Как выглядит железная руда, что это такое?

Вид материала зависит от его состава и содержания дополнительных примесей. Самый распространенный красный железняк с высоким процентом железа может встречаться в разном состоянии — от очень плотного до пылевого.

Бурые железняки имеют рыхлую, слегка пористую структуру бурого или желтоватого цвета. Такой элемент часто нуждается в обогащении, при этом легко перерабатывается в руду (из него получается высококачественный чугун).

Магнитные железняки плотные и зернистые по своей структуре, выглядят как кристаллы, вкрапленные в породу. Оттенок руды — характерный черно-синий.

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.

Руда это металл

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.

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.

Руда это металл

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.

Свойства руды

Железо — распространенный в природе химический элемент. Его содержание в коре земли составляет около 4,2%. Но в чистом виде он почти не встречается, чаще всего в виде соединений — в окислах, карбонатах железа, солях и т.д. Железная руда — это соединение минералов со значительным количеством железа. В народном хозяйстве экономически обоснованным считается применение руд, содержащих более 55% этого элемента.

Что делают из руды

Железорудная промышленность — металлургическая отрасль, которая специализируется на добыче и обработке железной руды. Основное предназначение этого материала на сегодняшний день — производство чугуна и стали.

Всю продукцию, которую делают из железа, можно разделить на группы:

  • Передельный чугун с повышенной концентрацией углерода (выше 2%).
  • Литейный чугун.
  • Сталь в слитках для изготовления проката, железобетона и стальных труб.
  • Ферросплавы для выплавки стали.

Для чего нужна руда

Материал используется для выплавки чугуна и стали. Сегодня нет практически ни одной промышленной сферы, которая обходится без этих материалов.

Чугун — это сплав углерода и железа с марганцем, серой, кремнием и фосфором. Чугун производится в доменных печах, где при высоких температурах руду выделяют из оксидов железа. Практически 90% полученного чугуна является предельным и используется при выплавке стали.

Руда это металл

Применяются различные технологии:

  • электронно-лучевая выплавка для получения чистого высококачественного материала;
  • вакуумная обработка;
  • электро-шлаковый переплав;
  • рафинирование стали (устранение вредных примесей).

Отличие стали от чугуна — минимальная концентрация примесей. Для очистки применяется окислительная выплавка в мартеновских печах.

Сталь самого высокого качества выплавляется в индукционных электрических печах с экстремально высокой температурой.

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.

Предлагаем ознакомиться  Никель драгоценный металл

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.

Железная руда: типы, способы добычи, сфера применения

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.

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.

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.

руда золота

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

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.

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.

Предлагаем ознакомиться  Камни для знака Лев. Обереги по дате рождения для женщины и мужчины

Как добывают руду

Руда отличается по концентрации содержащегося в ней элемента. Она бывает обогащенной (с концентрацией от 55%) и бедной (от 26%). Бедные руды целесообразно применять в производстве только после обогащения.

По происхождению выделяют следующие виды руд:

  • Магматогенная (эндогенная) — образовавшаяся под воздействием высокой температуры;
  • Поверхностная — осевшие остатки элемента на дне морских бассейнов;
  • Метаморфогенная — полученная под воздействием экстремально высокого давления.

Основные соединения минералов с содержанием железа:

  • Гематит (красный железняк). Самый ценный источник железа с содержанием элемента от 70% и с минимальной концентрацией вредных примесей.
  • Магнетит. Химический элемент с содержанием металла от 72% отличается высокими магнитными свойствами и добывается на магнитных железняках.
  • Сидерит (карбонат железа). Отмечается большое содержание пустой породы, самого железа в нем около 45-48%.
  • Бурые железняки. Группа водных окислов с низким процентом железа, с примесями марганца и фосфора. Элемент с такими свойствами отличается хорошей восстанавливаемостью и пористой структурой.

Добыча железной руды — это сложный технический процесс, при котором  происходит погружение в земные недра с целью поиска минералов. На сегодняшний день существует два способа добычи руды: открытая и закрытая.

Открытый (карьерный способ) — распространенный и наиболее безопасный вариант по сравнению с закрытой техникой. Метод актуален для тех случаев, когда в рабочей зоне отсутствуют твердые породы, а рядом нет населенных пунктов или инженерных систем.

Сначала вырывается карьер до 350 метров глубиной, после чего со дна большими машинами собирается и вывозится железо. После добычи материал на тепловозах отправляется на заводы по изготовлению стали и чугуна.

Карьеры роются экскаваторами, но такой процесс занимает много времени. Как только машина доберется до первого пласта рудника, материал сдается на экспертизу, чтобы определить процент содержания железа и целесообразность дальнейших работ (если процент выше 55%, работы в этой местности продолжаются).

Интересно! По сравнению с закрытым способом добыча полезных ископаемых в карьерах стоит вдвое  дешевле. Такая технология не требует обустройства шахт или создания тоннелей. При этом эффективность работы в открытых карьерах выше в несколько раза, а потери материала в пять раз меньше.

Шахтная (закрытая) добыча руды применяется только в том случае, если планируется сохранить целостность ландшафта в той области, где ведется разработка рудных залежей. Также этот способ актуален для работ в горной местности.  В этом случае создается сеть тоннелей под землей, что приводит к дополнительным расходам — строительство самой шахты и сложная транспортировка металла на поверхность. Самый главный недостаток — высокий риск для жизни рабочих, шахта может обрушиться и перекрыть доступ на поверхность.

Добыча железной руды — одна из ведущих сфер хозяйственного комплекса РФ. Но несмотря на это, доля России в мировой добыче руды составляет всего 5,6%. Мировые запасы составляют около 160 млрд. тонн. Объем чистого железа достигает 80 млрд. тонн.

Распределение ископаемых по странам выглядит следующим образом:

  • Россия — 18%;
  • Бразилия — 18%;
  • Австралия — 13%;
  • Украина — 11%;
  • Китай — 9%;
  • Канада — 8%;
  • США — 7%;
  • остальные страны — 15%.

Существенные залежи железной руды отмечены в Швеции (города Фалуня и Гелливар). В Америке обнаружено большое количество руды в штате Пенсильвания. В Норвегии металл добывается в Персберге и Арендали.

Руды России

Курская магнитная аномалия — крупное месторождение железной руды в РФ и в мире, в которой объем неочищенного металла достигает 30000 млн. тонн.

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

Карьерный способ добычи железной руды

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

Добыча железной руды в шахте

остывание магмы

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 железа

Скважинная гидродобыча железа

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.

Добыча железных руд в промышленных масштабах

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.

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.

Предлагаем ознакомиться  Незаконный оборот драгоценных металлов или камней: статья 191 УК РФ, ответственность и законы, характеристики

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

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.

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

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.

песчаник

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.

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).

Российская разработка, позволяющая добывать золото из каменного угля

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.