Что входит в состав железных руд. Железорудное сырье

Железорудное сырье (ЖРС) - основной вид металлургического сырья, которое используется в черной металлургии для производства чугуна, железа прямого восстановления (ЖПВ, англ. DRI) и горячебрикетированного железа (ГБЖ, англ. HBI).

Человек начал изготавливать и использовать изделия из железа в период «железного» века –примерно четыре тысячи лет назад. Сегодня железные руды –одно из наиболее распространенных полезных ископаемых. Пожалуй только угли и строительные материалы извлекаются из недр в больших объемах. Более 90% железных руд используются в черной металлургии для производства чугуна и стали.

Чугун - сплав железа с углеродом (2-4%), как правило, хрупок и содержит примеси кремния, марганца, серы, фосфора, а иногда легирующих элементов - хрома, никеля, ванадия, алюминия и др. Чугун получают из железных руд в доменных печах. Основная масса чугуна (свыше 85%) перерабатывается в сталь (предельный чугун), меньшая часть применяется для изготовления фасонного литья (литейный чугун).

Сталь – ковкий сплав железа с углеродом (и легирующие добавки), основной конечный продукт переработки железных руд. Сталь обладает высокой прочностью, вязкостью, способностью легко изменять форму при горячей и холодной обработке давлением, приобретать в зависимости от химического состава и способа термической обработки нужные свойства: жаропрочность, сопротивление истиранию, коррозионную стойкость. Благодаря этому сталь является важнейшим конструкционным материалом.

Продукция черной металлургии применяется во всех сферах промышленного производства, но в основном в машиностроении и капитальном строительстве.

Железная руда является сырьем для производства черных металлов. Железную руду, извлеченную из недр, в горном деле принято называть «сырой рудой».

Железорудное сырье (ЖРС) – вид металлургического сырья, которое используется в черной металлургии для производства чугуна и металлизированного продукта (DRI и HBI), а также в незначительном количестве в выплавке стали. Железорудное сырье подразделяется на два вида – подготовленное (агломерированное) и неподготовленное (неагломерированное) сырье. Подготовленное ЖРС – это сырье готовое для использования в доменных печах для производства чугуна. Неподготовленное ЖРС является сырьем для производства агломерированного сырья. Неподготовленное ЖРС – это концентрат, доменная и аглоруда. Концентрат производится, в основном, в результате магнитной сепарации измельченной железной руды с низким содержанием железа. Извлечение железа в концентрат составляет в среднем около 80%, содержание железа в концентрате 60-65%.

Аглоруда (железорудная мелочь) вырабатывается из богатой руды с высоким содержанием железа в результате дробления, грохочения, дешламации, крупность -10 мм.

Доменная (крупнокусковая руда) также вырабатывается из богатой руды, крупность куска -70+10 мм. Железорудное сырье для доменного процесса подвергается агломерации и окускованию. Агломерат получают из аглоруды и концентрата, а для производства окатышей применяются только концентраты.

Окатыши производятся из железорудного концентрата с добавлением известняка в результате окомкования смеси (гранулы диаметром 1 см) и последующего обжига.

Горячебрикетированное железо не являются ЖРС, т.к. фактически это уже продукты металлургического передела. В качестве сырья для производства агломерата используются смесь из аглоруды, сидерита, известняка и железосодержащих отходов производства с высоким содержанием железа (окалина и др.). Смесь также подвергается окомкованию и спеканию.

Металлургическая ценность железных руд и концентратов определяется содержанием в них полезного компонента (Fe), а также полезных (Mn, Ni, Cr, V, Ti), вредных (S, P, As, Zn, Pb, Cu, K, Na) и шлакообразующих (Si, Ca, Mg, Al) примесей. Полезные примеси являются естественными легирующими элементами стали, улучшающими ее свойства. Вредные примеси или ухудшают свойства металла (сера и медь придают металлу красноломкость, фосфор - хладоломкость, мышьяк и медь понижают свариваемость), или усложняют процесс выплавки чугуна (цинк разрушает огнеупорную кладку печи, свинец – лещадь, калий и натрий вызывают образование настылей в газоходах).

Содержание серы в товарной руде не должно превышать 0,15%. В рудах и концентратах, используемых для производства агломерата и окатышей, допустимое содержание серы может быть до 0,6%, так как при агломерации и обжиге окатышей степень удаления серы достигает 60- 90%. Предельное содержание фосфора в руде, агломерате и окатышах 0,07-0,15%. При выплавке обычных передельных чугунов допускается наличие в железорудной части доменной шихты (не более) As 0,05-0,1%, Zn 0,1-0,2%, Cu до 0,2%. Шлакообразующие примеси разделяются на основные (Ca, Mg) и кислые (Si, Al). Предпочтительны руды и концентраты с более высоким отношением основных окислов к кислым, так как сокращается ввод сырых флюсов при последующем металлургическом переделе.

Природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объеме, когда промышленное извлечение железа целесообразно. Хотя железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород, но под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой в экономическом отношении может быть получаемо металлическое железо.

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

• Титано-магнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые в базитах и ультрабазитах;
• Апатит-магнетитовые в карбонатитах;
• Магнетитовые и магно-магнетитовые в скарнах;
• Магнетит-гематитовые в железных кварцитах;
• Мартитовые и мартит-гидрогематитовые (богатые руды, образуются по железным кварцитам);
• Гётит-гидрогётитовые в корах выветривания.

Существует три вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии: сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда), аглоруда (спечённая, окускованная путем термической обработки) и окатыши (сырая железосодержащая масса с добавлением флюсов (обычно, известняка); формуется в шарики диаметром около 1-2 см).

Х имический состав

По химическому составу железные руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов, из которых главнейшие: магнетит, или магнитный железняк; гётит, или железный блеск (красный железняк); лимонит, или бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды; наконец, сидерит, или шпатоватый железняк (железный шпат), и его разновидность сферосидерит. Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.

Богатая железная руда

Богатая железная руда имеет содержание железа свыше 57 %, а кремнезёма менее 8…10 %, серы и фосфора менее 0,15 %. Представляет собой продукт природного обогащения железистых кварцитов, созданных за счёт выщелачивания кварца и разложения силикатов при процессах длительного выветривания или метаморфоза. Бедные железные руды могут содержать минимум 26% железа.

Выделяют два главных морфологических типа залежей богатой железной руды: плоскоподобные и линейные. Плоскоподобные залегают на вершинах крутопадающих пластов железистых кварцитов в виде значительных по площади с карманоподобной подошвой и относятся к типовым корам выветривания. Линейные залежи представляют падающие в глубину клиноподобные рудные тела богатых руд в зонах разломов, трещинуватостей, дробления, изгибов в процессе метаморфоза. Руды характеризуются высоким содержанием железа (54…69 %) и низким содержанием серы и фосфора. Наиболее характерным примером метаморфозных месторождений богатых руд могут быть Первомайское и Жёлтоводское месторождения в северной части Кривбасса. Богатые железные руды идут на выплавку стали в мартеновском, конвертерном производстве или для прямого восстановления железа(горячебрикетированное железо).

Запасы

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, в которых содержится около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, на долю месторождений железной руды России и Бразилии приходится по 18% мировых запасов железа. Мировые ресурсы и запасы железных руд по состоянию на 01.01.2010:

Крупнейшие производители железорудного сырья в 2010 году

По данным U.S. Geological Survey, мировая добыча железной руды в 2009 году составила 2,3 млрд тонн (рост на 3,6 % по сравнению с 2008 годом).

Железную руду человек начал добывать еще в конце II тысячелетия до нашей эры, уже тогда определив для себя преимущества железа по сравнению с камнем. С тех времен люди стали различать виды железных руд, хотя они еще не имели тех названий, что сегодня.

В природе железо - один из самых распространенных элементов, и в земной коре его содержится по разным данным от четырех до пяти процентов. Это четвертое место по содержанию после кислорода, кремния и алюминия.

Железо представлено не в чистом виде, оно в большем или меньшем количестве содержится в разного вида горных породах. И если по расчетам специалистов добывать железо из такой породы целесообразно и выгодно экономически, ее называют железной рудой.

За последние несколько столетий, на протяжении которых очень активно выплавляется сталь и чугун, железные руды истощаются - ведь металла требуется все больше и больше. Например, если в XVIII веке, на заре промышленной эры руды могли содержать и 65% железа, то сейчас нормальным считается содержание в руде 15 процентов элемента.

Из чего состоит железная руда.

В состав руды входит рудный и рудообразующий минералы, различные примеси и пустая порода. Соотношение этих составляющих отличается от месторождения к месторождению.

Рудный материал содержит главную массу железа, а пустая порода - это минеральные отложения, содержащие железо в очень малых количествах или не содержащие вовсе.

Оксиды, силикаты и карбонаты железа - самые часто встречающиеся рудные минералы железных руд.

Виды железной руды по содержанию железа и по местообразованию.

• С низким содержанием железа или сепарированную железную руду, ниже 20%
• Со средним содержанием железа или аглоруду
• Железосодержащая масса или окатыши - породы с высоким содержанием железа, выше 55%

Железные руды могут быть линейными - то есть залегающие в местах разломов и изгибов земной коры. Именно они наиболее богаты железом и содержат мало фосфора и серы.

Другой вид железных руд - плоскоподобные, которые содержатся на поверхности железосодержащих кварцитов.

Красные, бурые, желтые, черные железняки.

Самым распространенным видом руды является красный железняк, который образуется безводным оксидом железа гематитом, имеющим химическую формулу Fe 2 O 3 . В гематите содержится очень высокий процент железа (до 70 процентов) и мало посторонних примесей, в частности серы и фосфора.

Красные железняки могут находиться в разном физическом состоянии - от плотного до пылевого.

Бурый железняк - это водная окись железа Fe 2 O 3 *nH 2 O. Число n может изменяться в зависимости от основы, составляющей руду. Чаще всего это лимониты. Бурые железняки, в отличие от красных, содержат меньше железа - 25-50 процентов. Их структура рыхлая, пористая, а в руде много других элементов, среди которых - фосфор и марганец. В бурых железняках содержится много адсорбированной влаги, пустая же порода - глинистая. Свое название этот вид руды получил из-за характерного бурого или желтоватого цвета.

Но несмотря на довольно низкое содержание железа, из-за легкой восстановимости перерабатывать такую руду легко. Из них часто выплавляют высокачественный чугун.

Бурый железняк чаще всего нуждается в обогащении.

Магнитными рудами называют те, которые образованы магнетитом, являющимся магнитным оксидом железа Fe 3 O 4. Название подсказывает, что эти руды имеют магнитные свойства, которые утрачиваются при нагревании.

Магнитные железняки реже встречаются, чем красные. Но железа в них может содержаться даже свыше 70 процентов.

По своей структуре он может быть плотным и зернистым, может выглядеть как кристаллы, вкрапленные в породу. Цвет магнетита - черно-синий.

Еще один вид руды, который называется шпатовым железняком. Ее рудосодержащей составляющей является карбонат железа с химическим составом FeCO 3 под названием сидерит. Другое название - глинистый железняк - это если в руде содержится значительное количество глины.

Шпатовые и глинистые железняки встречаются в природе реже других руд и содержат относительно немного железа и много пустой породы. Сидериты могут преобразовываться в бурые железняки под влиянием кислорода, влаги и осадков. Поэтому залежи выглядят так: в верхних слоях это бурый железняк, а в нижних - шпатовый железняк.

Стойленский ГОК в Белгородской области - один из ведущих производителей железорудного сырья: на его долю приходится более 15% производства товарной руды в России. Съемки проводились в течение пяти лет и в сумме заняли более 25 дней. Большой фоторепортаж.

1. Железные руды - это природные минеральные образ»/>

Фотографии и текст Дмитрия Чистопрудова
1. Железные руды - это природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объёме, когда промышленное извлечение железа из этих образований целесообразно. Сырье СГОК берет из Стойленского месторождения Курской магнитной аномалии. Со стороны подобные объекты выглядят как большинство производств - какие-то цеха, элеваторы и трубы.

2. Редко, когда на краю чаши карьера делают общественные смотровые площадки. В Стойленском ГОКе подойти к этой огромной воронке, диаметром по поверхности более 3 км и глубиной около 380 метров, можно только по пропускам и согласованиям. Со стороны и не скажешь, что в этой ямке спокойно поместятся небоскребы Москва-сити, и даже торчать не будут) Кликабельно:

3. Добычу ведут открытым способом. Для того, чтобы добраться до богатой руды и кварцитов горняки снимают и вывозят в отвалы десятки миллионов кубометров земли, глины, мела, и песка.

4. Рыхлые породы разрабатывают экскаваторами с «обратной лопатой» и драглайнами. «Обратные лопаты» выглядят как привычные ковши, только в карьере СГОКа они большие – 8 куб. м.

«/>

5. В таком ковше свободно разместятся 5-6 человек или 7-8 китайских человек.

6. Рыхлые породы, которые горняки называют вскрышей, перевозятся на отвалы железнодорожными составами. Еженедельно горизонты, на которых производится работа, изменяют свою форму. Из-за этого постоянно приходится перекладывать железнодорожные пути, сеть, переносить железнодорожные переезды и т.д.

7. Драглайн. Ковш на 40-метровой стреле выбрасывается вперед, затем канаты тянут его к экскаватору.

Font-family:="" ms="" geneva="" font-size:="" medium="">
8. Под собственным весом ковш загребает в себя около десяти кубометров грунта за один бросок.

«/>

9. Машзал.

10. Машинисту нужна очень большая сноровка, чтобы выгрузить такой ковш в вагон, не повредив борта и не задев высоковольтную линию контактной сети локомотива.

«/>

11. Стрела экскаватора.

12. Железнодорожный состав с вагонами думпкарами (это самоопрокидывающиеся вагоны) вывозит вскрышу на отвалы.

«/>

13.

14. На отвалах происходит обратная работа - вкрыша из вагонов складируется экскаватором в аккуратные холмы. При этому рыхлые породы не просто сваливают в кучу, а складируют по-отдельности. На языке горняков такие склады называются техногенными месторождениями. Из них берут мел для производства цемента, глину - для производства керамзита, песок - для строительства, чернозем - для рекультивации земель.

15. Горы меловых отложений. Все это не что иное, как отложения доисторических морских обитателей - моллюсков, белемнитов, трилобитов и аммонитов. Около 80 – 100 миллионов лет назад на этом месте плескалось мелководное древнее море.

16. Одна из главных достопримечательностей Стойленского ГОКа - горно-вскрышной комплекс (ГВК) с ключевым агрегатом - шагающим роторным экскаватором KU-800. ГВК изготовили в Чехословакии, два года собирали в карьере СГОКа и запустили в работу в 1973 году.

17. С тех пор роторный экскаватор шагает вдоль бортов карьера и 11-метровым колесом срезает меловые отложения.

18. Высота экскаватора 54 метра, масса - 3 тысячи 350 тонн. Это сравнимо с весом 100 вагонов метро. Из такого количества металла можно было бы сделать 70 танков Т-90. Кликабельно:

19. Экскаватор опирается на поворотную платформу и передвигается с помощью «лыж», которые приводятся в действие гидроцилиндрами. Для работы этого монстра необходимо напряжение в 35 тысяч вольт.

20. Механик Иван Толмачев из тех людей, кто участвовал в пуске KU-800. Больше 40 лет назад, в 1972 году, сразу после окончания Губкинского горного техникума, Ивана Дмитриевича приняли помощником машиниста роторного экскаватора. Вот уж когда пришлось молодому специалисту побегать по лестничным галереям! Дело в том, что электрическая часть экскаватора оказалась далёкой от совершенства, поэтому не одну сотню ступеней нужно было преодолеть, пока найдешь причину отказа того или иного узла. Плюс к этому документы перевели с чешского не полностью. Чтобы вникнуть в схемы, над бумагами приходилось просиживать ночами, ведь к утру нужно было придумать, как устранить ту или иную неисправность.

21. Секрет долголетия KU-800 в его особом режиме работы. Дело в том, что, кроме плановых ремонтов в рабочем сезоне, зимой весь комплекс становится на капитальный ремонт и выполнение перестроек конвейерных линий. Три месяца ГВК готовят к новому сезону. За это время успевают привести в порядок все узлы и агрегаты.

22. Алексей Мартианов в кабине с видом на ротор экскаватора. Вращающееся трехэтажное колесо впечатляет. Вообще от путешествия по галереям KU-800 захватывает дух.
- У вас эти впечатления, наверное, уже немного притупились? - Да, есть такое, конечно. Ведь с 1971 года работаю здесь. - Так ведь в те годы этого экскаватора еще и не было? - Была площадка, на которой его только монтировать начинали. Шел он сюда узлами, около трех лет собирали его шеф-монтажники чехи. - По тем временам это невиданная техника была? - Да, это четвертая машина, вышедшая с конвейера чехословацкого завода-изготовителя. Газетчики нас тогда прямо-таки атаковали. Даже в журнале «Наука и жизнь» про наш экскаватор писали.

- Я, «/>

23. Висящие залы электрооборудованием и распредустройства служат противовесом стреле.
- Я, конечно, понимаю, что это шагающий экскаватор. Но до сих пор не могу представить, как такая «махина» может ходить фактически? - Она очень хорошо ходит, хорошо разворачивается. Шаг в два с половиной метра занимает всего полторы минуты. Вот, под рукой, пульт управления шагами: лыжи, база, стоп, поворот экскаватора. Через неделю мы готовимся поменять место дислокации, в обратную сторону пойдем, туда, где конвейер строится.

24. О своем экскаваторе Алексей Мартианов, бригадир машинистов ГВК рассказывает с любовью, как об одушевленном предмете. Говорит, что в этом ему нечего стесняться: каждый из его экипажа также относится к своей машине. Более того, как о живом начинают отзываться и специалисты чешского завода-изготовителя, курирующие крупные ремонты экскаватора.

25. Только на верхней площадке экскаватора, в сорока метрах от земли, ощущаешь его истинные размеры. Кажется, что в лестничных галереях можно заблудиться, а ведь в этих хитросплетениях металла и кабельных коммуникаций есть еще рабочие и машинные отделения, зал с электрооборудованием, распредустройства, отсеки гидравлических агрегатов шагания, поворота, устройства подъёма и выдвижения роторной стрелы, грузоподъемные краны, конвейеры.
При всей металло- и энергоемкости экскаватора в его экипаже работает всего 6 человек.

26. Узкие железные лесенки местами с подвижными ступенями опутывают экскаватор, как лесные тропинки. Бесконечные реки проводов пронизывают экскаватор вдоль и поперек.

27. - Как вы им управляете? Есть ли какие-нибудь свои секреты? Вот придет, к примеру, новый человек, через сколько месяцев его можно будет посадить сюда, в это кресло? - Это не месяцы, это годы. Научиться в кабине работать, врезаться, шагать - это одно, а машину чувствовать - совсем другое. Ведь расстояние от меня до машиниста погрузочной стрелы 170 метров, и мы должны хорошо слышать и видеть друг друга. Не знаю чем, наверное, спиной чувствовать. Есть здесь, конечно, и громкая связь. Меня слышат все пятеро машинистов. И я их слышу. Знать нужно еще и электросхемы, устройство этой огромной машины. Кто осваивается быстро, а кто только через десять лет становится машинистом.

28. Конструкция KU-800 и сейчас удивляет инженерными решениями. В первую очередь, оптимальными расчетами несущих узлов и деталей. Достаточно сказать, что экскаваторы, аналогичные по производительности чешскому KU-800, имеют значительно большие размеры и массу, они до полутора раз тяжелее.

29. Срезанный ротором мел по системе конвейеров проезжает около 7 километров и с помощью отвалообразователя складируется в меловые горы.

30. За год в отвалы отправляют такой объем мела, которого хватило бы, чтоб насыпать двухполосную дорогу высотой 1 метр и длиной 500 километров.

«/>

31. Машинист погрузочной стрелы. Всего на отвалообразователе работает смена из 4 человек.

32. Отвалообразователь - уменьшенная копия KU-800 за исключением отсутствия роторного колеса. Экскаватор наоборот.

«/>

33.

34. Сейчас основной полезный минерал в карьере Стойленского ГОКа - это железистые кварциты. Железа в них от 20 до 45%. Те камни, где железа больше 30% активно реагируют на магнит. Этим трюком горняки часто вызывают удивление у гостей: «Как это - обычные с виду камни, и вдруг притягиваются магнитом?»

35. Богатой железной руды в карьере Стойленского ГОКа уже мало. Она покрывала не очень толстым слоем кварциты и её почти выработали. Поэтому кварциты теперь главное железорудное сырье.

«/>

36.

37. Чтобы добыть кварциты, их вначале взрывают. Для этого бурят сеть скважин и заливают в них взрывчатку.

«/>

38. Глубина скважин достигает 17 метров.

39. В год Стойленский ГОК проводит до 20 взрывов горной породы. При этом масса взрывчатки, использованной при одном взрыве, может достигать 1 000 тонн. Чтобы при этом не получилось сейсмического удара, взрывчатое вещество подрывают волной от скважины к скважине с задержкой в доли секунды.

«/>

40. Бадабум!

41.

«/>

42.

43. Раздробленную взрывом руду большие экскаваторы перегружают в автосамосвалы. В карьере СГОКа работают около 30 БелАЗов грузоподъемностью по 136 тонн.

«/>

44. 136-тонный Белаз заполняется с горочкой за 5-6 оборотов экскаватора.

«/>

45.

«/>

46. Вжжжж!

«/>

47.

«/>

48. Кликабельно:

«/>

49. Гусеница размером с человека.

«/>

50.

52. Но права нужно получать отдельно. Главное - чувствовать габариты и никогда не забывать, с каким весом работаешь.

«/>

53.

«/>

54.

«/>

55.

«/>

56.

«/>

57.

«/>

58.

«/>

59.

60. Белазы перевозят руду на перегрузочные склады в средней части карьера, где уже другие экскаваторы перегружают её в вагоны думпкары.

«/>

61.

«/>

62. Экскаватор и его оператор.

63. Загруженные составы из 11 вагонов отправляются на обогатительную фабрику. Электровозам приходится потрудиться, потому что везти по восходящему серпантину 1150 тонн руды – дело нелегкое.

«/>

64. Груженые на подъем и пустые на спуск.

«/>

65.

«/>

66. На обогатительной фабрике руду выгружают в устья огромных дробилок.

67. В процессе обогащения руда проходит несколько этапов дробления. На каждом из них она становится все мельче.

«/>

68. Цель процесса - получить руду, истертую почти в мелкий песок.

69. Из этой измельченной массы кварцитов с помощью магнитных сепараторов отбирают магнитную составляющую.

«/>

70.

«/>

71.

72. Таким образом получают железорудный концентрат с содержанием железа 65 – 66%. Все, что не примагнитилось к сепараторам, горняки называют пустой породой или хвостами.

«/>

73. Хвосты смешивают с водой и перекачивают в специальные водоемы - хвостохранилища.

74. Хвостохранилища считают техногенными месторождениями, потому что, возможно, в будущем из них научатся добывать ценные элементы. Чтобы с хвостохранилищ не поднималась ветром пыль, которая вызывает гнев экологов и местных жителей, хвосты постоянно поливают дождиком с радугой. Благо воды из карьера - завались!

75. Чтобы карьер не затопило водой, на глубине около 200 метров под землей пробита опоясывающая сеть штреков дренажной шахты.

76. Из штреков, общая протяженность которых около 40 километров, вверх, в карьер пробурены скважины, которые перехватывают грунтовые воды.

«/>

77.

78. Каждый час из дренажной шахты Стойленского ГОКа откачивают 4 500 кубометров воды. Это равно объему 75 железнодорожных цистерн.

«/>

Вконтакте

Железная руда стала добываться человеком много веков назад. Уже тогда стали очевидными преимущества использования железа.

Найти минеральные образования, содержащие железо, довольно легко, так как этот элемент составляет около пяти процентов земной коры. В целом, железо является четвертым по распространенности элементом в природе.

В чистом виде найти его невозможно, железо содержится в определенном количестве во многих типах горных пород. Наибольшее содержание железа имеет железная руда, добыча металла из которой является наиболее экономично выгодным. От ее происхождения зависит количество содержащегося в ней железа, нормальная доля которого в составе около 15%.

Химический состав

Свойства железной руды, ее ценность и характеристики напрямую зависят от ее химического состава. Железная руда может содержать различное количество железа и других примесей. В зависимости от этого выделяют ее несколько типов:

• очень богатые, когда содержание железа в рудах превышает 65%;
• богатые, процент железа в которой варьируется в диапазоне от 60% до 65%;
• средние, от 45% и выше;
• бедные, в которых процент полезных элементов не превышает 45%.

Чем больше побочных примесей в составе железной руды, тем больше необходимо энергии на ее переработку, и тем менее эффективным является производство готовой продукции.

Состав породы может представлять собой совокупность различных минералов, пустой породы и других побочных примесей, соотношение которых зависит от ее месторождения.

Состав железных руд крупных месторождений

Пустая порода также может содержать железо, но ее переработка экономически не целесообразна. Наиболее часто встречающиеся минералы представляют собой оксиды, карбонаты и силикаты железа.

Следует отметить, что в составе железистых пород может содержаться огромное количество вредных веществ, среди которых можно выделить серу, мышьяк, фосфор и другие.

Типы железных руд

На сегодняшний день выделяется множество видов железных руд, характеристики и названия которых зависят от состава.

Наиболее часто в природе встречается такой вид, как красный железняк, в основе которого лежит оксид под названием гематит. Этот оксид содержит в составе количество железа, превышающее 70%, и минимальное количество побочных примесей.

Физическое состояние данного оксида может варьироваться от порошкообразного до плотного.

Бурый железняк представляет собой оксид железа с содержанием воды. Его очень часто называют лимонитом. В его составе значительно меньше железа, количество которого обычно не превышает четверти. В природе такой железняк содержится в виде рыхлой, пористой породы, со значительным содержанием марганца и фосфора. Обычно обильно насыщен влагой, имеет в качестве пустой породы глину. Из него очень часто делают чугун, несмотря на незначительную часть железа, так как он очень легко перерабатывается.

Магнитные руды отличаются тем, что в их основе заложен оксид, имеющий магнитные свойства, но при сильном нагреве они теряются. Количество этого типа породы в природе ограничено, но содержание железа в нем может не уступать красному железняку. Внешне он выглядит как твердые кристаллы черно-синего цвета.

Шпатовый железняк представляет собой рудную породу, в основе которой лежит сидерит. Очень часто имеет в составе значительное количество глины. Этот тип породы относительно тяжело найти в природе, что на фоне малого количества содержимого железа делает его редко используемым. Поэтому отнести их к промышленным типам руд невозможно.

Кроме оксидов в природе содержаться другие руды на основе силикатов и карбонатов. Количество содержимого железа в породе очень важно для ее промышленного использования, но также важно наличие полезных побочных элементов, таких как никель, магний, и молибден.

Отрасли применения

Сфера применения железной руды практически полностью ограничена металлургией. Ее используют, в основном, для выплавки чугуна, который добывают с помощью мартеновских или конверторных печей. На сегодняшний день чугун используется в различных сферах жизнедеятельности человека, в том числе в большинстве видов промышленного производства.

Не в меньшей степени используются различные сплавы на основе железа – наиболее широкое применение обрела сталь благодаря своим прочностным и антикоррозийным свойствам.

Чугун, сталь и различные другие сплавы железа используются в:

1. Машиностроении, для производства различных станков и аппаратов.
2. Автомобилестроении, для изготовления двигателей, корпусов, рам, а также других узлов и деталей.
3. Военной и ракетной промышленности, при производстве спецтехники, оружия и ракет.
4. Строительстве, в качестве армирующего элемента или возведения несущих конструкций.
5. Легкой и пищевой промышлености, в качестве тары, производственных линий, различных агрегатов и аппаратов.
6. Добывающей промышленности, в качестве спецтехники и оборудования.

Месторождения железной руды

Мировые запасы железной руды ограничены в количестве и своем местоположении. Территории скопления запасов руд называют месторождениями. На сегодняшний день месторождения железных руд делят на:

1. Эндогенные. Они характеризуются особым расположением в земной коре, обычно в виде титаномагнетитовых руд. Формы и расположения таких вкраплений разнообразны, могут быть в форме линз, пластов, расположенных в земной коре в виде залежей, вулканообразовных залежей, в виде различных жил и других неправильных форм.
2. Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
3. Метаморфогенные. К которым относятся залежи кварцитов.

Месторождения таких руд можно встретить на территории всей нашей планеты. Наибольшее количество залежей сконцентрировано на территории постсоветских республик. В особенности Украины, России и Казахстана.

Большие запасы железа имеют такие страны как Бразилия, Канада, Австралия, США, Индия и ЮАР. При этом практически в каждой стране на земном шаре имеются свои разрабатываемыми месторождения, в случае дефицита которых, порода импортируется из других стран.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

1. Промывка.

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

1. Гравитационная очистка.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

1. Магнитная сепарация.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

1. Флотация.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Железо является распространенным в природе элементом. Его содержание в земной коре составляет 4,2%. Больше содержится в ней только кислорода 49,7%, кремния 26% и алюминия 7,45%.

Рудными ископаемыми или рудами называются такие минеральные массы из которых экономически целесообразно извлечение металлов или необходимого элемента. В соответствии с этим железными рудами называются горные породы из которых экономически целесообразно выплавлять железо. Постоянное изменение экономических условий вследствие развития методов обогащения руд, снижение стоимости их перевозки изменяет представление о железной руде, так как нижний предел содержания в ней железа все время снижается.

Промышленном месторождением руд считается такое скопление руд, которое экономически целесообразно разрабатывать. Экономичность этой разработки возрастает с увеличением мощности месторождения, поскольку вкладывать средства в строительство например шахт или карьеров, жилья, комуникаций, целесообразно только при достаточно длительной эксплуатации месторождения. Опыт показывает, что эксплуатация железорудного месторождения целесообразна и имеет устойчивую перспективу при запасах около 250-500 млн. тонн.

Руда состоит из рудного и рудообразующего минерала, пустой породы и примесей. Извлекаемый элемент находится в рудном минерале.

Рудные минералы железных руд представляют собой оксиды, карбонаты железа и некоторые другие соединения. Главные из них описаны ниже.

Имеет хический состав Fe 2 O 3 - безводный оксид железа. Гематит содержит 70% железа. Образованная гематитом руда называется красным железняком и является самым распространенным типом руды. Он обычно характеризуется высоким содержание железа и малым содержанием вредных примесей. Типичным месторождением гематитовых руд является Криворожское.

Рисунок 1 - Общий вид минерала гематита

Имеет химический состав Fe 3 O 4 - магнитный оксид железа, содержащий 72,4% железа. Отличается от других минералов промышленных железных руд магнитными свойствами, которые теряются при нагреве свыше 570 о С. Магнетит представляет собой смешанный оксид железа FeO*Fe 2 O 3 . Руды образованные магнетитом называются магнитными железняками или магнетитами. Они менее распространены, чем гематиты, характеризуются высоким содержанием железа, пониженной восстановимостью, часто сопровождающиеся серой.

Рисунок 2 - Вид минерала магнетита

Водные оксиды железа - Fe 2 O 3 *nH 2 O - в зависимости от значения n образуют различные виды оксидов, но все образуемые ими руды называют бурыми железняками . Различают такие водные оксиды железа:

• n=0,1 - гидрогематит
• n=1 - гетит
• n=1,5 - лемонит и др.

Наиболее часто встречаются бурые железняки на основе лимонита - 2Fe 2 O 3 *3H 2 O которые называют лимонитовыми.

Бурые железняки характеризуются пониженным содержанием железа, рыхлые, часто сопровождаются марганцем, фосфором, обладают высокими пористостью и восстановимостью.

Рисунок 3 - Бурый железняк на основе лимонита

Сидерит - имеет химический состав FeCO 3 - карбонат железа. Содержит 48,2% железа. Образованная сидеритом руда называется шпатовым железняком, или сидеритом. При значительных количествах примесей глины может называться глинистым железняком. Сидериты распространены гораздо меньше чем другие руды. Характеризуются высокой восстановимостью, низким содержанием железа из-за незначительного его содержания в рудном минерале и большого количества пустой породы. Под воздействием влаги и кислорода атмосферы сидериты могут переходить в бурые железняки, так как оксид железа (II) в молекуле FeO*CO 2 окисляется и поглощает влагу. Поэтому встречаются месторождения, в которых верхние слои руды являются бурыми железняками, а нижние коренные сидеритами.

Рисунок 4

Имеет химический состав FeTiO 3 - железная соль титановой кислоты. Ильменит содержит 36,8% железа и 31,8% титана. Встречается всегда в сростках с обычным магнетитом, т.е. в виде FeTiO 3 *Fe 3 O 4 . Образуемые ильменитом руды называются титаномагнетитами.

Рисунок 5 - Общий вид минерала ильменита

Титаномагнетит является плотной трудновосстановимой рудой, которая дает густые и тугоплавкие титансодержащие шлаки. Обладает магнитными свойствами и хорошо обогащается магнитной сепарацией. Часто сопровождается ваннадием.

Сульфид железа FeS 2 в природе находится ввиде минерала пирита или серного колчедана. Он содержит 46,6% железа. Пирит железные руды не образуют. Он используется в химической промышленности, где его сжигают для отделения серы. Железо при этом окисляется и в виде пиритных огарков применяется в производстве агломерата.