся в базитах и ультра-базитах.

Для полноты картины необходимо также отметить, что залежи этого вида полезных ископаемых образуются в результате:

• высокотемпературного воздействия – магматогенные месторождения;
• выветривания пород гор и осадочных отложений – экзогенные;
• осадочной деятельности, подвергшейся в дальнейшем значительному воздействию давления и температуры.

Факторы, определяющие ценность руд

Рентабельность разработки каждого конкретного месторождения объясняется целым набором условий:

• Количественный и качественный состав основного минерала, то есть опять же концентрация железа в руде. Понятно, что чем она выше, тем лучше. Этот фактор оказывает решающее влияние на выход конечного продукта и сам процесс плавки. Именно он повышает производительность оборудования и не требует дополнительных затрат на обогащение.

Что касается запасов месторождения, то необходимый минимум для окупаемости вложенных средств, по расчётам экономистов, составляет 600 млн. тонн. Меньшие размеры не покрывают затрат на создание необходимой инфраструктуры: производственных мощностей, инженерных сетей, дорог, жилья, общественных сооружения.

• Также, большое значение имеет остальной состав руды – то есть пустая порода, способная в зависимости от своих качеств увеличивать или уменьшать выход шлака.
• Очень важную роль играет наличие примесей. Если полезные из них улучшают качество выплавленного металла, то от вредных компонентов нужно избавляться сложными технологическими методами или нейтрализовать их неблагоприятное воздействие.
• Физико-металлургические свойства руды, тоже необходимо учитывать. Обогатимость, прочность, размягчаемость, размеры кусков, влажность – всё это факторы, определяющие потенциальную ценность месторождений железных руд.
• Кроме того, имеет значение и способность исходного материала восстанавливаться – отдавать кислород, что существенно ускоряет процесс выплавки.
• Одним из условий, определяющих экономическую целесообразность разработки, является глубина залегания рудного тела и место его расположения в зависимости от удалённости от развитых экономических районов. Преодоление этих проблем требует прокладки дорог, обеспечения месторождения людскими и энергетическими ресурсами.

Способы добычи

Способ добычи определяется в зависимости от индивидуального характера залегания рудного дела. Решающим обстоятельством конечно же выступает глубина.

Открытый

Как обычно, если полезные ископаемые расположены не далеко от поверхности земли (порядка 300 метров) и есть возможности для проведения большого объёма работ по вскрытию и перемещению грунта, то прибегают к созданию карьера. Мощными экскаваторами перемещают породы в отвалы, а дойдя до нижних слоев залежей, проводят окончательный анализ месторождения на процент содержания железа.

Окончательное решение принимает экспертная комиссия. В случае положительного результата, массы изъятой породы направляются на металлургические предприятия для дальнейшей переработки.

Закрытый

Хотя значительная масса железной руды добывается карьерным способом, но иногда приходится прибегать к строительству глубоких шахт. Происходит это в том случае, если искомые слои полезного ископаемого находятся на глубине порядка одного километра. Сам процесс заключается в прокладке вертикального ствола, от которого в дальнейшем ответвляются горизонтальные штреки.

При всех своих недостатках (дороговизна строительства и опасность эксплуатации), данный способ наиболее эффективен.

Также кроме этих двух способов в последнее время находит применение метод скважинной гидродобычи. Суть его заключается в том, что внутрь пробуренной скважины подаётся под значительным давлением вода. В результате чего, размытая струёй порода перемещается наверх.

Технология обогащения

Подготовительный процесс

Предварительным этапом обогащения железных руд является дробление и измельчение. Цель этих операций – получить массу нужной величины кусков и частиц, а также отделить пустую породу. Обычно для этого применяется грохочение (просеивание) и классификация (разделение водным потоком частиц по крупности) исходного материала.

Основной процесс

Непосредственно процесс обогащения может включать в себя один из следующих методов:

• Сухая, мокрая или комбинированная магнитная сепарация. В основу процесса заложена различная магнитная проницаемость химических веществ. В случае мокрой сепарации специальные электромагнитные барабаны забирают минералы, насыщенные ферромагнитами из пульпы. Сухой метод заключается в снятии магнитной фракции из подаваемой шихты, вращающейся лентой.
• Использование суспензий средней плотности между железом и пустой породой, даёт возможность применять гравитационную сепарацию.
• Флотационный метод основан на использовании специального реагента, позволяющего формировать воздушно-жидкостную металлическую пену, которая затем снимается и направляется на дальнейшую переработку.
• Самым простым способам обогащения является промывка. Сама по себе она малоэффективна, поэтому применяется совместно с другими методами. Но в случае загрязнённости исходной породы глиной или песком, без неё не обойтись.

После процесса обогащения концентрат подвергают агломерации и отправляют на доменную, а затем при необходимости, и кислородно-конверторную плавку. Отходы производства могут быть использованы для извлечения редких или цветных металлов, иногда их употребляют при изготовлении песка и щебня.

Вспомогательный процесс

В ходе технологии обогащения часто приходится прибегать к вспомогательным процессам, обеспечивающим удаление ненужных фракций: пыли, шлама, влаги. Сгущение, спекание, фильтрование, сушка дают возможность получить концентрат необходимой готовности для последующего использования.

Продукты переработки

Основная цель добычи железной руды заключается в производстве из неё чёрных металлов, получаемых в процессе выплавки.

Сталь

Всем известная сталь – это соединение железа (до 45%), углерода (до 2,14%) и целого ряда других химических элементов. Марганца, кремния, азота, серы, кислорода, фосфора. При необходимости в её состав добавляют хром для повышения жаростойкости, или никель – для вязкости и улучшения антикоррозийных свойств.

В зависимости от содержания углерода C и легирующих добавок, стали подразделяются:

• на низко-, средне- и высокоуглеродистые;
• на низко-, средне- и высоколегированные.

По своему назначению стали бывают: жаропрочные, инструментальные, конструкционные, криогенные и нержавеющие.

Возникает вполне резонный вопрос, каким же образом получают столь широкий ассортимент продукции?

Прежде всего, из агломерата под воздействием воздуха в доменных печах выплавляется чугун (более подробно речь об этом пойдёт в следующем разделе статьи).

А уж потом из чугуна путём переработки, заключающейся в уменьшении содержания углерода, и кроме него – серы и фосфора (значительное количество которых ухудшает механические свойства стали, повышая её ломкость и хрупкость), производят конечную продукцию – сталь. Осуществляются эти процессы производства стали конверторным (Бессмеровским или Томасовским), Мартеновским или электротермическим методами. В зависимости от теплофизического состояния исходного материала (расплавленное или твёрдое) и потребности выплавки некоторых сортов стали, способы производства могут варьироваться, иногда дополняя друг друга.

Чугун

Чугун представляет собой высокоуглеродистый (выше 2,14%) сплав железа. Именно благодаря этому он отличается повышенной хрупкостью. Производят его путём плавки переработанной руды в доменных печах при температуре порядка 1200 0 C.

В зависимости от своего состава и технологии получения, различают светлый (белый), серый, ковкий, высокопрочный и передельный чугун. Впрочем, последний используется лишь как промежуточный материал для производства стали.

Ферросплав

Одно из направлений современной металлургии заключается в получении ферросплавов – соединений железа с хромом, никелем, марганцем, титаном и некоторыми другими материалами, содержащими железо в незначительных количествах. Ценность данных материалов заключается в упрощении и дешевизне легирования, проводимого с их помощью, а также употреблении в качестве средств раскисления (удаления кислорода) при выплавке металлов.

Современная металлургия располагает тремя способами получения ферросплавов:

• Алюминотермический.
• Силикотермический.
• Углевосстановительный.

Реализуются они с помощью плавильных горнов или электропечей.

Месторождения в России и мире

Российская Федерация располагает значительными залежами железных руд. Крупнейшими месторождениями на территории нашей страны являются:

• Курская магнитная аномалия. По утверждениям экспертов – это четверть мировых запасов железной руды, оцениваемой в 200 млрд. тонн, из которых 30 млрд. уже имеют высокую степень обогащения.
• Бакчарское месторождение в Томской области – второе по величине в России, обладающее наличием в составе руды ванадия и кобальта.
• Также имеются значительные запасы железных руд в виде красного железняка на территории Мурманской области. Это – Оленигорское и Ковдорское месторождения.
• Керченский полуостров Крыма богат бурыми железняками, которые требуют дальнейшего освоения.
• Значительные залежи железа в Сибири находятся в районе города Кемерово и на Алтае.
• Дальневосточный регион располагает месторождениями в Амурской области, республике Саха (Якутия) и на территории Хабаровского края.

Из крупнейших зарубежных месторождений можно выделить:

• Кирунавара – Швеция.
• Область Лотарингии – Франция.
• Криворожский бассейн на Украине.
• Нижняя Саксония в Германии.
• Ньюфаундленское и Лабрадорское месторождения в Канаде.
• Прибрежный район озера Верхнее в США.
• Порт Маяри – Куба.
• Эль-Пао и Серро-Боливар – Венесуэлла.
• Итабира, Итабирита, Каражас в Бразилии.
• Город Конакри (Гвинея) является местом крупнейших залежей железной руды в Африке.
• Так называемый «железный пояс» Индии. Штаты: Бихар и Орисса.
• Айрон-Монарк, Айрон-Ноб, Маунт-Голдсуэрти, Маунт-Том-Прайс, Маунт-Нырмен, Кокату и Хамерсли в Австралии.

Мировые запасы

Топ мировых лидеров по запасам железных руд возглавляют:

• Россия – 18%.
• Бразилия – 17%.
• Австралия – 14%.
• Украина – 11%.
• Китай – 9%.

Общемировые запасы этого вида природного сырья оцениваются в 800 млрд. тонн, причём четыре пятых в его составе – руда низкого и среднего качества.

Источник