Железные руды

Общие сведения

Происхождение железной руды

Месторождения

Исторические сведения о месторождениях Промышленные типы месторождений

Железные руды- это природные минеральные образования, содержащие и его соединения в таком объеме, когда промышленное извлечение железа целесообразно.

Железныеруды - это такие скопления в земной коре соединений железа , из которых в больших размерах и с выгодного можно получать металлическое .

Железные руды - єто значительные по рентабельности добычи скопления соединений .

Общие сведения

Существует три вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии: сепарированная железная руда (с низким содержанием железа), аглоруда (путем термической обработки содержание железа повышено) и окатыши(сырая железосодержащая масса с добавлением известнякаформируется в шарики диаметром около 1 см). 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.

Железныеруды разнообразны по минеральному составу, содержанию железа,полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам. Важнейшими рудными минералами являются: магнетит, магномагнетит, титаномагнетит,гематит, гидрогематит, гётит, гидрогётит, сидерит, железистыехлориты(шамозит, тюрингит и др.). Содержание железав промышленных рудах изменяется в широких пределах - от 16 до 70%. Различают богатые (і 50% Fe), рядовые (50-25% Fe) и бедные (і 25% Fe) железныеруды В зависимости от химическогосостава железныеруды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или после обогащения. Железныеруды , содержащие меньше 50% Fe, обогащают (до 60% Fe) главным образом методами магнитнойсепарации или гравитационного обогащения. Рыхлые и сернистые (>0,3% S) богатые руды, а также концентраты обогащения окусковываются путём агломерации; из концентратов производятся также т. н. окатыши. Железныеруды , идущие в доменную шахту, во избежание ухудшения качества стали или условий плавки, не должны содержать более 0,1-0,3% S, Р и Cuи 0,05-0,09% As, Zn, Sn, Pb. Примесь в железнойруде Mn, Cr, Ni, Ti, V, Co, кроме некоторых случаев, полезна. Три первых элемента улучшают качество стали, а Ti, V, Со могут попутно извлекаться при обогащении и металлургическими переделе.

Химический состав железных руд

По химическому составу железные руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые солизакиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов , из которых главнейшие: магнитный железнякили магнетит, железный блески плотная его разновидность красный железняк, бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды, наконец, шпатоватый железнякв 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.

Магнитный железняк - соединение окиси и закиси железа по формуле Fe 2O4, в чистом виде содержит 72,4% металлического железа, хотя чистая, сплошная руда встречается крайне редко, почти всюду к ней примешиваются серный колчеданили руды других металлов: медный колчедан, свинцовый блеск, цинковая обманка, а также составные части пород, сопровождающих магнитный железняк в его месторождениях: полевой шпат, роговая обманка, хлорити др. Магнитный железняк представляет одну из лучших и наиболее разрабатываемых железных руд; встречается пластами, жилами и гнездами в гнейсах и кристаллических сланцах архейской группы, а также образует иногда целые горы в области развития массивных изверженных горных пород. Железный блеск - безводная окись железа Fe 2O3, является в виде руды как агрегаткристаллических зерен минерала того же имени; содержит до 70% металла и образует сплошные пласты и залежи в кристаллических сланцах и гнейсах; одна из лучших железных руд по чистоте. Окись железа плотного, шестоватого, чешуйчатого или землистого строения носит название красного железняка и также во многих местностях служит источником добычи железа. Под именем бурых железняков соединяют чрезвычайно различные по строению железные руды, в составе которых преобладает водная окисьжелеза 2Fe 2 О 3 +3Н 2 О, что соответствует 59,89% металлического железа. Чистые бурые железняки всюду в значительном количестве содержат разнообразные примеси, часто вредные, как, например, фосфор, марганец, серу. Месторождения бурого железняка весьма многочисленны, но редко достигают значительных размеров. Как продукты выветривания других железных руд, бурые железняки встречаются в большинстве известных месторождений железных руд. К бурым железнякам по химическому составу приближаются болотные и озерные руды, представляющие отчасти химический, отчасти механический осадок водной окиси и кремнекислой закиси железа, песка и глины в виде горошин, лепешек или ноздреватых пористых масс в болотах, озерах и других стоячих водах. Обыкновенно содержат 35-45% железа. Бурые железняки, по удобству добывания и своей легкоплавкости, с самых давних времен служили предметом разработки, но получаемое из них железо обыкновенно невысокого качества. Шпатоватый железняк и его разновидность сферосидерит - по составу углекислая закись железа (49% металлического железа), встречается в виде пластов и залежей в гнейсах, кристаллических сланцах, реже в более новых осадочных образованиях, где весьма часто сопровождается медным колчеданом и свинцовым блеском. Обыкновенно встречается в природе в тесной смеси с глиной, мергелем, углистым веществом, в каком виде они известны под именем глинистых, мергелистых и углистых сферосидеритов. Такие руды встречаются в виде пластов, гнезд или залежей в осадочных породах различного возраста и если не содержат вредных примесей (фосфорнокислая известь, серный колчедан), то представляют ценную руду. Наконец, всюду распространенные бурые охристые глины местами так богаты железом, что могут тоже считаться Ж. рудами и носят в этом случае название глинистых железняков - красных, если железо содержится в них в виде безводной окиси, и бурых, когда рудный имеет состав бурого железняка. Остальные рудные минералы, иногда образующие значительные скопления, как, например, самородное железо и серный колчедан (FeS2), не могут быть названы железными рудами, первое - по своему малому распространению, а второй - по затруднительности отделить заключенное в нем железо от серы.

Происхождение железной руды

Способ и время происхождения железных руд чрезвычайно разнообразны. Одни из рудных минералов, как, например, магнитный железняк и, может быть, отчасти железный блеск, в особенном изобилии залегающие в гнейсах и кристаллических сланцах архейской группы, представляют, по всей вероятности, первичные продукты - результат первоначального отвердевания земной коры. К первичным же минералам, непосредственно выкристаллизовавшимся из расплавленной массы, относится магнитный железняк, зерна и кристаллы которого встречаются во всех без исключения изверженных горных породах от самых древних гранитов до современных базальтовых лав. Как непосредственные продукты первоначальных слоев земной коры - гнейсы и кристаллические сланцы, так и изверженные горные породы , заключающие, помимо рудных, много других минералов, в более или менее значительном количестве содержащих железо, послужили материалом, из которого при дальнейшей химической и механической переработке в природе произошли вторичные скопления железных руд, то выполняющих трещины и пустоты в горных породах, то образующих обширные и мощные пласты среди осадочных образований, то неправильные гнезда и залежи метаморфического происхождения, каковы в особенности месторождения бурых железняков и сферосидеритов. Образование таких вторичных месторождений - результат изменения и разрушения более древних пород деятельностью атмосферных агентов, а главным образом деятельностью наземных и подземных вод и водных растворов, - совершалось во все периоды жизни Земли, происходит весьма энергично и в настоящее время, о чем свидетельствуют, например, образующиеся на наших глазах во многих местностях северной и средней Российской Федерацииболотные и озерные железные руды. Тем не менее большинство железных руд залегает среди наиболее древних геологических образований палеозойской и особенно архейской группы, в которых метаморфическая деятельность проявлялась особенно энергично, вследствие особых условий их образования. Многоразличны и формы залегания железных руд. Они являются как в осадочных, так и в изверженных породах то в виде жил, вкрапленников, гнезд или штоков, пластов, залежей, поверхностных масс, то даже в виде россыпей и рыхлых механических осадков.

По условиям залегания, минеральному составу, а отчасти и происхождению один из наилучших знатоков рудных месторождений (Гроддек) различает следующие главные типы месторождений железных руд, повторяющиеся с незначительными различиями на всем земном шаре:

- Слоистые месторождения

1) Пласты шпатоватых и глинистых железняков, образующие залежи во всех геологических отложениях, содержащих окаменелости. По минералогическому составу руды этого типа представляют плотный сферосидерит, реже тонкокристаллический шпатоватый железняк, с глиной и углистым веществом. Месторождения этого типа по преимуществу в Богемии, Вестфалии, Саксонии, Силезии, но встречаются также в Англии, Франциии Богемии.

2) Пласты или залежи бурых и красных железняков, часто богатые окаменелостями железные руды, состоят из плотного или землистого, чистого или глинистого, известковатого или кремнистого, бурого или красного железняка, очень часто оолитового строения. Месторождения этого типа частью относятся к разряду метаморфических, частью же по слоистому характеру и присутствию окаменелостей причисляются к настоящим осадочным образованьям. Железистые руды этого типа особенно распространены в Северной Америке, Богемии и на Гарце.

3) залежи шпатоватого железняка в связи с известняками. Шпатоватый железняк кристалличен и содержит иногда в виде примеси сернистые руды: серный и медный колчедан, свинцовый, блеск, кобальтовые и никелевые руды. В наибольшем числе месторождения этого типа встречаются в кристаллических сланцах и пластах силурийской системы Каринтии, Штириии Восточных Альп.

4) Железно-слюдковые сланцы - кристаллические сланцы, содержащие железную слюдку (разновидность железного блеска) и другие железные руды, встречаются среди кристаллических сланцев архейской группы Южной Каролины и Бразилии, под именем итабирита - зернистая плотная порода, состоящая из железного блеска, магнитного железняка, железной слюдки и зерен кварца. Пласты итабирита, вместе с катавбиритом , представляющим смесь талькас магнитным железняком, образуют часто сплошные рудные массы и содержат в виде примеси золотои алмазы.

5) залежи сплошного магнитного железняка (франклинита), железного блеска и плотного красного железняка в кристаллических сланцах. Ж. руды находятся в смеси с полевым шпатом, гранатом, роговой обманкой, авгитом и другими минералами; весьма часто содержат значительную примесь медного колчедана. Сюда относится громадная залежь железного блеска на острове Эльба, между тальковыми сланцами и известняками архейской группы, разрабатываемая уже в течение нескольких столетий; залежи железного блеска, переходящего в плотный красный железняк, в слюдяных сланцах Сьерры-Морены в Испании, также некоторые месторождения Буковины, Силезии и Саксонии. В Швеции, Норвегиии Финляндиигромадные штокообразные залежи магнитного железняка среди гнейсов пользуются особым распространением, таковы, например, знаменитые месторождения Даннеморыи Гелливары в Швеции и Арендальские залежи Норвегии . В гнейсах и кристаллических сланцах Северной Америки месторождения этого типа достигают исполинских размеров в окрестностях Верхнего озера, где красные железняки образуют целые горы, как, например, железная гораСмита, Мичигамми и др. массивные месторождения.

6) Включения магнитного железняка, часто титанистого, очень нередко встречаются в массивных горных породах, а местами образуют настолько значительные скопления, что приобретают техническое значение, например в Табергев Швеции и особенно у нас на Урале - знаменитые месторождения гор Высокой, Магнитной и Благодати.

7) Включения железного блеска в массивных породах - единственным примером служит Айрон Монтен в Северной Америке, где коренная порода, порфировидный мелафир, пересечена мощными прожилками железного блеска.

Выполнения пустот.

8) Красный железняк в виде красной стеклянной головы, плотного красного железняка и железной сметаны, в смеси с кварцем, углекислыми и другими соединениями, в жилах, пересекающих массивные горные породы или залегающих на границе последних с осадочными образованиями, встречается очень часто в диабазах Гарца, на границе гранитов и порфиров с кристаллическими сланцами в Саксонии и в др. местностях.

9) Бурый и красный железняки, большей частью смешанные с кварцем и известковым или тяжелым шпатом, проходящие жилами в осадочных породах различных геологических систем, часто встречаются в силурийских, девонских, триасовых и юрских отложениях Германии.

10) Шпатоватый железняк в сплошном виде или в смеси с кварцем и известковым шпатом встречается довольно редко, и классическим примером месторождений этого типа может служить Штальберг, среди девонских образований Рейнского кряжа, где в глинистых сланцах разрабатывается жильный штоп шпатоватого железняка от 16 до 3 0 м толщиной.

11) Жилы магнитного железняка и железного блеска в кристаллических сланцах Рио-Альбано и Терра-Нера.

12) Бурые железняки, содержащие часто марганец, встречаются часто как выполнения пустот или псевдоморфные образования по известняку; кроме Германии, чрезвычайно распространены и у нас в средней Российской Федерации .

13) Бобовыеруды - скопления шаровидного глинистого железняка, как предполагают, осадки минеральных источников, попадаются кое-где в юрских отложениях Западной Европы. У нас им отчасти соответствуют весьма распространенные современные образования на дне болот и озер, известные под именем болотных и озерных железных руд.

Обломочные месторождения.

14) Бурые железняки в виде сплошных или внутри полых обломков и конкреций в глинах и рухляках встречаются часто в пластах новейших геологических систем, но по своим размерам редко имеют техническое значение.

15) Брекчииили конгломераты магнитного или красного железняка с сыпучим глинистым или плотным железистым цементом встречаются иногда в ближайшем соседстве с месторождениями других типов, как механического их разрушения. В Бразилии, в провинции МинасГераес, над итабиритом и кристаллическими сланцами часто находят особое поверхностное образование, толщиной от 1 до 4 м, называемое тапанхоаканга и состоящее из крупных угловатых обломков магнитного железняка, итабирита, железного блеска и бурого железняка, вместе с обломками кварцита, итаколумита и других пород, связанных цементом, в состав которого входят красный и бурый железняк, красная и бурая железная охра.

16) Наконец, известны и рыхлые россыпи железной руды, наичаще титанистого магнитного железняка, на побережьях многих рек, озер и морей, но они редко достигают значительных размеров и не представляют особого значения для промышленности.

Месторождения

Железная руда (Ironstone) - это

Классификация месторождений железных руд по запасам (в млн. тонн)

Уникальные - более 1000

Крупные - до 100

Средние - до 50

Мелкие - до 10

Исторические сведения о месторождениях

В Европейской Российской Федерации железные руды значительно распространены на Урале, в центральной и южной Российской Федерации, в Олонецкой губернии, Финляндии и Привислянских губерниях. Значительные месторождения железных руд известны также на Алтае, в Саянах и Восточной Сибири, но до сих пор остаются еще неисследованными. На Урале, на восточном склоне хребта, многочисленные месторождения магнитного железняка, из которых до сих пор разрабатываются лишь немногие, находятся в связи с развитыми здесь ортоклазовыми породами (сиенитами и порфирами). Месторождения гор Благодати, Высокой и Магнитной (Ула-Утасе-Тау), по громадному запасу руд занимающие выдающееся место на всем земном шаре. Гора Благодать, наиболее северное из названных месторождений, находится в среднем Урале, около Кушвинского завода. К югу от предыдущей, около Нижне-Тагильского завода, находится другая Ж. гора Урала - Высокая. Главная залежь магнитного железняка, в виде гигантского штока, находится на западном склоне горы среди разрушенных в буроватые глины ортоклазовых пород. работается около 150 лет открытым разносом. Руда, вообще весьма высокого качества, состоит из магнитного железняка, часто переходящего в скрытно-кристаллический железный блеск (мартит), дает 63-69% металлического железа, но местами содержит вредную примесь медных руд. Не менее значительные запасы руд заключает наиболее южная Магнитная горана Урале (в Верхнеуральском уезде), имеющая тот же характер, как вышеописанные; до сих пор это месторождение, находящееся в безлесной местности, мало разрабатывается. Красный железняк встречается на Урале только небольшими массами, подчиненными залежам бурого железняка. В последнее время открыто, по-видимому, значительное месторождение этой руды на западном склоне Северного Урала, недалеко от Кутимского завода, около которого находится также недавно открытое наилучшее на Урале месторождение железного блеска в кристаллических сланцах. Напротив, месторождений бурых железняков, иногда крайне значительных, насчитывается на Урале до 3000, принадлежащих к самым разнообразным типам и залегающих пластами, гнездами, залежами как в массивных, так и в слоистых породах, от самых древних до самых новых. В южной Российской Федерации наиболее значительны месторождения железных руд в окрестностях Кривого Рога, на границе Екатеринославской и Херсонской губерний, где многочисленные пласты красного железняка и железного блеска залегают среди кристаллических сланцев, и месторождение Корсак-Могилы, в котором между кварцитами и гнейсами открыты мощные залежи магнитного железняка. В Донецком кряже, по соседству с месторождениями каменного угля находятся многочисленные пластовые залежи бурых железняков, переходящих иногда в шпатоватые, среди осадочных пород каменноугольной системы. По разведкам в одной области Войска Донского, на глубине не более 60 м заключается до 23 миллиардов пудов железной руды, которые могут дать до 10 миллиардов пудов чугуна . В центральной Российской Федерации - подмосковном бассейне - железные руды, по преимуществу бурые железняки и глинистые сферосидериты, известны давно и во многих местностях и служат предметом энергичной эксплуатации. Все рпреимуществу язаны с известняками, доломитами и рухляками девонской, каменноугольной и пермской систем и образуют различных размеров гнезда и пластообразные залежи, образовавшиеся гидрохимическим путем - действием железосодержащих растворов на известковые породы. Первичной рудой должны считаться сферосидериты, из которых путем выветривания произошли бурые железняки. На севере Российской Федерации и в Финляндии известны многочисленные жилы и залежи магнитного железняка и железного блеска среди массивных пород и кристаллических сланцев архейской группы, в Финляндии служащие предметом эксплуатации. Что касается Олонецкой и Новгородской губерний, то здесь предметом разработки служат исключительно болотные и озерные руды, хотя и содержащие много вредных примесей, но по удобству добычи и обработки представляющие немалое экономическое значение. Запасы озерных руд настолько значительны, что на заводах Олонецкого округа в 1891г. добыча этих руд достигла 535000 пудов, из которых выплавлено 189500 пудов чугуна . Наконец, в Привислянском крае, в южных его частях, имеются многочисленные месторождения бурых железняков и сферосидеритов.

Железныеруды по происхождению разделяются на 3 группы - магматогенные, экзогенные и метаморфогенные. Среди магматогенных различаются: магматические - дайкообразные, неправильные и пластообразные залежи титаномагнетитов,связанные с габбро-пироксенитовыми породами (Кусинское и Качканарское месторождения на Урале в СССР, местооождения Бушвельдского комплекса в ЮАР, Лиганга в Танзании), и апатито-магнетитовые залежи, связанные с сиенитами и сиенитдиоритами (Лебяжинское на Урале в СССР, Кируна и Елливарс в Швеции); контактово-метасоматические, или скарновые, возникают на контактах или вблизи интрузивных массивов; под воздействием высокотемпературных растворов вмещающие карбонатные и др. породы превращаются в скарны, а также пироксен-альбитовые и скаполитовые породы, в которых обособляются сложные по форме залежи сплошных и вкрапленных магнетитовых руд (в СССР - Соколовское, Сарбайское в Северо-Западном Казахстане, Магнитогорское,Высокогорское и др. на Урале, ряд месторождений в Горной Шории; Айрон-Спрингс в США и др.); гидротермальные образуются при участии горячих минерализованных растворов, путём отложения Железныеруды по трещинам и зонам смятия, а также при метасоматическом замещении боковых пород; к этому типу относятся Коршуновское и Рудногорское магномагнетитовые месторождения Восточной Сибири, гидрогётит-сидеритовое Абаильское в Средней Азии, сидеритовые месторождения Бильбао в Испании и др.

К экзогенным месторождениям относятся: осадочные - химическиеи механические осадки морских и озерных бассейнов, реже в долинах и дельтах рек, возникающие при местном обогащении вод бассейна соединениями железаи при сносе в них железистыхпродуктов прилегающей суши; слагают пласты или линзы среди осадочных, иногда - вулканогенно-осадочных пород; к этому типу относятся месторождения бурых железняков,частью сидеритов, силикатных руд (в СССР - Керченское в Крыму, Аятское - Казахская ССР; в ФРГ - Лан-Диль и др.); месторождения коры выветривания образуются в результате выветривания горных пород с железосодержащимипородообразующими минералами; различают остаточные, или элювиальные, месторождения, когда продукты выветривания, обогащенные железом (вследствие выноса из породы др. составных частей), остаются на месте (тела богатых гематито-мартитовых руд Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, района оз. Верхнего в США и др.), и инфильтрационные (цементационные), когда железо вынесено из выветривающихся пород и переотложено в нижележащих горизонтах (Алапаевское месторождение на Урале и др.).

Метаморфогенные (метаморфизованные) месторождения - преобразованные в условиях высоких давлений и температур ранее существовавшие, преимущественно осадочные, месторождения. Гидроокислы железа и сидериты переходят при этом обычно в гематит и магнетит. Метаморфические процессы иногда дополняются гидротермально-метасоматическим образованием магнетитовых руд. К этому типу относятся месторождения железистых кварцитов Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, месторождения Кольского полуострова, железорудной провинции Хамерсли (), полуострова Лабрадор (), Минас-Жерайс (), штат Майсур () и пр. Основные промышленные типы железной руды классифицируются по преобладающему рудному минералу. Бурые железняки. Рудные минералы представлены гидроокислами железа,больше всего гидрогетитом. Такие руды обычны в осадочных месторождениях и месторождениях коры выветривания. Сложение плотное или рыхлое; осадочные руды часто имеют оолитовую текстуру. Содержание Feколеблется от 55 до 30% и менее. Обычно требуют обогащения. Т. н. самоплавкие бурые железняки,в которых близко к единице, идут в плавку при содержании Feдо 30% (Лотарингия). В бурых железнякахнекоторых месторождений находится до 1-1,5% и более Mn(Бильбао в Испании , Бакальское в СССР). Важное значение имеют комплексные хромо-никелевыебурые железняки;при наличии 32-48% Feв них нередко содержится также до 1% Ni, до 2% Cr, сотые доли процента Со, иногда V. Из таких руд могут без добавок выплавляться хромо-никелевые чугуны и низколегированная . Красные железняки, или гематитовые руды. Основным рудным минералом является гематит. Представлены главным образом в коре выветривания (зона окисления) железистыхкварцитов и скарновых магнетитовых руд. Такие руды часто называют мартитовыми (мартит - псевдоморфозы гематита по магнетиту). Среднее содержание Feот 51 до 60%, иногда выше, с незначительными примесями Sи Р. Известны месторождения гематитовых руд с присутствием в них до 15-18% Mn. Менее развиты гидротермальные месторождения гематитовых руд. Магнитныежелезняки,или магнетитовые руды. Рудный минерал - магнетит (иногда магнезиальный), нередко мартитизированный. Наиболее характерны для месторождений контактово-метасоматического типа, связанных с известковыми и магнезиальными скарнами. Наряду с богатыми массивными рудами (50-60% Fe) распространены вкрапленные руды, содержащие менее 50% Fe. Известны месторождения руд с присутствием ценных примесей, в частности Со, Mn. Вредные примеси - сульфидная сера , Р, иногда Zn, As. Особую разновидность магнетитовых руд представляют титаномагнетитовыеруды, являющиеся комплексными железо-титано-ванадиевыми. Важное промышленное значение приобретают вкрапленные титаномагнетитовыеруды, являющиеся по существу основными интрузивными породами с повышенным содержанием породообразующего титаномагнетита.В них обычно присутствует 16-18% Fe, но они легко обогащаются магнитнойсепарацией (Качканарское месторождение на Урале и др.). Сидеритовые руды (шпатовые железняки)разделяются на кристаллическиесидеритовые руды и глинистые шпатовые железняки.Среднее содержание Fe30-35%. После обжига, в результате удаления CO2, сидеритовые руды превращаются в промышленные ценные тонкопористые железо-окисные(обычно содержат до 1-2% Mn, иногда до 10%). В зоне окисления сидеритовые руды превращаются в бурые железняки.Силикатные железныеруды. Рудными минералами в них являются железистыехлориты,обычно сопровождающиеся гидроокислами железа,иногда сидеритом (Fe25-40%). Примесь Sнезначительна, Р до 0,9-1%. Силикатные руды слагают пласты и линзы в рыхлых осадочных породах. Часто обладают оолитовой текстурой. В коре выветривания превращаются в бурые, частью красные железняки.Железистыекварциты (джеспилиты, железистыероговики) - бедные и средние (12-36% Fe) докембрийские метаморфизованные железные руды , сложенные тонкими чередующимися кварцевыми, магнетитовыми, гематитовыми, магнетит-гематитовыми прослоями, местами с примесью силикатов и карбонатов. В железистыхкварцитах мало примесей S, Р. Залежи железистыхкварцитов обычно обладают крупными запасами металла . Их обогащение, в особенности магнетитовых разностей, даёт вполне рентабельный концентрат с содержанием 62-68% Fe. В коре выветривания кварц из железистыхкварцитов выносится, и возникают крупные залежи богатых гематито-мартитовых руд. Большая часть железной руды используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно небольших количествах служат природными красками (охры) и утяжелителями буровых глинистых растворов. Требования промышленности к качеству и свойствам железной руды разнообразны. Так, для выплавки некоторых литейных чугунов применяются железныеруды с большой примесью Р (до 0,3-0,4%). Для плавки мартеновских чугунов (главного товара доменного производства), при плавке на коксе содержание Sв руде, вводимой в домну, не должно превышать 0,15%. Для производства чугунов, идущих в мартеновский передел кислым способом, железныеруды должны быть особо малосернистыми и малофосфористыми; для передела основным способом в качающихся мартенах допускается несколько более повышенная примесь в руде Р, но не выше 1,0-1,5% (в зависимости от содержания Fe). Томасовские чугуны плавятся из фосфористыхжелезных руды с повышенным количеством Fe. При выплавке чугунов любого типа содержание Znв железной руде не должно превышать 0,05%. Руда, используемая в домне без предварительного спекания, должна быть механически достаточно прочной. Т. н. мартеновские руды, вводимые в шихту, должны быть кусковыми и иметь высокое содержание Feпри отсутствии примесей Sи Р. Обычно таким требованиям удовлетворяют плотные богатые мартитовые руды. Магнетитовые руды с содержанием до 0,3-0,5% Cuиспользуются для получения сталей с повышенной устойчивостью против коррозии.

В мировой добыче и переработке железныеруды различных промышленных типов отчётливо проявляется тенденция значительного увеличения добычи бедных, но хорошо обогащающихся руд, в особенности магнетитовых железистыхкварцитов, в меньшей мере вкрапленных титано-магнетитовыхруд. Рентабельность использования таких руд достигается крупными масштабами горно-обогатительных предприятий, совершенствованием техники обогащения и окускования получаемых концентратов, в частности получения т. н. окатышей. Вместе с тем сохраняет актуальность задачи увеличения ресурсов железной руды , не требующих обогащения.

Месторождения железных руд в мире

Высокое содержание железа в земной коре, многообразие геологических обстановок и условий его концентрации обусловили многочисленность типов месторождений железных руд, отличающихся также широким спектром объёмов их запасов. В целом минерально-сырьевую базу железных руд мира характеризуют четыре главные геолого-промышленные типа месторождений, обладающих наибольшими ресурсами и запасами, из которых добывается почти весь объём товарных руд:

1 - месторождения магнетитовых руд в железистых кварцитах и сланцах кристаллических щитов, локализованные в крупных железорудных бассейнах. Запасы месторождений такого типа составляют 71,3% мировых. Наиболее крупные из них расположены в России, Украине, Индии, Габоне, Гвинее, ЮАР, Бразилии, Китае, Венесуэле, Канаде, США и Австралии .

2 - осадочные и вулканогенно-осадочные месторождения, залегающие в осадочных прибрежно-морских или вулканогенно-осадочных толщах. Месторождения этого типа составляют 11,4% мировых запасов. Они разведаны на территории России, Украины, Казахстана, Китая, США, Австралии и некоторых стран Европы и Северной Африки.

3 - месторождения магнетитовых руд в складчатых зонах древних платформ и в осадочном покрове платформ (7,3% мировых запасов). Наиболее крупные залежи этого типа расположены в России, Вьетнаме, Казахстане, Иране, Турции, США, Перуанская республика и Чили.

4 - магматогенные и титаномагнетитовые руды составляют 6,5% мировых запасов. Месторождения такого типа находятся в России, Швеции, Танзании, Уганде, ЮАР, Турции, Иране, США и на территории некоторых других государств Европы и Африки.

Второстепенные типы месторождений в целом составляют всего 3,5% мировых запасов. Они представлены железистыми корами выветривания (Албания, Филиппины, Куба и страны тропической Африки) и современными прибрежно-морскими россыпными месторождениями (Индонезия, Новая Зеландия, ЮАР, и Бразилия).

Промышленные типы месторождений

Главные промышленные типы железорудных месторождений:

Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). бассейны КМАи Криворожский(СССР), район оз. Верхнего (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (), район Минас-Жерайс (Бразилия)

Пластовые осадочные месторождения

Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые, или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитоми гидрогетитом. Лотарингский бассейн (), Керченский бассейн, Лисаковское и др.(СССР)

Скарновые железорудные месторождения

Сарбайское, Соколовское, Качарское, Гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское (СССР)

Комплексные титаномагнетитовые месторождения

Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы - магнетит, титаномагнетит. Качканарское, Кусинское (СССР), месторождения Канады, Норвегии

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений:

Комплексные карбопатитовые апатит-магнетитовые месторождения

Ковдорское, СССР

Железорудные магно-магнетитовые месторождения

Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское в СССР

Железорудные сидеритовые месторождения

Бакальское, СССР; Зигерлянд, ФРГ и др.

Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах

Каражальское, СССР

Железорудные пластообразные латеритныеместорождения

Южный Урал; Куба и др.

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, содержащих около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, Украинаобладает крупнейшими в мире разведанными запасами железной руды, в то время как Россияи Бразилияделят первенство по объему запасов руды в пересчете на содержащееся в ней железо.

Для промышленного обогащения используются руды с содержанием железа не ниже 14-25%. При этом учитывается размер месторождения, условия залегания железосодержащей породы, качество и комплексность руды. Вредными примесями в руде являются сера и фосфор. Богатыми считаются руды с содержанием железа не ниже 57%, кремнезёма - 8-10%, а серы и фосфора - до 0,15%. Наиболее качественные руды обычно содержат более 68% железа, менее 2% кремнезема, 0,01% серы и фосфора и до 3,3% других примесей. По объемам запасов железных руд их месторождения условно подразделяются на уникальные, крупные, средние и мелкие. Уникальных в мире насчитывается десятки, крупных и средних - сотни, а мелких - тысячи.

Разнообразные ресурсы железных руд имеются в почти 100 странах мира. Прогнозные и выявленные их ресурсы достигают 664,3 млрд. тонн. В десятку обладателей крупнейших залежей железа входят: , США, Бразилия, Австралия, Украина, Канада, Казахстан, Индия и Швеция. В каждой из этих стран запасы сырья для чёрной металлургии превышают 10 млрд. тонн. В целом эти залежи оцениваются в 555,8 млрд. тонн или 83,7% мировых выявленных запасов.

Распределение прогнозных и выявленных запасов железных руд по материкам

(в млрд. тонн):

Европа 55,3

Добыча железных руд в 2005 г. велась в 52 странах мира открытым и подземным способами. Производство товарных руд составило около 1100 млн. тонн.

Товарных железных руд в 2003 г. в мире составил 486,3 млн. тонн, а в 1993 г. - 383,1, т.е. и этот показатель заметно возрастает. Главными импортерами и потребителями важнейшего для чёрной металлургии сырья являются: Япония, Китай, Южная Корея, Франция, США, Тайвань, Польша, Бельгия и Люксембург.

Распределение запасов руды по странам:

Украина— 18 %

Россия— 16 %

Китай— 13 %

Бразилия— 13 %

Австралия— 11 %

Индия— 4 %

Прочие — 20 %

Запасы в пересчёте на содержание железа:

Россия— 18 %

Бразилия— 18 %

Австралия— 14 %

Украина— 11 %

Китай— 9 %

Индия— 5 %

Прочие — 22 %

Крупнейшие экспортёры и импортёры железно-рудного сырья

Экспортёры:

Австралия— 186,1 млн тонн.

Бразилия— 184,4 млн тонн.

Индия— 55 млн тонн.

Канада— 27,1 млн тонн.

ЮАР— 24,1 млн тонн.

Украина— 20,2 млн тонн.

Россия— 16,2 млн тонн.

Швеция— 16,1 млн тонн.

Казахстан— 10,8 млн тонн.

Всего экспорт 580 млн тонн.

Импортёры:

Китай— 148,1 млн тонн.

Япония— 132,1 млн тонн.

Южная Корея— 41,3 млн тонн.

Германия— 33,9 млн тонн.

Франция— 19,0 млн тонн.

Великобритания— 16,1 млн тонн.

Тайвань— 15,6 млн тонн.

Италия— 15,2 млн тонн.

Нидерланды— 14,7 млн тонн.

США— 12,5 млн тонн.

Особенности производства железорудного сырья в Российской Федерации

Железную руду, извлеченную из недр, в горном деле принято называть «сырой рудой». Под термином «товарная руда» в горном деле понимают «руду, подготовленную к металлургическому переделу». В Российской Федерации добывают два типа железной руды: богатая и бедная. Богатая железная руда - это , первичное происхождение которой осадочное с последующей частичной дезинтеграцией под действием процессов выветривания. Основными породообразующими минералами богатой железной руды являются гематит Fe2O3 (содержание 40-55%) и кварц (содержание до 20%). Бедная руда представлена неокисленными железистыми кварцитами, которые состоят в основном из кварца, магнетита, гематита (не всегда) и имеют характерное тонкослоистое строение.

Количество стадий рудоподготовки богатой руды на пути от «сырой руды» к «товарной руде» минимальное: дробление и клас­сификация по крупности на грохотах.

Технологическое превращение неокисленных железистых кварцитов как «сырой руды» в товарную руду (концентрат) значительно более сложно и включает процессы дробления, измельчения, классификации по крупности и по плотности, дешламации, магнитной сепарации, обезвоживания. В этой совокупности процессов первичной обработки неокисленных железистых кварцитов они приобретают свойства нового товара , но не свойства товарного товара. Товарным товаром они становятся только тогда, когда их свойства удовлетворяют требованиям приобретателя (металлургических заводов), т. е. определенным стандартным требованиям, нормируемым техническими требованиями заказчиков. Такими свойствами на горных (горно-обогатительных) предприятиях Российской Федерации, добывающих и перерабатывающих железные руды, обладают аглоруда, доменная руда, кондиционный железорудный концентрат, железорудные окатыши и брикеты.

Добыча и обогащение руд сосредоточены в нескольких районах. В Центральном ФО - в Курской и Белгородской областях с Лебединским, Михайловским, Стойленским ГОКами и комбинатом КМА-Руда. Качество магнетитовых концентратов для месторождений КМА: крупность - 0,1-0 мм, влажность - 10,5%, содержание железа - не менее 64%.

На Северо-западе Российской Федерации руду добывают Карельский окатыш, Оленегорский и Ковдорский ГОКи. Наиболее крупными уральскими ГОКами являются Качканарский, Высокогорский, Бакальские рудники, Богословское рудоуправление. В Сибири крупных комбинатов нет за исключением расположенного в Иркутской области Коршуновского ГОКа. На Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке расположены также несколько средних и мелких добывающих и перерабатывающих предприятий.

Обогащение магнетитовых кварцитов осуществляют магнитным методом в слабом магнитном поле в 2-5 стадий с применением барабанных магнитных сепараторов различных типов, а в ряде переделов — промывкой, отсадкой, флотацией. Весьма эффективной является сухая магнитная сепарация крупнокускового материала (6-10 мм) При содержании в исходной руде около 35 %железа получают конечный концентрат и хвосты, содержащие 65-68 и менее 12 % железа соответственно. Извлечение железа в концентраты составляет более 81 %.

Обогащение гематит-магнетитовых, гематитовых, бурожелезняковых и сидеритовых руд осуществляют по комбинированным магнитно-гравитационным, магнитно-флотационно-гравитационным схемам. Так, апатит-магнетитовые руды Ковдорского месторождения обогащают по комбинированной магнитно-флотационно-гравитационной технологии с получением же­лезорудного, бадделеитового и апатитового концентратов.

Разработаны оригинальные комбинированные технологии (магнитно-гравитационные, магнитно-флотационные и пирометаллургические) для переработки высокотитанистых титаномагнетитовых руд Южного Урала, Сибири и Кольского полуострова.

Доля балансовых запасов, разрабатываемых открытым способом, составляет 92,5%, из них на 8 крупнейших горно-обогатительных комбинатов приходится 85% всей добычи железных руд. Из 30 действующих карьеров 5 наиболее крупных (Лебединский, Михайловский, Стойленский, Костомукшский, Северный Качканарского ГОКа) обеспечивают 69% общероссийской добычи открытым способом и 3 карьера (Ковдорский, Главный и Западный Качканарского ГОКа) - 16% добычи, Коршуновский карьер - 2,5%.

Массовая добыча и переработка бедных железистых кварцитов вызвала значительное увеличение затраты электричества на подготовку металлургического сырья. Средний удельный затрата электричества на железорудных горных предприятиях Российской Федерации составляет 44-45 кВт-ч на 1 т добытой и переработанной руды и 125-126 кВт-ч на 1 т полученного концентрата. На ГОКах, где конечным товаром являются железорудные окатыши, энергоемкость добычи и переработки 1 т железной руды составляет 61-62 кВт-ч, а на ГОКах, где товарным товаром является железорудный концентрат, — 38-45 кВт-ч.

Источники

ru.wikipedia.org - ВикиПедия - свободная энциклопедия

wikiznanie.ru - ВикиЗнание - свободная энциклопедия

bse.sci-lib.com - Большая Советская Энциклопедия

dic.academic.ru -Словари и энциклопедии на Академике

Энциклопедия инвестора . 2013 .

• - geležies rūda statusas T sritis chemija apibrėžtis Mineralų, kurių sudėtyje yra padidintas Fe kiekis, sankaupa. atitikmenys: angl. iron ore rus. железная руда; железняк … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

железная руда сложного вещественного состава - Железная руда, представленная несколькими железосодержащими и другими минералами. [ГОСТ 26475 85] Тематики продукция железорудная и марганцеворудная EN iron ore of a complex mineral composition … Справочник технического переводчика

гематитовая железная руда - Железная руда, представленная в основном гематитом. [ГОСТ 26475 85] Тематики продукция железорудная и марганцеворудная EN hematite iron ore … Справочник технического переводчика, Султанова Марина. Для ребёнка мир, который его окружает, полон тайн и чудес. Он хочет их раскрыть и тщательно изучить, поэтому задаёт бесчисленное множество вопросов. Особенно маленького исследователя…

В таких соединениях и в таком количестве, что извлечение его из руд м. б. экономически выгодным. Содержание железа колеблется в рудах от 25 до 70%. Выгодность использования руды определяется, кроме свойств самой руды, экономии, факторами: а) стоимостью добычи руды; б) ценами горючего в данной местности (дешевое топливо допускает обработку более бедных руд), в) близостью рынков сбыта и г) высотой фрахтов морской и железнодорожной доставки.

Качество руды , кроме %-ного содержания в ней железа, зависит от: а) чистоты ее, т. е. качества и количества в ней вредных примесей, б) качества и состава примешанной к руде пустой породы и в) степени легковосстановимости ее.

Чистота руд зависит от количества вредных примесей. К последним относятся: 1) сера, которая чаще всего встречается в виде серного колчедана (FeS 2), медного колчедана (Cu 2 S·Fe 2 S 3), магнитного колчедана (FeS), изредка в виде свинцового блеска (PbS), а также в виде сернокислых солей кальция, бария и железа; 2) мышьяк, встречающийся наиболее часто в виде мышьякового колчедана (FeS 2 ·FeAs 2) и лёллингита (FeAs 2); 3) фосфор, встречающийся в виде фосфорно-кислых солей Са [апатит 3 Ca 3 (PО 4) 2 ·CaF 2 или 3 Са 3 (РО 4) 2 ·СаСl 2 ], фосфорнокислого железа [так называемый вивианит Fe 3 (PО 4) 2 ·8H 2 О] и алюминия (вавелит ЗАl 2 O 3 ·2Р 2 O 3 ·12Н 2 O); 4) медь, встречающаяся в виде медного колчедана (Cu 2 S·Fe 2 S 3).

От количества пустой породы и содержания вредных примесей зависит, подвергать ли руду сортировке, промывке, обогащению. В зависимости от качества пустой породы руды м. б. или кислотными или основными. Кислотные руды, т. н. кварцеватые руды , содержат избыток кремнезема и в плавке требуют флюсовки основаниями. Основные руды (заключающие в пустой породе избыток оснований) подразделяются на глинистые , содержащие избыток глинозема в смеси, известковые , в которых преобладает известь, и тальковатые , содержащие в пустой породе много магнезии. Иногда встречаются такие руды, которые без флюсовки дают легкоплавкий шлак; их называют самоплавкими .

Степень легковосстановимости руд зависит: 1) от соединения, в котором находится в руде железо: силикаты и титанаты труднее восстанавливаются, чем свободный окисел железа; 2) от плотности сложения руды и степени пористости ее. Восстановление руды идет тем энергичнее, чем более она пориста и, следовательно, доступна прониканию газа, а также, если она содержит летучие вещества - воду, углекислоту, органические примеси, которые выделяются при высокой температуре. По химическому составу железные руды можно разделить на 4 класса - руды, содержащие: 1) безводные окислы железа, 2) водные окислы железа, 3) углекислую соль железа и 4) кремнекислую соль железа.

I. Руды, содержащие безводные окислы железа . 1) Магнитный железняк , или магнетит, обладает следующими свойствами: имеет металлический блеск, черный цвет, дает черную черту; довольно хрупок; твердость 5,5-6,5; удельный вес 5-5,2; магнитен; кристаллизуется в правильной системе, чаще в виде октаэдров и кубов. В виду того что отношение между закисью и окисью железа бывает различно, правильнее формулу его изобразить так: m FeО·n Fe 2 О 3 .

Руда горы Высокой (Нижне-Тагильский округ) считается одной из лучших. Содержание железа в ней очень высоко, в среднем 60%; Мn 1,0-1,5%; серы 0,02-0,03%; по содержанию фосфора (0,04%) это - бессемеровская руда. В составе пустой породы характерно низкое отношение SiO 2: Аl 2 O 3 , вследствие чего доменные шлаки Тагильских заводов резко отличаются от шлаков американских й шведских доменных печей. В этом месторождении наблюдаются выходы мартита (минерал, происшедший от окисления Fe 3 О 4 в Fe 2 О 3). Действительный запас руд горы Высокой определяют в 16400000 т (по данным Геологического комитета). Недалеко от главной залежи находится Лебяжинский рудник, где руда сильно фосфориста. Суммарный запас руд, по данным Геологического комитета, 5316000 т. Руда горы Благодать, близ Кушвы (разрез - фиг. 1), отличается от высокогорской и по богатству, и по чистоте, и по удобовосстановимости. Запас наиболее богатых руд сильно выработан. По содержанию железа коренная руда разделяется на три сорта: 1-й сорт 50-60% Fe, 2-й сорт 40-50% и 3-й сорт 20-40%. Содержание серы в первых двух сортах выше, чем в высокогорской (до 0,1 %); руда требует тщательного окислительного обжига. По содержанию фосфора эта руда может считаться бессемеровской; марганца в ней в среднем около 0,5%. Пустая полевошпатовая порода дает различное отношение SiО 2: Аl 2 O 3 ; вследствие этого одни руды требуют основного флюса (плавка на древесном угле), другие - кислого флюса; некоторые руды можно считать самоплавкими. Гороблагодатская руда труднее восстановима, чем высокогорская, т. к. представляет собою плотный неокисленный магнитный железняк. Она дает мало мелочи при дроблении. Возможный запас Гороблагодатского района определяется (вместе с разведанным и действительным) в 36092000 т (данные Геологического комитета).

Гора Магнитная (Оренбургский округ) - месторождение очень богатое (подобно Высокогорскому) чистыми рудами, но мало использованное. Среднее содержание Fe не менее 60% при ничтожном количестве углерода (бессемеровская руда); в верхних горизонтах залежи серы очень малы, но по мере углубления в недра количество ее возрастает значительно. В месторождении наблюдается и мартит, а также железный блеск и красный железняк; иногда - лимонит. Возможные запасы руды, по последним подсчетам А.Н. Заварицкого, около 188580000 т.

Из второстепенных месторождений в районе Богословского завода имеются залежи магнитного железняка, переходящего в мартит и в красный железняк. Кроме уральских, есть еще месторождения в Карельской АССР, в Закавказья и Сибири. В Пудожгорском месторождении, на восточном берегу Онежского озера, руда содержит от 15 до 25% железа; предполагаемый запас исчисляется в 1 млн. т (по В. Н. Липину). При магнитном обогащении она дает чистые и богатые концентраты (шлихи), которые затем необходимо брикетировать или аггломерировать. Эти руды могут дать прекрасный чугун, равный лучшим шведским чугунам. Дашкесанское месторождение в Закавказьи является очень крупным, не имеющим себе равного в данном районе по количеству и качеству руды. Благодаря своей чистоте эта руда может служить предметом экспорта. Возможный запас руды определяется К. Н. Паффенгольцом в 43750000 т. В Сибири имеются: а) Тельбесское и Сухаринское месторождения на Алтае; руда содержит 35-63% (в среднем не более 55%) железа; чиста от фосфора; запас исчисляется в 29110000 т (данные Геологического комитета); б) Абаканское месторождение в Минусинском округе, на берегу р. Рудной Кени; руда содержит 53-63% железа; запас точно не известен, предполагаемый-25 млн. т; в) Ирбинское - в долине реки Ирбы; запас руды свыше 25 млн. т; железа содержит 52-60%; местами переходит в мартит; часть руды богата фосфором (по К. Богдановичу). Мощные залежи магнитного железняка находятся в районе Курской магнитной аномалии.

Наиболее значительные заграничные месторождения следующие. В северной Скандинавии (шведской Лапландии) имеются колоссальные месторождения: Кирунавара, Люосавара, Геливара, Сваппавара и др. Добывается этих руд для экспорта около 6 млн. т. Большая часть руд богата фосфором. Общий запас руд месторождений Кирунавара и Люосавара до поверхности вод вблизи лежащего озера Фогт исчисляется в 282 млн. т, а до глубины на 300 м ниже поверхности озера - в 600-800 млн. т. Наибольшее по размерам месторождение Геливара, самое южное из лапландских, представляет ряд чечевицеобразных рудных толщ, покрытых ледниковыми отложениями. Рудное поле длиной до 6 км исследовано бурением на глубину более 240 м. Руда содержит немного меньше фосфора, чем руда Кирунавара; местами сопровождается гематитом (железным блеском). В Швеции известен целый ряд месторождений: Греньесберг, Стриберг, Персберг, Норберг и Даннемура. Руда последнего отличается чистотой в отношении фосфора, содержит 50-53% Fe. В остальной Европе менее значительные месторождения магнитного железняка - в Венгрии, Саксонии, Силезии и др. В Северной Америке можно указать на крупное месторождение, находящееся у озера Чемплен; затем - в штатах Нью Йорк, Нью Джерсей, в Пенсильвании и в округе Корнуель. Анализы магнитного железняка разных месторождений приведены в табл. 1.

2) Гематит , Fe 2 О 3 . Разновидности его - железный блеск, красный железняк и др. Промышленное значение имеет лишь собственно красный железняк (анализы приведены в табл. 2).

Кристаллы его - вида ромбоэдрического, таблицеобразного и пирамидального; чаще залегает сплошными массами, скорлуповатого, слоистого и чешуйчатого сложения и оолитового строения. Месторождения пластового характера сопровождаются в большинстве случаев кварцевой пустой породой (руда бывает тугоплавкой), известняком, полевым шпатом. Фосфора содержит обычно мало; иногда имеет примесь серного колчедана; встречаются примеси TiО 2 и Сг 2 О 3 . Плотная разновидность называется красной стеклянной головой, землистая - красной железной охрой.

Одним из наиболее мощных месторождений красных железняков в СССР является Криворожское на Украине (разрез - фиг. 2), в котором красные железняки сопровождаются железным блеском с железистым кварцитом. Содержание железа в руде 50-70%. Руды беднее 55% в плавку почти не идут, т. к. содержат много пустой сильно кремнистой породы и очень мало оснований (CaO, MgO) и поэтому требуют громадного количества флюсов. Содержание фосфора колеблется от 0,01 до 0,10%; марганца мало, иногда лишь следы; серы очень мало (0,03- 0,04%).

Руда, весьма разнообразная по физическим свойствам, встречается в виде измельченного железного блеска (порошковатая) или плотная кусковая (б. Галковский рудник). Запас руды с содержанием железа более 60% определен в 210940000 т (данные Геологического комитета). Руды Криворожья экспортировались за границу в количествах, указанных в табл. 3.

Другое месторождение, под названием Корсак-Могила, находится на юге, в Мариупольском округе. Запас руды невелик, около 330000 т. Прекрасные железные блески, содержащие мало фосфора и серы, имеются в Чердынском районе Уральской области; главная залежь уже выработана. В Карельской АССР известно Туломозерское месторождение; руда сильно кремнеземистая и должна подвергаться обогащению. Богатые штуфы содержат 57-60% Fe и чисты от фосфора и серы. В Сибири мощных месторождений не обнаружено.

Из заграничных - самым богатым и мощным является месторождение Верхнего озера в США (между озерами Мичиган и Верхним) и в Канаде. Запас богатых руд около 2 млрд. т. Возможный запас более бедных руд, требующих обогащения, определяют до 65 млрд. т. Содержание железа в этих рудах в среднем около 50%; они светлее криворожских; содержание марганца не велико (от 0,3 до 0,6%), но иногда встречаются сильно марганцевые руды (4% Мn), тогда они всегда содержат много фосфора. По содержанию фосфора некоторые руды можно отнести к бессемеровским (от 0,015 до 0,045%) и небессемеровским (содержание Р до 0,4% и более). Серы содержат мало. В Северной Америке известны еще залежи руд, лежащие в системе Аппалачских гор, под названием «гематиты Клинтона». Главная добыча идет в штате Алабама (до 4 млн. т руды в год). Среднее содержание железа колеблется около 38%. Запас руды исчислен в 500 млн. т, вероятный запас в 1,4 млрд. т. На острове Belle Island в заливе Conception Вау, недалеко от Нью Фаундленда, известно мощное месторождение гематита с запасом руды в 3,5 млрд. т. Руда представляет собой красный железняк с примесью шамуазита (см. ниже); среднее содержание железа около 52%, фосфора - около 0,9%. В Бразилии около Итабира встречаются разного вида красные железняки (железослюдковые, обломочные, конгломераты и т. п.). В Испании сильно выработаны месторождения Бильбао, в провинции Бискайя. Руда содержит железа от 50 до 58%. В Германии находятся месторождения красного железняка в Гессен-Нассау, на Гарце, в Саксонии. Очень мощное месторождение железного блеска и красного железняка имеется на острове Эльбе; руда содержит 60-66% Fe и 0,05% Р 2 О 5 . В Алжире известно довольно значительное месторождение железного блеска Filfilah; содержание Fe 52-55%; марганца немного; серы и фосфора очень мало.

II. Руды, содержащие водные окислы железа . К этим рудам относится бурый железняк, или лимонит, 2Fe 2 О 3 ·ЗН 2 О во всех своих разновидностях. В природе бурый железняк бывает обычно смешан с глиной, кварцем, известняком и прочими минералами, вносящими в пустую породу вредные примеси, являются: серный колчедан, свинцовый блеск, цинковая обманка, вивианит, апатит и др. Собственно говоря, названием лимонит обычно покрываются различные смеси гидроокисей железа, различающиеся содержанием воды, как, например, гетит Fe 2 О 3 ·H 2 О, ксантосидерит Fe 2 О 3 ·2Н 2 О, турьит 2Fe 2 О 3 ·H 2 О и другие. Цвет бурый, иногда желтый, черта буро-желтая. Известны следующие разновидности бурого железняка: 1) плотный, или обыкновенный - скрытокристаллического плотного сложения; очень распространен, встречается наряду с красными железняками; 2) бурая стеклянная голова - лучистого и скорлуповатого сложения; 3) бобовая руда, или оолитовый бурый железняк, встречающийся в виде крупных зерен и стяжений; 4) болотные, луговые и дерновые руды; встречаются на дне болот под дерном в виде рыхлых зернистых отложений, смешанных с глиной, иногда в виде ноздреватых губчатых масс; 5) озерные руды, встречающиеся на дне озер в виде скоплений зерен, лепешек, пластин в смеси с песком; 6) игольчатый и волокнистый бурый железняк, называемый гетитом.

Главное месторождение бурых железняков в СССР находится на Урале - Бакальское месторождение в Златоустовском округе (разрез - фиг. 3). Руда признается лучшей из всех до сих пор известных. Содержание железа до 60%. Вместе с бурым железняком попадается местами шпатовый железняк. Кроме того, встречается разновидность, называемая «карандашовой рудой», с содержанием марганца 2-3%. Минералогически эта руда содержит много турьита, часто заключает кристаллы гетита. Общий запас руд - около 73630000 т (данные Геологического комитета). Южнее Бакальских месторождений есть еще обширная территория (Комаровская, Зигазинская, Инзерская дачи), где многочисленные месторождения бурых железняков очень мало исследованы и только частью использованы (Белорецкими заводами). Месторождения эти в большинстве случаев гнездового характера, железа содержат от 42 до 56 %; руды вполне годны для плавки и представляют прекрасную примесь к магнитным железнякам горы Магнитной, так как имеют иногда чрезвычайно низкое содержание глинозема. Приблизительный запас 15 млн. т (по К. Богдановичу). Из бурых железняков Среднего Урала можно указать мощные залежи Алапаевского района. Эти железняки, гораздо беднее южно-уральских (42-48% Fe в сухом состоянии); пустая порода глинисто-кремнистая; руды эти мало фосфористы, марганца содержат немного, но заключают нежелательный элемент - хром (от следов до 0,2%). Возможный запас этого месторождения определяется в 265000000 т (по Михееву). В центральной части России возникли многие заводы в районах нахождения руд - Мальцевские, Липецкий, Кулебакский, Выскунский и другие. Недавно найдены крупные залежи по реке Хопру. В Донецком бассейне месторождения потеряли свое значение, так как здесь руды беднее и хуже криворожских.

Из заграничных месторождений бурых железняков можно упомянуть Бильбао, Мурсию и Альмерию (Испания). Здесь руда заключает много марганца, железа содержит до 55%; подобные же месторождения имеются в Пиренеях. В Англии - в Кумберленде и Ланкашире имеются месторождения смешанного характера - красные железняки переходят местами в бурые. В Алжире встречаются значительные залежи бурых железняков вместе с железными блесками. В Америке наиболее известны руды Алабамы, запасы которых сильно истощены. Мощные залежи имеются на о-ве Кубе (вост. часть), которые дают известный под названием «руды Mayari» очень мелкий землистый и сильно глиноземистый бурый железняк, содержащий хром и никель. Анализы бурых железняков см. в табл. 4.

Оолитовый железняк . У нас в Союзе имеется огромнейшее месторождение оолитового бурого железняка на Керченском полуострове. Руда залегает тремя пластами; верхний и нижний пласты руды (темной) содержат меньше Fe и больше Мn; средний пласт дает лучшую руду (светлую), содержит больше железа (40-43%), а Мn - от 0,5 до 1,3%. Пустая порода руды - кремнисто-глиноземистая; это вызывает при плавке применение известкового флюса. В виду большой гигроскопичности, для прессования в брикеты эта руда требует предварительной просушки. Руда отличается пылеватостью, слабо сцементирована, кусков в ней 20%, что затрудняет плавку. Значительное содержание Р требует добавки криворожской (малофосфористой) руды, необходимой также для понижения содержания мышьяка. Запас определен в 900 млн. т, а вместе с рудами Таманского полуострова до 3000 млн. т (по К. Богдановичу).

Из заграничных оолитовых железняков известно колоссальное месторождение, почти целиком лежащее на французской территории (после войны 1914-18 гг.) и захватывающее большую пограничную полосу Германии, Люксембург и отчасти Бельгию. Из руды Minette этого месторождения выплавляется т. н. томасовский чугун. Содержание железа в ней 25-36%. Во Франции около Мазней (департамент Сены и Луары) разрабатываются оолитовые железняки, содержащие ванадий. В Англии очень бедные (25-35%) бурые железняки залегают в Кливленде, Йоркшире и других местах.

Болотные, луговые и дерновые руды . В СССР болотными и луговыми рудами богаты Ленинградская область, Карельская АССР, Тверская, Смоленская и Костромская губернии, Волынский и Тамбовский округа; встречаются они и на Урале. За границей они имеются в южной Швеции, северной Германии, Бельгии, Голландии, Канаде. Руды эти мелки, рыхлы, очень легко восстановимы. Содержание в них железа колеблется от 25 до 35%, редко больше; фосфора чаще всего содержат в пределах от 0,2 до 2%. Залегание - гнездовое; гнезда рассеяны на больших расстояниях друг от друга.

Озерные руды . Эти руды залегают на дне озер в виде сплошной корки или отдельных слоев. Содержание железа в них меняется от 30 до 40%; иногда они богаты марганцем (8-10%). Особенно много этих руд в Карелии. При дешевом древесном угле руды эти будут иметь промышленное значение для края.

В табл. 5 приведены анализы оолитовых, озерных, болотных и луговых руд.

III. Руды, содержащие углекислое железо. Сидерит , или шпатовый железняк , FeCO 3 кристаллизуется в гексагональной системе (ромбоэдр). Твердость 3,5-4,5; удельный вес 3,7-3,9. Встречается в виде жил и пластов в сопровождении серных, медных и мышьяковых колчеданов, тяжелого шпата, цинковой обманки, свинцового блеска. Кроме того, встречается в виде зернистых и оолитовых масс или почковатых, шаровидных стяжений и ядер скорлуповатого сложения (сферосидериты). Сидерит - серого цвета с синеватым оттенком, иногда - бурого цвета. Содержание железа 25-40%.

Углистый железняк (блекбенд) представляет собой шпатовый железняк, проникнутый углистым веществом. Содержание железа 25-30%. Цвет черно-бурый или черный. Удельный вес 2,2-2,8.

В СССР хорошие шпатовые железняки в значительном количестве встречаются в Бакальском месторождении, где они залегают с бурыми железняками.

Из заграничных наиболее известно месторождение в Штирии (гора Эрцберг). Мощность залежи достигает 125 м. Руды чистые. Содержание железа 40-45%. В Германии известно Зигенское месторождение, захватывающее часть Вестфалии, Рейнской Пруссии и Нассау. Во Франции - в Аллеваре и Визели (департамент Изер) - мощность жил шпатовых железняков достигает 10 м; в Савойе имеется такое же месторождение. Залежи шпатового железняка встречаются еще в Венгрии и в Испании. В Соединенных Штатах Америки месторождения шпатовых железняков залегают от Западной Пенсильвании до Алабамы.

В СССР гнезда и пропластки сферосидеритов (глинистых сидеритов) весьма распространены в Подмосковном каменноугольном бассейне; к ним относятся залежи близ Липецка (разрез - фиг. 4), Данкова, Тулы и в других местах. Руды эти более или менее фосфористы и небогаты железом (38- 45%). В Вятской губернии известны месторождения района Холуницких и Омутнинских заводов (старейшие чугунолитейные заводы округа - Климковский, 1762 г., Залазнинский, 1771 г.). Рудоносные пласты и гнезда залегают в пермских отложениях, в т. н. рудной земле. Руда представляет собою глинистый шпатовый железняк в смеси с лимонитом в верхних частях залежи. В центральной части РСФСР имеются в огромном количестве гнездообразные залежи малой мощности, разбросанные на большой площади, что и обесценивает промышленное значение этих руд, запасы которых подсчитаны К. Богдановичем в колоссальной цифре 789 млн. т.

В Польше известны Ченстоховские месторождения сферосидеритов. В Кливленде имеются мощные залежи глинистых железняков оолитового сложения с содержанием железа 30-35%; ежегодно добывается их около 6 млн. т. В Германии находятся сферосидериты в бассейне р. Рур, в районе Эссена и Бохума.

В табл. 6 приведены анализы руд, содержащих углекислое железо.

IV. Руды, содержащие кремнекислую соль железа . К ним относятся: 1) шамуазит 3(2FeО·SiО 2)·(6FeО·Аl 2 O 3)·12Н 2 О; цвет его зеленовато-серый, сложение мелкозернистое, твердость около 3, удельный вес 3-3,4; содержание железа до 45%; месторождение во Франции, в долине р. Шамуази; кроме того, он встречается в Богемии; шамуазит как примесь входит в количестве 23% в состав красного железняка одного из величайших месторождений острова Belle Island; 2) кнебелит - теоретический состав: (Mn, Fe) 2 SiО 4 ; цвет красноватый или же буровато-серый; удельный вес его около 3,7; встречается в Швеции; промышленного значения как руда не имеет.

V. Суррогаты железной руды . Под этим названием подразумеваются соединения заводского или фабричного происхождения, богатые железной рудой, из которых можно с выгодой извлекать железо. К этой группе относятся шлаки переделочных производств, пудлинговые и кричные шлаки. Общее содержание в них железа обычно колеблется от 50 до 60%. Томасовские шлаки применяются иногда в доменной плавке для обогащения чугуна фосфором. Часто в плавку поступают «огарки», или «сгарки», серных колчеданов, идущих для получения серной кислоты. В Америке переплавляют остатки франклинита после извлечения из него цинка. Анализы суррогатов железных руд приведены в табл. 7.

Желе́зные ру́ды - природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объёме, когда промышленное извлечение железа из этих образований целесообразно. Несмотря на то, что железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород , под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений , из которых с выгодой в экономическом отношении можно получить металлическое железо .

Классификация

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

Существует четыре основных вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии :

• сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда),
• железорудные брикеты .

Химический 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; гематит , 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, трещиноватостей, 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 чугуна в доменных печах , который затем переделывают в сталь в мартеновском , конвертерном или электросталеплавильном производстве. Небольшая часть добываемых богатых железных руд используется в качестве красителей и утяжелителей для буровых глинистых растворов . Отдельно выделяют процессы прямого восстановления железа , одним из продуктом которого является горячебрикетированное железо . Бедные и средние по содержанию железа руды в целях промышленного использования должны предварительно пройти через процесс обогащения .

Факторы, определяющие ценность руд

1. Главным фактором, определяющим металлургическую ценность железных руд, является содержание железа. Железные руды по этому признаку делятся на богатые (60-65 % Fe), со средним содержанием (45-60 %) и бедные (менее 45 %). Снижение количества железа в руде вызывает прогрессивное уменьшение ее металлургической ценности вследствие значительного увеличения в доменной плавке относительного выхода шлака. Практикой работы доменных печей установлено, что с повышением содержания железа в шихте на 1 % (абс.) производительность печи возрастает на 2-2,5 %, а удельный расход кокса снижается на 1-1,5 %.
2. Состав пустой породы оказывает существенное влияние на качество железной руды. При основности пустой породы, равной нулю, количество шлака удваивается по сравнению с количеством пустой породы, вносимой рудой. Если же пустая порода руды самоплавкая, то есть основность руды и шлака равны, то введения флюса не требуется, и количество шлака равно количеству пустой породы, то есть выход его будет вдвое ниже. Пропорционально снижению выхода шлака уменьшается удельный расход кокса и увеличивается производительность доменной печи. Таким образом, металлургическая ценность руд возрастает с увеличением основности пустой породы.
3. Вредные примеси понижают ценность руды, а при значительном количестве делают ее непригодной для непосредственного использования в доменной печи даже при высоком содержании железа.
   • В процессе доменной плавки небольшое количество соединений серы переходит в газ и уносится с ним из печи, но основная масса серы распределяется между чугуном и шлаком. Чтобы перевести максимальное количество серы в шлак и не допустить получения сернистого чугуна, в доменной печи должны быть высоконагретые шлаки с повышенной основностью, что в конечном счёте увеличивает удельный расход кокса и пропорционально снижает производительность печи. Считается, что снижение содержания серы в рудной части шихты на 0,1 % (абс.) сокращает удельный расход кокса на 1,5-2 %, расход флюса - на 6-7 % и на 1,5-2 % повышает производительность доменной печи. Действующие кондиции ограничивают максимальное содержание серы в руде, предназначенной для доменной плавки, величиной 0,2-0,3 %. Однако в связи с тем, что в настоящее время перед подачей в печь основная масса добываемых руд подвергается обогащению с последующей термической переработкой концентратов в процессе агломерации или обжига окатышей , в результате которой значительная доля исходной серы (80-95 %) выгорает, стало возможным использовать железные руды с содержанием серы до 2-2,5 %. При этом руда, в состав которой входит сульфидная сера, при прочих равных условиях обладает большей ценностью по сравнению с рудой, сера в которой находится в виде сульфатов , так как последняя при агломерации и обжиге окатышей удаляется хуже.
   • Ещё хуже при агломерации удаляется мышьяк . В доменной плавке он полностью переходит в чугун. Содержание мышьяка в добываемой руде не должно превышать 0,1-0,2 %, даже если она идет на агломерацию.
   • Фосфор при агломерации не удаляется. В доменной печи он полностью переходит в чугун, поэтому его предельное содержание в руде определяется возможностью выплавки чугуна данного сорта. Так, для бессемеровских (чистых по фосфору) чугунов его количество в руде не должно превышать 0,02 %. Наоборот, при получении фосфористого чугуна для томасовского передела оно должно составлять 1 % и выше. Среднее содержание фосфора, равное 0,3-0,5 %, наиболее неблагоприятно, поскольку для выплавки томасовских чугунов такая концентрация фосфора мала, а для бессемеровских - слишком велика, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей сталеплавильного процесса.
   • Цинк при агломерации не удаляется. Поэтому технические условия ограничивают содержание цинка в проплавляемых рудах величиной 0,08-0,10 %.
4. Полезные примеси повышают металлургическую ценность железных руд по следующим причинам. При проплавке таких руд могут быть получены природнолегированные чугуны, а затем - стали, не требующие введения специальных дорогих добавок для легирования (или сокращающие их расход). Так используются примеси никеля и хрома в рудах. В других случаях одновременно с чугуном получаются иные ценные металлы. Например, при переработке титаномагнетитовых руд в результате металлургического передела, кроме железа, извлекается очень ценный и дорогой металл - ванадий , благодаря чему становится экономически выгодным перерабатывать сырье с низким содержанием железа (см. например Качканарский ГОК ). Повышенное количество марганца в железных рудах позволяет получать марганцовистые чугуны, в которых полнее проходят процессы десульфурации, улучшается качество металла.
5. Способность руды обогащаться (обогатимость руды) - важный признак её металлургической ценности, так как большинство добываемых железных руд подвергается тем или иным методам обогащения в целях повышения содержания в них железа или снижения концентрации вредных примесей. Процесс обогащения заключается в более или менее полном отделении рудного минерала от пустой породы, сульфидов. Обогащение облегчается, если пустая порода почти не содержит железа, а частицы рудного минерала представляют собой относительно крупные зерна. Такие руды относятся к категории легкообогатимых . Тонкая вкрапленность рудных частиц и большое количество железа в пустой породе делают руду труднообогатимой , что значительно снижает ее металметаллургическую ценность. По обогатимости отдельные типы руд можно расположить в следующий ряд в порядке ее ухудшения: магнитные железняки (обогащаются самым дешевым и эффективным способом - магнитной сепарацией), гематитовые и мартитовые руды, бурые железняки, сидериты. Примером легкообогатимой руды могут служить магнетиты Оленегорского месторождения . Магнитная сепарация позволяет легко отделить кварц пустой породы от магнетита. При содержании железа в исходной руде 29,9 % получают концентрат с 65,4 % железа. Также при магнитной сепарации титаномагнетитов Качканарского месторождения , доля железа в которых 16,5 %, получают концентрат с 63-65 % железа. К разряду труднообогатимых руд можно отнести, например, керченские бурые железняки, промывка которых при исходном содержании железа 40,8 % позволяет повышать его в концентрате лишь до 44,7 %. В отмытой от руды пустой породе его доля при этом достигает 29-30 %. Металлургическая ценность железной руды дополнительно повышается, когда при ее обогащении из пустой породы попутно извлекаются другие полезные компоненты. Например, при обогащении руды Ено-Ковдорского месторождения, кроме железорудного концентрата, получают апатитовый концентрат, являющийся сырьем для производства минеральных удобрений. Такая комплексная переработка добываемой из недр железной руды значительно увеличивает рентабельность разработки месторождения.
6. К основным физическим свойствам, влияющим на металлургическую ценность железных руд, относятся: прочность , гранулометрический состав (кусковатость), пористость , влагоемкость и др. Прямое использование малопрочных и пылеватых руд в доменных печах невозможно, так как их мелкие фракции сильно ухудшают газопроницаемость столба шихтовых материалов. Кроме того, поток доменного газа выносит из рабочего пространства печи рудные частицы размером менее 2-3 мм, которые оседают затем в пылеуловителях. При переработке малопрочных руд это приводит к увеличению их удельного расхода на выплавку чугуна. Добыча рыхлых пылеватых руд связана с необходимостью строительства дорогостоящих агломерационных фабрик для их окускования , что значительно обесценивает такие руды. Количество мелочи особенно велико при добыче бурых железняков и гематитовых руд. Так, богатые руды Курской магнитной аномалии при добыче дают до 85 % мелочи, нуждающейся в окусковании. Средний выход фракции крупнее 10 мм (пригодной для доменной плавки) из богатых криворожских руд не превышает 32 %, а выход фракции крупнее 5 мм из добываемых керченских руд - не более 5 %. По условиям доменной плавки нижний предел крупности руды, загружаемой в доменные печи, должен составлять 5-8 мм, однако в связи с трудностью отсеивания на грохотах таких мелких фракций, особенно влажных руд, он повышается до 10-12 мм. Верхний предел размеров кусков определяется восстановимостью руды и не должен превышать 30-50 мм, но на практике бывает и 80-100 мм.
7. Прочность руд при сушке, нагреве и восстановлении. В связи с тем, что в состав руд входят минеральные компоненты с различными коэффициентами термического расширения, при нагреве в кусках руды возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие их разрушение с образованием мелочи. Слишком быстрая сушка может вызвать разрушение кусков руды под действием выделяющегося водяного пара. Снижение прочности железорудных материалов при сушке и нагреве называют декрепитацией.
8. Важным технологическим качеством железных руд считается их размягчаемость. В доменной печи тестообразные массы шлака, образовавшегося при размягчении рудной части шихты, создают большое сопротивление проходу газов. Поэтому желательно использовать руды с наиболее высокой температурой начала размягчения. В этом случае руда не размягчается в шахте доменной печи, что благоприятно сказывается на газопроницаемости столба шихты. Чем короче интервал размягчения руды (разность температур между началом и концом размягчения), тем быстрее размягченные тестообразные массы превращаются в жидкий подвижный расплав, не представляющий большого сопротивления для потока газов. Поэтому руды с коротким интервалом и высокой температурой начала размягчения имеют большую металлургическую ценность.
9. Влагоемкость руды определяет ее влажность. Для различных типов железных руд допустимая влажность с учетом их влагоемкости устанавливается техническими условиями: для бурых железняков - 10-16 %, гематитовых руд - 4-6 %, магнетитов - 2-3 %. Повышение влажности увеличивает транспортные расходы на перевозку руды, а в зимнее время требует затрат на сушку для исключения ее смерзаемости. Таким образом, с ростом влажности и влагоемкосги руд их металлургическая ценность снижается.
10. Характер пористости руды во многом определяет реакционную поверхность взаимодействия газообразных восстановителей с оксидами железа руды. Различают общую и открытую пористость. При одинаковом значении общей пористости с уменьшением размера пор реакционная поверхность кусков руды возрастает. Это при прочих равных условиях повышает восстановимость руды и её металлургическую ценность.
11. Восстановимостыо руды называют ее способность с большей или меньшей скоростью отдавать кислород , связанный с железом в его оксиды, газообразному восстановителю. Чем выше восстановимость руды, тем меньше может быть время ее пребывания в доменной печи, что дает возможность ускорить плавку. При одинаковом времени пребывания в печи легковосстановимые руды отдают печным газам больше кислорода, связанного с железом. Это позволяет снизить степень развития прямого восстановления и удельный расход кокса на выплавку чугуна. Таким образом, с любой точки зрения повышенная восстановимость руды является ее ценным свойством. Наибольшей восстановимостыо обладают обычно рыхлые, высокопористые бурые железняки и сидериты, которые при удалении CO 2 в верхних горизонтах доменной печи или в результате предварительного обжига приобретают высокую пористость. За ними в порядке уменьшения восстановимости следуют более плотные гематитовые и магнетитовые руды.
12. Размеры железорудного месторождения являются важным критерием его оценки, так как с увеличением запасов руды возрастает рентабельность его разработки, повышается экономичность строительства и эксплуатации основных и вспомогательных сооружений (карьеров , шахт , коммуникаций, жилья и т. д.). Доменный цех современного металлургического комбината средней мощности выплавляет 8-10 млн т чугуна в год, а его годовая потребность в руде составляет 15-20 млн т. Для того чтобы компенсировать затраты на строительство, комбинат должен работать не менее 30 лет (амортизационный срок). Это соответствует минимальным запасам месторождения 450-600 млн т.
13. Существенное влияние на определение браковочного предела по содержанию железа оказывают условия добычи, зависящие от характера залегания рудного тела. Глубокое залегание рудных пластов требует строительства дорогостоящих шахт для их разработки, больших эксплуатационных расходов (на вентиляцию, освещение шахт, откачку воды , подъём руды и пустой породы и др.). Примером чрезвычайно неблагоприятных горно-геологических условий залегания рудного тела может служить Яковлевское месторождение КМА , в котором высота кровли над рудой достигает на отдельных участках 560 м. В кровле расположены восемь водоносных пластов, что создает тяжёлые гидрогеологические условия для горных работ и требует отвода подземных вод из района рудной залежи или искусственного замораживания грунта в этом районе. Все это требует больших капитальных и эксплуатационных затрат на добычу руды и снижает ценность руд. Залегание месторождения вблизи от дневной поверхности земли и возможность добычи руды открытым способом (в карьерах) значительно удешевляют добычу руды и повышают ценность месторождения. В этом случае становится рентабельным добывать и перерабатывать руды с более низким содержанием железа, чем при подземной добыче.
14. Наряду с данными о количестве и качестве железной руды важным фактором при оценке того или иного месторождения является его географо-экономическое расположение: удаленность от потребителя, наличие транспортных коммуникаций, трудовых ресурсов и т. п.

Промышленные типы месторождений

Главные промышленные типы железорудных месторождений

• Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами , магнетитовыми , гематит -магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). Бассейны Курской магнитной аномалии (КМА , Россия) и Криворожский (Украина), район озера Верхнего (англ.) русск. (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

• Пластовые осадочные месторождения. Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые , или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн , Лисаковское и др. (бывший СССР).
• Скарновые железорудные месторождения. Сарбайское, Соколовское, Качарское, гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское.
• Комплексные титаномагнетитовые месторождения. Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы - магнетит , титаномагнетит . Качканарское , Кусинское месторождения, месторождения Канады, Норвегии.

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений

• Комплексные карбонатитовые апатит-магнетитовые месторождения. Ковдорское .
• Железорудные магно-магнетитовые месторождения. Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское.
• Железорудные сидеритовые месторождения. Бакальское, Россия; Зигерлянд, Германия и др.
• Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах. Каражальское.
• Железорудные пластообразные латеритные месторождения. Южный Урал; Куба и др.

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 Бразилии и России приходится по 18 % мировых запасов железа. Запасы в пересчёте на содержание железа.

Сегодня трудно представить себе жизнь без стали, из которой изготовлены многие окружающие нас вещи. Основой этого металла является железо, получаемое при плавке руды. Железная руда отличается по происхождению, качеству, способу добычи, что определяет целесообразность ее извлечения. Также железная руда отличается минеральным составом, процентным соотношением металлов и примесей, а также полезностью самых добавок.

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 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. ). 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.

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.

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.

Добыча железных руд в промышленных масштабах

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.

Основные типы промышленных месторождений

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

Главные типы промышленных залежей железной руды

К ним относят следующие месторождения:

• Залежи различных типов железной руды (железистые кварциты, магнитный железняк), образованной метаморфическим способом, что позволяет добывать на них очень богатые по составу руды. Обычно месторождения связаны с древнейшими процессами образования горных пород земной коры и залегают на образованиях называемых щитами.

Кристаллический щит — это формирования в виде большой изогнутой линзы. Состоит из пород, образованных еще на этапе формирования земной коры 4,5 млрд. лет назад.

Наиболее известные месторождения такого типа: Курская магнитная аномалия, Криворожский бассейн, озеро Верхнее (США/Канада), провинция Хамерсли в Австралии, и железнорудный район Минас-Жерайс в Бразилии.

• Залежи пластовых осадочных пород. Эти месторождения образовались вследствие оседания богатых железом соединений, которые имеются в составе разрушенных ветром и водой минералов. Яркий образец железной руды в таких залежах – бурый железняк.

Наиболее известные и большие месторождения — это Лотарингский бассейн во Франции и Керченский на одноименном полуострове (Россия).

• Скарновые месторождения. Обычно руда имеет магматическое и метаморфическое происхождение, пласты которой после образования были смещены в момент образования гор. То есть железная руда, располагающаяся слоями на глубине, была смята в складки и перемещена на поверхность во время движения литосферных плит. Такие залежи размещаются чаще в складчатых областях в виде пластов или столбов неправильной формы. Образовались магматическим способом. Представители таких месторождений: Магнитогорское (Урал, Россия), Сарбайское (Казахстан), Айрон-Спрингс (США) и прочие.
• Титаномагнетитовые залежи руд. Их происхождение магматическое, чаще всего встречаются на выходах древних коренных пород – щитов. К ним относят бассейны и месторождения в Норвегии, Канаде, России (Качканарское, Кусинское).

К второстепенным месторождениям относят: апатит-магнетитовые, магно-магнетитовые, сидеритовые, железомарганцевые залежи, разрабатываемые на территории России, стран Европы, Кубы и прочих.

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.

В пересчете на запасы железа, можно выделить следующие страны-лидеры

Картина мировых запасов руды выглядит следующим образом

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.

Как добывают железную руду?

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

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.

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. 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.

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.

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).

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.

Железные руды представляют собой горные породы, содержащие железо, причем в таком количестве, что руду выгодно перерабатывать. В природе имеется около 20 минералов с высоким содержанием железа (23-72%). Железо в руде находится в виде окислов или солей, соединенных с горной породой. В зависимости от состояния, в котором находится железо, различают четыре вида железных руд.

Бурый железняк содержит Железо в виде водного окисла 2Fe2O3-3H2O. Цвет руды желто-бурый. Эта руда бедна железом (от 35 до 60%), а серы и фосфора, наоборот, содержит больше, чем другие руды. Руда легко восстановима. Крупнейшие ее месторождения находятся на Урале (Бакальские руды с высоким содержанием железа, почти без примесей серы и фосфора). Большие запасы бурого железняка в порошкообразном виде имеются на Керченском полуострове. Известны также Тульское и Липецкое месторождения, руды Кольского полуострова, Тогайского железорудного бассейна.

Красный железняк содержит Железо в виде окисла Fe2O3. Руда красного цвета, содержание железа 55-60%. Это одна из лучших железных руд; она легко восстанавливается, содержит мало серы и фосфора. Богатейшие месторождения красного железняка находятся в Кривом Роге. Крупные запасы красного железняка имеются также в районе Курской магнитной аномалии.

Магнитный железняк содержит Железо в виде окисла Fe304. Руда черного цвета, содержание железа 45-70%. Это наиболее богатая железом руда. Она обладает магнитными свойствами, плотна, восстанавливается с трудом. Залегает главным образом на Урале - в горах Магнитная, Высокая, Благодать. Недавно разведаны месторождения магнитного железняка в Тогайской степи в Казахстане.

Шпатовый железняк содержит Железо в виде соли FeCO3. Эту руду называют сидеритом, или болотной рудой. Она бедна железом (от 30 до 45%). Залежи шпатового железняка встречаются на Урале в районе Бакальского месторождения

Комплексные железные руды содержат, кроме железа, другие металлы (хром, никель, титан, ванадий), восставав-ливаемые в доменной плавке:

хромоникелевые бурые железняки Орско-Халиловского месторождения содержат 35-45% железа; 1,3-1,5% хрома и 0,3-0,5% никеля;

титаномагнетиты, содержащие 42-48% железа; 0,3-0,4/о ванадия и 4,5-13,0% двуокиси титана, добываются на Урале в Качканарском, Кусинском и Первоуральском месторождениях.

Марганцевые руды применяют, чтобы увеличить содержание марганца в выплавляемых чугунах. Эти руды мягки, рыхлы и гигроскопичны. Содержание окиси марганца в них 28- 40%. Наиболее важным месторождением богатых руд (содержание окиси марганца 48-52%) являются Чиатурское на Кавказе, Никопольское на Украине, у г. Ачинска в Сибири, Уралоазовское и Полуночное на Урале и в Казахстане.

В процессе доменной плавки, кроме железных и марганцевых руд, используют различные отходы: чугунный лом и стружку, загрязненный стальной лом.

Флюсы применяют в доменной плавке для сплавления пустой породы и золы топлива в шлак. При работе доменных печей на коксе используют главным образом известняк (СаСO3). Если в пустой породе находятся основные окислы, применяют кислые флюсы - кварциты.

В качестве топлива для доменной плавки используют кокс. Металлургическое топливо должно иметь следующие качества: высокую теплотворную способность, прочность, пористость, невысокую зольность и минимальное содержание серы. Кокс отвечает почти всем этим требованиям. Теплота сгорания кокса 5600 ккал/кг , поэтому на нем выплавляют 98% мирового чугуна. Кокс получают из каменного угля при нагревании его до 950-1000° без доступа воздуха в специальных печах. При этом из угля удаляются летучие вещества, а остающаяся часть спекается в твердый и пористый кокс.

Современная коксовая печь (батарея) состоит из 50-70 узких длинных камер емкостью 18-20 мв каждой из них выжигается 12-16 т кокса. Длительность процесса коксования около 12-15 часов. Из одной тонны угля можно получить 750-800 кг кокса и 300-350 м3 высококалорийного газа.

Лучшим коксом считается кузнецкий, содержащий 0,5-0,6% серы и 12-13,5% золы.

Одним из наиболее эффективных частичных заменителей кокса в доменной плавке является природный газ. Стоимость его не превышает 2 руб. за 1000 л3, т. е. в десятки раз ниже стоимости кокса.

Применение природного газа способствует снижению себестоимости чугуна, так как экономится от 10 до 15% кокса.

5. Устройство доменной печи и её работа

Доменная печь - домна) является шахтной печью непрерывного действия. Она имеет форму двух усеченных конусов, сложенных широкими основаниями, между которыми находится цилиндрическая часть, называемая распаром.

Чугун выплавляется из железных руд в специальных печах, называемых доменными. Отсюда процесс получения чугуна из железных руд называется доменным процессом.

Доменная печь имеет большое количество специальных устройств и механизмов, обеспечивающих беспрерывность процесса. Большинство механизмов работает автоматически.

1-скип; 2-засыпной аппарат; 3-доменная печь; 4-фурменные отверстия; 5- чугунная летка; шлаковая летка; 7-воздухонагреватели; 8-газоочистительные устройства; 9-дымовая труба

Смесь из руды, кокса и флюса подготовляется в определенной пропорции для загрузки в доменную печь. Такая смесь называется шихтой. Специальный подъемник - скип 1 перемещающийся по наклонным путям, доставляет шихту к верхней части доменной печи, откуда она через засыпной аппарат 2 поступает в печь 3.

Для поддержания интенсивного горения загружаемого кокса необходимо большое количество воздуха. Воздух подается в печь через специальные отверстия 4 в нижней части печи, которые называются фурменными отверстиями. Чтобы воздух пробил высокий столб шихты и проник во все части печи, а также чтобы имелось достаточное количество кислорода для сгорания всего топлива, воздух вдувают в печь под давлением в 1-2 ати. Воздух подогревается до температуры 600-800°, так как вдувание большого количества холодного воздуха снижает температуру внутри печи, в результате чего процесс плавки руды замедляется.

Подогрев воздуха осуществляется в воздухонагревателях 7, которые строятся рядом с доменной печью. Воздухонагреватели отапливаются доменным (колошниковым) газом, получающимся при выплавке чугуна. Доменный газ предварительно очищается от пыли в специальных газоочистительных устройствах 8. Продукты сгорания из воздухонагревателей удаляются через дымовую трубу 9.

Полученный в печи жидкий чугун опускается в нижнюю ее часть, откуда периодически выпускается через отверстие 5, называемое чугунной леткой. В специальных ковшах большой емкости чугун от доменной печи отвозится в сталеплавильные цехи для переработки в сталь или к разливочной машине для получения чугунных чушек.

Пустая порода, флюсы и зола топлива образуют в печи жидкий шлак, который имеет меньший удельный вес, чем чугун, и поэтому располагается над жидким чугуном. Шлак выпускается из печи через шлаковую летку 6 и направляется для переработки и дальнейшего использования в качестве строительного материала или в шлаковый отвал.

Доменная печь работает беспрерывно по принципу противотока: исходные материалы загружаются сверху, постепенно опускаются вниз, превращаясь в чугун и шлак, а газы, нагревшиеся в нижней зоне печи, поднимаются кверху навстречу исходным материалам.

Печь имеет наружную стальную оболочку, которая называется кожухом, и внутреннюю кладку, или футеровку. Футеровка должна устойчиво сопротивляться износу от трения беспрерывно опускающихся столбом исходных материалов, выдерживать действие высоких температур, не расплавляясь и не давая деформаций. Поэтому для футеровки применяется высококачественный огнеупорный (шамотный) кирпич.

6. Производство стали в конвертерах

КИСЛОРОДНЫЙ КОНВЕРТЕР с верхней продувкой. 1 – стальной кожух; 2 – огнеупорная футеровка; 3 – кислородная фурма; 4 – завалка флюса; 5 – легирующие добавки; 6 – летка; 7 – ковш; 8 – заготовка; 9 – проволока; 10 – бесшовная труба; 11 – блюм; 12 – балка; 13 – толстолистовая сталь; 14 – листовая заготовка (сляб); 15 – листовой прокат.

Кислородный конвертер с верхней продувкой представляет собой грушевидный сосуд (с открытой узкой верхней горловиной) диаметром ок. 6 м и высотой ок. 10 м, облицованный изнутри магнезиальным (основным) кирпичом. Эта футеровка выдерживает примерно 1500 плавок. Конвертер снабжен боковыми цапфами, закрепленными в опорных кольцах, что позволяет наклонять его. В вертикальном положении конвертера его горловина находится под вытяжным колпаком дымоотводящего камина. Боковое выпускное отверстие, имеющееся с одной стороны, позволяет отделить металл от шлака при сливе. В конвертерном цеху рядом с конвертером обычно имеется загрузочный пролет. Сюда транспортируется в большом ковше жидкий чугун из доменной печи, а в стальных бункерах накапливается металлолом для загрузки. Все это сырье переносится к конвертеру мостовым краном. По другую сторону от конвертера расположен разливочный пролет, где имеются приемный ковш для выплавленной стали и железнодорожные тележки для транспортировки его на разливочную площадку.

Перед началом кислородно-конвертерного процесса конвертер наклоняют в сторону загрузочного пролета и через горловину засыпают металлолом. Затем в конвертер заливают жидкий металл из доменной печи, содержащий около 4,5% углерода и 1,5% кремния. Предварительно металл подвергается десульфуризации в ковше. Конвертер возвращают в вертикальное положение, сверху вводят охлаждаемую водой фурму и включают подачу кислорода. Углерод в чугуне окисляется до CO или CO2, а кремний – до диоксида SiO2. По «течке» (загрузочному лотку) добавляется известь для образования шлака с диоксидом кремния. Со шлаком выводится до 90 % кремния, содержащегося в чугуне. Содержание азота в готовой стали сильно понижается благодаря промывающему действию CO. Приблизительно через 25 мин дутье прекращается, конвертер немного наклоняют, отбирают пробу и анализируют ее. При необходимости в корректировке можно снова возвратить конвертер в вертикальное положение и ввести в горловину кислородную фурму. Если же состав и температура расплава соответствуют спецификациям, то конвертер наклоняют в сторону разливочного пролета и через выпускное отверстие сливают сталь.

7. Получение стали в мартеновских печах

Мартеновский процесс был разработан в 1865 г. французскими металлургами отцом Э. Мартеном и сыном П. Мартеном. Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной регенеративной печью. В ее плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов. Рабочее плавильное пространство печи ограничено снизу ванной, образованной подиной и откосами; сверху - сводом; с боков - передней и задней стенками; с торцов - головками. В передней стенке расположены окна, через которые в печь загружают исходную шихту и дополнительные материалы (по ходу плавки), а также берут пробы металла и шлака, удаляют шлак при дефосфорации. Окна закрыты заслонками со смотровыми отверстиями. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне подины. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами.

Для более полного использования тепла отходящих газов в системе газоотводов установлены регенераторы. Регенераторы выполнены в виде камер, заполненных насадкой из огнеупорного кирпича. Принцип регенерации тепла заключается в том, что насадка одной пары регенераторов некоторое время нагревается до 1250 – 1300 оС отходящими из печи газами. Затем при помощи клапанов направление движения регенераторов меняется автоматически. Через один из нагретых регенераторов в рабочее пространство печи подается воздух, через другой – газ. Проходя через насадку, они нагреваются до 1100- 1200 С. В это время другая пара регенераторов нагревается, аккумулируя тепло отходящих газов. После охлаждения насадки регенераторов до установленной температуры снова происходит автоматическое переключение клапанов.

8. Получение стали в электропечах

Плавка в электропечах имеет ряд преимуществ перед плавкой в конверторах и мартеновских печах. Высокая температура позволяет применять сильноосновные шлаки, вводить большое количество флюсов и достигать максимального удаления из стали серы и фосфора. Для плавки в электропечи не требуется воздуха; окисляющая способность печи невысока, поэтому количество FeO в ванне незначительно, сталь получается достаточно раскисленная и плотная. Благодаря высокой температуре в печи можно получить легированные стали с тугоплавкими элементами: вольфрамовые, молибденовые и др.

Исходными материалами для плавки в электропечах являются стальной лом, железная руда, окалина. Передельный мартеновский чугун применяют только для сталей с высоким содержаниемуглерода, но чаще заменяют электродным боем или малосернистым коксом.

В качестве флюсов в основных печах применяют известь, а в кислых печах - кварцевый песок. Для разжижения основных шлаков применяют плавиковый шпат, боксит и шамотный бой, а для кислых шлаков - известь и шамотный бой. Для раскисления стали, кроме обычных ферросплавов, применяют комплексные раскислители (АМС, содержащий по 10% кремния, марганца и алюминия, силикомарганец, силикокальций).

Все материалы, загружаемые в электрические печи, должны быть сухими, чтобы не произошло насыщения стали водородом от разложения влаги.

Электрические печи для плавки металла делятся на три вида: печи сопротивления, дуговые и индукционные.

Для плавки стали применяют в основном дуговые и индукционные печи, а в печах сопротивления плавят сплавы цветных металллов.

Дуговые печи н аиболее распространены в промышленности, так как устройство и эксплуатация их несложны, коэффициент полезного действия высок и, кроме того, в них можно выплавлять самые разнообразные сорта стали и сплавов цветных металлов. В дуговых печах электроэнергия превращается в тепловую энергию дуги, которая передается плавящейся шихте посредством излучения.

Индукционные печи применяют для выплавки высоколегированных сталей и сплавов с низким содержанием углерода, а также для производства тонкостенного фасонного литья специальными методами (по выплавляемым моделям, под давлением и т. п.).

Электрошлаковый переплав стали представляет собой совершенно новый метод получения высококачественных легированных сталей, в том числе и быстрорежущих. Он разработан Институтом электросварки им. Е. О. Патона Академии наук УССР.

Сущность его состоит в том, что слитки из стали, полученной в обычных печах, перерабатываются на электроды для последующей переплавки их в электрошлаковой печи. плавление электродов происходит не за счет тепла электрической дуги, а за счет тепла, выделяющегося в слое расплавленного шлака, служащего сопротивлением при прохождении через него электрического тока. Принцип электрошлакового переплава очень прост. Электрод-слиток 1 (рис. 3) диаметром до 150 мм и длиной от 2 до б м вводят в медный водоохлаждаемый кристаллизатор 2, который представляет собой полый цилиндр. К дну кристаллизатора прикреплен поддон 5 с затравкой 4 - это шайба из переплавляемой стали. На затравку насыпают электропроводный флюс из порошка алюминия с магнием. В зазор между слитком-электродом и стенкой кристаллизатора засыпают рабочий флюс 3, состоящий из Аl2O3, CaFe2 и СаО.

9. Прогрессивные способы получения стали

Одним из прогрессивных способов получения сложных и высоколегированных сталей является электрометаллургический: плавка в электрических дуговых и индукционных печах.

Сталь особо высокого качества выплавляют в вакуумных электрических печах, а также путем электрошлакового, плазменного переплава, электронно-лучевой плавки.

10. Общее сведения о металлах. Классификация металлов.

Металлы - материалы кристаллической структуры, обладающие рядом специфических свойств: металлическим блеском; высокой электропроводностью и теплопроводностью; положительным температурным коэффициентом электросопротивления; электронной эмиссией; при нормальных условиях находятся в твердом состоянии (исключением является ртуть).

По внешнему виду металлы подразделяются на черные и цветные. К черным металлам относят железо и сплавы на его основе, остальные металлы принято относить к цветным.

Черные металлы, используемые в производстве хозяйственных товаров, представлены двумя сплавами: сталью (сплав железа с углеродом, с содержанием последнего не более 2,14%) и чугуном (сплав железа с углеродом, с содержанием последнего более 2,14%).

Чугун выплавляют из железной руды в доменных печах.

Сталь получают из чугуна путем выжигания из него избытка углерода кислородом воздуха.

11. Атомно-кристаллическое строение металлов.

Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определенном порядке, который периодически повторяется в трех измерениях.

В кристаллах существует не только ближний, но и дальний порядок размещения атомов, т. е. упорядоченное расположение частиц в кристалле сохраняется на больших участках кристаллов. Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие металл (твердое кристаллическое тело).

Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всем объеме, получил название элементарной кристаллической ячейки.

12. Свойства металлов и сплавов

Механические свойства

К основным механическим свойства относят:

Прочность

Пластичность

Твердость

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок.

Пластичность – способность материала изменять свою форму и размеры по действием внешних сил.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела.

Физические свойства

К физическим свойства относят:

Плотность

Температуру плавления

Теплопроводность

Электропроводность

Магнитные свойства

Цвет – способность металлов отражать излучение с определенной длиной волны. Например, медь имеет розовато-красный цвет, алюминий – серебристо-белый.

Плотность металла определяется отношением массы к единице объема. По плотности металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м3) и тяжелые.

Температура плавления – температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие (вольфрам – 3416 оС, тантал – 2950 оС и др.) и легкоплавкие (олово – 232 оС, свинец – 327 оС). В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина (К).

Теплопроводность – способность металлов передавать тепло от более нагретых участков тела к менее нагретым. Большой теплопроводностью обладают серебро, медь, алюминий. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/(м·К).

Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя противоположными характеристиками – электрической проводимостью и электрическим сопротивлением.

Электропроводность оценивается в системе СИ в сименсах (См). Электросопротивление выражают в омах (Ом). Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (их изготавливают из меди, алюминия). При изготовлении электронагревательных приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (из нихрома, константана, манганина). С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением – увеличивается.

Магнитные свойства выражаются в способности металлов намагничиваться. Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, которые называют ферромагнитными. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, растворами щелочей и др.

К химическим свойствам относят:

Коррозионную стойкость

Жаростойкость

Коррозионная стойкость – способность металлов сопротивляться химическому разрушению под действием на их поверхность внешней агрессивной среды (коррозия происходит при вступлении в химическое взаимодействие с другими элементами).

Жаростойкость – способность металлов сопротивляться окислению при высоких температурах

Химические свойства учитывают в первую очередь для изделий или деталей, работающих в химически агрессивных средах:

Емкости для перевозки химических реактивов

Трубопроводы химических веществ

Приборы и инструменты в химической промышленности

13. Понятия: Сплав, компонент, фаза, механические смеси, твёрдые растворы, химические соединения.

Сплав - макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.

Компоненты - вещества, образующие систему. В качестве компонентов выступают чистые вещества и химические соединения, если они не диссоциируют на составные части в исследуемом интервале температур.

Фаза - однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностного раздела, при переходе через которую структура и свойства резко меняются.

МЕХАНИЧЕСКАЯ СМЕСЬ (в металловедении) - строение сплава из двух компонентов, которые неспособны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединений. Сплав состоит из кристаллов компонентов А и Б

Твёрдые растворы - фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке.

Хими́ческое соедине́ние - сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или более элементов (гетероядерные молекулы). Некоторые простые вещества также могут рассматриваться как химические соединения, если их молекулы состоят из атомов, соединённых ковалентной связью (азот, кислород, иод, бром, хлор, фтор, предположительно астат).

14. Кристаллизация металлов и сплавов

Процессы кристаллизации металлов и сплавов, являющиеся процессами перехода их из жидкого состояния в твердое, связаны с выделением скрытой теплоты кристаллизации. Для того чтобы происходил процесс кристаллизации металла или сплава, его необходимо все время охлаждать (отводить, отнимать от него тепло).

При рассмотрении процессов кристаллизации мы прежде всего должны иметь в виду определенный объем жидкого металла или сплава, который отдает тепло, и форму, которая принимает его. Передача тепла от жидкого металла и сплава форме проходит не мгновенно, так как теплопроводность жидкого металла или сплава и формы имеет определенные конечные значения. Поэтому одновременная кристаллизация всего объема металла или сплава в форме невозможна даже при одинаковых температурах во всех точках его объема.

15. Экспериментальное построение диаграмм состояния двойных сплавов

16. Правила фаз и отрезков

Фазами могут быть жидкие растворы, твердые растворы и химические соединения. Следовательно, однородная жидкость представляет собой однофазную систему, механическая смесь двух видов кристаллов - двухфазную систему и т. д.

Под числом степеней свободы (вариантностью) системы понимают число внешних и внутренних факторов (температура, давление и концентрация), которые можно изменять без изменения числа фаз в системе.

Количественную зависимость между числом степеней свободы системы, находящейся в равновесном состоянии, и числом компонентов и фаз принято называть правилом фаз (закон Гиббса). Правило фаз для металлических систем выражается уравнением

С = К - Ф + m,

где С -число степеней свободы системы; К -число компонентов; Ф - число фаз; т - число внешних факторов (температура, давление).

Если принять, что все превращения происходят при постоянном давлении (Р = const), это уравнение примет следующий вид: С = К – Ф + 1, где 1 - внешний переменный фактор (температура).

Пользуясь правилом фаз, рассмотрим, как происходит изменение числа степеней свободы однокомпонентной системы для случая расплавленного чистого металла (К=1; Ф=1) С = 1-1 + 1 = 1, т.е. температуру можно изменять не меняя числа фаз. Такое состояние системы называют моновариантным (одновариантным). В процессе кристаллизации Ф = 2 (две фазы - жидкая и твердая), а К=1, тогда С= 1-2+1=0. Это значит, что две фазы находятся в равновесии при строго определенной температуре (температура плавления), и она не может быть изменена, пока одна из фаз не пропадет. Такое состояние системы называют нонвариантным (безвариантным).Для диухкомпонентной системы, находящейся в жидком состоянии (К = 2; Ф=1), правило фаз имеет вид С = 2-1 + 1=2, такая система называется бивариантной (двухвариантной). В этом случае возможно изменение двух факторов равновесия (темпера­туры и концентрации), число фаз при этом не меняется. Для этой же системы при существовании двух фаз (жидкой и твердой) К=2, Ф = 2, согласно правилу фаз С = 2-2+1 = 1, т.е. с изменением температуры концентрация должна быть строго определенной.

Применение правила фаз для диаграммы состояния первого типа(см. рис.). Пользуясь этой диаграммой, можно определить фазовое состояние сплавов любого состава при любой температуре. Так, например, в области 1 существует одна фаза - жидкий раствор. Правило фаз запишется в виде С = К – Ф + 1 = 2- 1 + 1 = 2, т. е. система имеет две степени свободы. Для остальных областей 2, 3, 4 и 5 система ха­рактеризуется одной степенью свободы (С = 2 – 2 + 1 = 1).

17. Диаграмма состояния сплавов с механической смесью

22. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов

Феррит – это твёрдый раствор углерода в α-железе. Максимальная концентрация углерода – всего лишь 0,025% (точка P). При комнатной температуре – не выше 0,006%. Феррит мягок и пластичен.

Аустенит – твёрдый раствор углерода в γ-железе. Максимальная концентрация углерода - 2,14 % (точка E). Аустенит имеет невысокую твёрдость, пластичен, не магнитится.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом (карбид железа, Fe3C). Концентрация углерода, соответственно, постоянная – 6,67 % углерода. Цементит очень твёрд, хрупок, непластичен.

Необходимо так же выделить 2 структурные составляющие железоуглеродистых сплавов:

Перлит (эвтектоид) – механическая смесь 2 фаз – пластинок/зерен феррита и цементита. Перлит образуется в результате перлитного превращения аустенита («свободного» или входящего в состав ледебурита) с концентрацией углерода 0,8% при прохождении ниже линии PSK:

А0,8→Ф0,025 + Ц6,67

Железо при этом переходит из γ-формы в α-форму. Механические свойства сильно зависят от размера (дисперсности) частичек, из которых состоит данный перлит.

Ледебурит (эвтектика) – механическая смесь 2 фаз – пластинок/зерен аустенита и цементита. Ледебурит образуется из жидкой фазы с концентрацией углерода 4,3% при прохождении ниже линии ECF:

Ж4,3→А2,14 + Ц6,67

Структура ледебурита. Ц - цементит, А - аустенит.

23. Диаграмма состояния сплавов железо-цементит

Диаграмма железо-углерод (железо-цементит) – это графическое отображение структуры сплавов, состоящих только из железа и углерода, в зависимости от исходной средней концентрации углерода и текущей температуры сплава. Диаграмма железо-углерод позволяет понять процессы, происходящие при термообработке стали.

Диаграмма железо-углерод (железо-цементит). Упрощенная

линия ACD. Линия ликвидус. При охлаждении сплавов ниже нее начинается их кристаллизация;

линия AECF. Линия солидус. При охлаждении сплавов ниже нее весь сплав переходит в твердое состояние;

линия ECF. Иногда называется линией ледебуритного превращения. При охлаждении сплавов с содержанием углерода выше 2,14% ниже нее жидкая фаза превращается в ледебурит;

линия PSK. Линия перлитного превращения. При охлаждении сплавов ниже нее аустенит превращается в перлит.

Отметим несколько важных точек на диаграмме:

точка E. Точка максимального насыщения аустенита углеродом – 2,14%, при температуре 1147°С;

точка P. Точка максимального насыщения феррита углеродом – 0,025%, при температуре 727°С;

точка S. Точка «0,8% С-727°С» превращения аустенита с концентрацией углерода 0,8% в перлит (эвтектоид) той же средней концентрации;

точка C. Точка «2,14 % С-1147°С» превращения жидкости с концентрацией углерода 2,14% в ледебурит (эвтектику) той же средней концентрации.