Что входит в железную руду. Железорудное сырье

Железная руда – это природное минеральное образование, в составе которого присутствует железо в объеме необходимом для его промышленного извлечения. Железная руда состоит из различных окисей, углекислых закисей, рудных минералов. Среди последних важно выделить главнейшие – это магнетит и железный блеск, а также бурый и красный железняк. Болотные, а также озерные руды входят в состав бурого железняка, а сферосидерит – это одна из разновидностей шпатового.

Рудные минералы в природе бывают смешаны с минералами без железа в составе, например, глина или известняк. Бывает также сочетание с изверженными кристаллическими породами.

Известны случаи, когда в одном месторождении находили скопление вышеназванных минералов, однако, преобладающим все равно оставался конкретный тип минерала, другие просто генетически с ним связаны.

Получив общее представление о том, из чего состоит железная руда, необходимо конкретизировать все полученные данные.

Целесообразно начать с магнитного железняка. Итак, он представляет собой формулу Fe 2O4 окиси и закиси железа. В его чистом виде содержится около 72 % металлического железа, однако такой чистый вид встречается весьма редко, в связи с тем, что к нему присоединяются различные примеси. В основном это руды иных металлов: цинковая обманка, например, или же колчедан меди, либо серный колчедан. Сопровождающими магнитный железняк породами являются хлорит, полевой шпат и ряд других пород. Магнитный железняк можно считать одной из самых разрабатываемых руд, ведь в природе ее залежи находят и пластами, и гнездами, а в местах извержения горных пород даже целыми горными образованиями.

Следующее, что необходимо изучить, это Fe 2 O3, или окись железа безводная, иными словами, железный блеск. Он содержит около 69 – 70 % металла и является одой из самых чистых железных руд. Встречается в виде сплошных пластов, а также в гнейсах и сланцах.

Красный железняк, обычно плотного и шестоватого строения окись железа, является источником железных залежей, а также одним из главных источников для выплавки стали и чугуна.

Бурый железняк – это руда, больше половины состава которой представлено водной окисью железа. Бурые железняки содержат различные примеси, иногда содержащие вредные вещества, к примеру, серу, марганец или же фосфор. Встречается этот железняк очень часто, но размеры месторождений весьма малы.

Самыми близкими по составу к бурым железнякам считаются руды болотные и железные, образующие остаток закиси железа, глины и песка в виде круглых «лепешек» в озере и болоте. Железа в таких рудах порядка 40 – 45 %, а в связи с их свойством легкоплавкости, они служат источником железа не очень высокого качества.

На несколько процентов больше металлического железа содержит в себе железняк шпатоватый, который присутствует в недавно появившихся осадочных образованиях, с примесью глины или углистого вещества.

Говоря о способах добычи руды, следует упомянуть несколько вариантов. Выбор конкретной технологии зависит, прежде всего, от экономической и технической целесообразности действий.

Уже многие годы самым используемым остается, так называемый, открытый метод, суть которого состоит в строительстве карьера и применении специализированной для этого техники. Следует также уяснить, что данный способ рационально использовать для не очень глубоких месторождений.

Для более глубоких залежей подходит метод скважинной гидродобычи, в процессе которого бурится относительно глубокая скважина. В эту скважину опускается труба с водным монитором и пропускается поток воды, предназначение которой состоит в дроблении породы. После этого руда поднимается из-под земли.

Кроме широко известных нефти и газа существуют и другие не менее важные полезные ископаемые. К ним относятся руды, которые добываются для получения черных и путем переработки. Наличие рудных месторождений - это богатство любой страны.

Что такое руды?

Каждая из естественных наук по-своему отвечает на этот вопрос. Минералогия определяет руду как совокупность минералов, изучение которых необходимо для совершенствования процессов извлечения наиболее ценных из них, а химия изучает элементный состав руды, чтобы выявить качественное и количественное содержание в ней ценных металлов.

Геология рассматривает вопрос: «что такое руды?» с точки зрения целесообразности их промышленного использования, поскольку эта наука занимается изучением строения и процессов, происходящих в недрах планеты, условиями образования горных пород и минералов, разведкой новых месторождений полезных ископаемых. Они представляют собой участки на поверхности Земли, на которых вследствие геологических процессов накопилось достаточное для промышленного использования количество минеральных образований.

Образование руд

Таким образом, на вопрос: «что такое руды?» наиболее полно можно ответить так. Руда - это горная порода с промышленным содержанием в ней металлов. Только в этом случае она имеет ценность. Руды металлов образуются при остывании магмы, которая содержит их соединения. При этом они кристаллизуются, распределяясь по величине своего атомного веса. Наиболее тяжелые оседают на дно магмы и выделяются в отдельный слой. Другие минералы образуют горные породы, а оставшаяся от магмы гидротермальная жидкость растекается по пустотам. Содержащиеся в ней элементы, застывая, образуют жилы. Горные породы, разрушаясь под воздействием природных сил, откладываются на дне водоемов, образуя осадочные отложения. В зависимости от состава горных пород формируются различные руды металлов.

Железные руды

Виды этих полезных ископаемых значительно разнятся. Что такое руды, в частности, железные? Если руда содержит достаточное для промышленной переработки количество металла, она называется железной. Они различаются происхождением, химическим составом, а также содержанием металлов и примесей, которые могут быть полезными. Как правило, это сопутствующие цветные металлы, например, хром или никель, но бывают и вредные - сера или фосфор.

Химический состав представлен различными его оксидами, гидроксидами или углекислыми солями окиси железа. К разрабатываемым рудам относятся красный, бурый и магнитный железняк, а также железный блеск - они считаются самыми богатыми и содержат металла более 50 %. К бедным относят такие, в которых полезный состав меньше - 25 %.

Состав железной руды

Магнитный железняк представляет собой окись железа. Он содержит более 70 % чистого металла, однако в залежах встречается вместе с а иногда с цинковой обманкой и другими образованиями. считается самой лучшей из использующихся руд. Железный блеск тоже содержит до 70 % железа. Красный железняк - оксид железа - один из источников добычи чистого металла. А бурые аналоги имеют до 60 % содержания металла и встречаются с примесями, иногда вредными. Они представляют собой водный оксид железа и сопутствуют почти всем железным рудам. Они также удобны легкостью добычи, переработки, однако металл, получаемый из этого вида руды, невысокого качества.

По происхождению месторождения железных руд их делят на три большие группы.

1. Эндогенные, или магматогенные. Их образование обусловлено геохимическими процессами, происходившими в глубинах земной коры, магматическими явлениями.
2. Экзогенные, или поверхностные, месторождения создавались вследствие процессов, происходящих в приповерхностной зоне земной коры, то есть на дне озер, рек, океанов.
3. Метаморфогенные месторождения формировались на достаточной глубине от поверхности земли под действием высокого давления и таких же температур.

Запасы железных руд в стране

Россия богата различными месторождениями. Самое большое в мире - это содержащая почти 50 % всех мировых запасов. В этом регионе отмечалась уже в XVIII веке, однако разработка залежей началась лишь в 30-х годах прошлого столетия. Запасы руд в этом бассейне с высоким содержанием чистого металла, они измеряются миллиардами тонн, а добыча ведется открытым или подземным методом.

Бакчарское месторождение железных руд, являющееся одним из наибольших в стране и мире, открыто в 60-х годах прошлого века. Запасы руды в нем с концентрацией чистого железа до 60 % составляют около 30 миллиардов тонн.

В Красноярском крае находится Абагасское месторождение - с магнетитовыми рудами. Открыто было оно еще в 30-х годах прошлого столетия, однако разработку его начали вести только через полвека. В Северной и Южной зонах бассейна добыча ведется открытым способом, а точное количество запасов равно 73 миллионам тонн.

Открытое еще в 1856 году, до сих пор является действующим Абаканское месторождение железных руд. Сначала разработка велась открытым способом, а с 60-х годов XX века - подземным способом на глубине до 400 метров. Содержание чистого металла в руде доходит до 48 %.

Руды никеля

Что такое руды никеля? Минеральные образования, которые используются для промышленного получения этого металла, называются никелевыми рудами. Встречаются сульфидные медно-никелевые с содержанием в них чистого металла до четырех процентов и силикатные никелевые руды, аналогичный показатель которых составляет до 2,9 %. Первый вид месторождений обычно бывает магматического типа, а силикатные руды находятся в местах коры выветривания.

Развитие никелевой промышленности в России связано с разработкой их местонахождения на Среднем Урале в середине XIX столетия. Почти 85 % сульфидных месторождений сконцентрировано в Норильском регионе. Залежи на Таймыре по богатству запасов и разнообразию минералов - самые крупные и уникальные в мире, в них находится 56 элементов таблицы Менделеева. По качеству никелевых руд Россия не уступает другим странам, преимуществом является и то, что они содержат дополнительно редкие элементы.

На Кольском полуострове сосредоточено около десяти процентов ресурсов никеля в сульфидных месторождениях, а на Среднем и Южном Урале разрабатываются силикатные залежи.

Руды России характеризуются количеством и разнообразием, необходимыми для промышленного применения. Однако в то же время они отличаются сложными природными условиями добычи, неравномерностью размещения на территории страны, несовпадением региона размещения ресурсов с плотностью населения.

Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своем составе соединения железа, накопленные в таком объеме, которого достаточно для экономически выгодного его извлечения. Конечно, железо есть в составе всех горных пород. Но железными рудами называют именно те железистые соединения, которые настолько богаты этим веществом, что позволяют промышленную добычу металлического железа.

Типы железных руд и их основные характеристики

Все железные руды сильно отличаются по своему минеральному составу, наличию вредных и полезных примесей. Условиям их образования и, наконец, содержанию железа.

Основные материалы, которые относят к рудным, можно разделить на несколько групп:

• Оксиды железа, к которым относятся гематит, мартит, магнетит.
• Гидроксиды железа - гидрогетит и гетит;
• Силикаты - тюрингит и шамозит;
• Карбонаты - сидероплезит и сидерит.

В промышленных железных рудах железо содержится в различных концентрациях - от 16 до 72%. К полезным примесям, содержащимся в железных рудах, относят: Mn, Ni, Co, Mo, и пр. Есть и вредные примеси, к которым можно отнести: Zn, S, Pb, Cu и др.

Месторождения железных руд и технология добычи

По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:

• Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
• Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
• Метаморфогенные - это месторождения железистых кварцитов.

Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.

При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.

Отрасли применения

Железная руда является основным сырьем для получения чугуна. Он поступает на мартеновское или конвертерное производство, а также на восстановление железа. Из железа, как известно, производят самую различную продукцию, как впрочем, и из чугуна. В этих материалах нуждаются такие отрасли:

• Машиностроение и металлообработка;
• Автомобильная промышленность;
• Ракетная промышленность;
• Военная промышленность;
• Пищевая и легкая промышленность;
• Строительная отрасль;
• Добыча нефти и газа и их транспортировка.

Задавшись вопросом - для чего нужна железная руда становится понятно, что без нее человек не достиг бы высот современного развития цивилизации. Орудия труда и оружие, детали машин и станки – все это можно сделать из железной руды. Сегодня нет ни одной отрасли народного хозяйства, обходящейся без стали или чугуна.

Железо относится к широко распространенным в земной коре химическим элементам. В земной коре этот элемент в чистом виде практически не встречается, он находится в виде соединений (окислов, карбонатов, солей и прочего). Минеральные соединения, в которых содержится значительное количество этого элемента, называют железными рудами. Промышленное использование руд, содержащих в своем составе ≥ 55% железа экономически обосновано. Рудные материалы с меньшим содержанием металла подвергаются предварительному обогащению. Методы обогащения при добыче железных руд постоянно совершенствуются. Поэтому, в настоящее время, требования к количеству железа в составе железной руды (бедной) постоянно снижаются. Руда состоит из соединений рудообразующего элемента, минеральных примесей и пустой породы.

• руды, образовавшиеся под действием высокой температуры, называют магматогенными;
• образовавшиеся в результате оседания на дне древних морей – экзогенными;
• под действием экстремального давления и температуры – метаморфогенными.

Происхождение породы определяет условия добычи полезных ископаемых и в каком виде содержится железо в них.

Главная особенность железных руд – их широкая распространенность и очень значительные запасы в земной коре.

Основные железосодержащие минеральные соединения это:

• гематит – это наиболее ценный источник железа, так как содержит порядка 68-72% элемента и минимум вредных примесей, залежи гематита называют красным железняком;
• магнетит - главное свойство железной руды данного вида – магнитные свойства. Наравне с гематитом отличается содержанием железа равным 72,5%, а также высоким содержанием серы. Образует месторождения - магнитные железняки;
• группа водных окислов металла под общим названием бурые железняки. Эти руды имеют невысокое содержание железа, примеси марганца, фосфора. Это определяет свойства железной руды данного типа – значительную восстанавливаемость, пористость структуры;
• сидерит (карбонат железа) – отличается высоким содержанием пустой породы, самого металла содержится порядка 48%.

Применение железной руды

Железная руда используется для выплавки из нее чугунов, сталистого чугуна и стали. Однако, прежде чем, железную руду используют по назначению, она подвергается обогащению на горно-обогатительных комбинатах. Это относится к бедным рудным материалам, содержание железа в которых ниже 25-26%. Разработано несколько методов обогащения бедных руд:

• магнитный способ, он заключается в использовании различий магнитной проницаемости компонентов руды;
• флотационный способ, использующий различные коэффициенты смачиваемости частиц руды;
• промывочный способ, удаляющий пустые примеси струями жидкостей под большим давлением;
• гравитационный способ, применяющий специальные суспензии для удаления пустой породы.

В результате обогащения из железной руды получают концентрат, содержащий до 66-69% металла.

Как и где используется железная руда и концентраты:

• руда используется в доменном производстве для выплавки чугунов;
• для получения стали прямым способом, минуя стадию чугуна;
• для получения ферросплавов.

В итоге, из полученной стали и чугуна изготавливаются профильный и листовой прокат, из которых потом изготавливают необходимые изделия.

Основой основ черной металлургии, её основным сырьем и источником железа является полезное ископаемое – железная руда ; в чистом виде железо, как и большинство металлов, в природе не встречается.

Железная руда состоит из минералов, которые делятся на две группы: минералы, содержащие железо (рудные минералы), и минералы, не содержащие железа, образующие пустую породу.

В рудных минералах железо находится в виде оксидов Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , карбонатов FeCO 3 , сульфидов FeS 2 . В настоящее время известно более 300 минералов, содержащих железо.

магнетит и гематит

Характеристики четырех из них, наиболее часто используемых в черной металлургии, представлены в таблице.

Основные рудные минералы

По содержанию железа железные руды делятся на бедные и богатые . Чем выше содержание железа в руде, тем выгоднее ее переработка. К сожалению, в настоящее время запасы богатых руд практически исчерпаны, поэтому в оборот вовлекаются руды бедные, с низким содержанием железа. Непосредственное извлечение железа из таких руд является экономически неэффективным, а технологически весьма затруднительным. Поэтому современная черная металлургия в качестве обязательного этапа включает в себя подготовку железных руд к металлургическому переделу .

Такая подготовка включает в себя несколько стадий. Железную руду, добытую из недр земли, сначала дробят до размера кусков 6-8 мм, затем отделяют рудный минерал от пустой породы (этот процесс называется обогащением ). В результате получают концентрат с более высоким содержанием железа, чем в исходной руде. Концентрат спекают в куски размером 30-40 мм (процесс называется агломерацией, а продукт – агломератом ), либо формируют из концентрата шарики диаметром 10-15 мм (процесс называется окомкованием, а продукт – окатышами ). Таким образом, получают железосодержащий материал, наиболее подходящий для дальнейшей его обработки с целью извлечения из него железа.