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.

Отрасль черной металлургии - железорудная промышленность - занимается добычей и переработкой железной руды, чтобы затем это полезное ископаемое превратилось в чугун и сталь. Так как железо является довольно распространенным элементом, получают его только из тех горных пород, в которых его больше.

Это минеральное образование человечество научилось добывать и обрабатывать позднее всего, видимо потому, что железная руда мало похожа на металл. Сейчас же без железа и стали сложно представить себе современный мир: транспортная, строительная отрасль, сельское хозяйство и многие другие сферы не могут обойтись без металла. О том, как и во что превращается железная руда в процессе несложных химических процессов, пойдет речь далее.

Виды железных руд.

Железная руда различается по количеству содержащего в ней железа. Она бывает богатой, в которой его больше 57%, и бедной - от 26%. Бедные руды используются в промышленности только после их обогащения.

По происхождению руду делят на:

• Магматогенную - руда, получившаяся в результате действия высоких температур.
• Экзогенную - осадок в морских бассейнах.
• Метаморфогенную - образовавшуюся в результате действия высокого давления.

Железные руды также разделяют на:

• красный железняк, который является наиболее распространенной и в то же время наиболее богатой на железо рудой;
• бурый железняк;
• магнитный;
• шпатовый железняк;
• титаномагнетит;
• железистый кварцит.

Этапы металлургического производства.

Ответ на главный вопрос статьи «железная руда: что из нее делают» очень прост:из железных руд добывают сталь, чугун, сталистые чугуны и железо.

При этом металлургическое производство начинается с добычи основных компонентов для производства металлов: каменного угля, железной руды, флюсов. Затем на горно-обогатительных комбинатах добытую железную руду обогащают, избавляясь от пустых пород. На специальных заводах занимаются подготовкой коксующихся углей. В доменных цехах руда превращается в чугун, из которого затем производят сталь. А сталь, в свою очередь, превращается в готовый продукт: трубы, листовую сталь, прокат и прочее.

Производство черных металлов условно делят на две стадии, в первой из них получают чугун, во второй чугун преобразовывают в сталь.

Процесс производства чугуна.

Чугун - это сплав углерода и железа, в который также входят марганец, сера, кремний, фосфор.

Чугун производят в доменных печах, в которых железная руда восстанавливается из оксидов железа при больших температурах, при этом отделяется пустая порода. Флюсы используют для уменьшения температуры плавления пустой породы. В доменную печь загружают руду, флюсы и кокс слоями.

В нижнюю часть печи подается нагретый воздух, поддерживающий горение. Так происходит череда химических процессов, в результате которых получают расплавленный чугун и шлак.

Полученный чугун бывает разных видов:

• передельный, используемый в производстве стали;
• ферросплав, который применяют также в качестве добавок при производстве стали;
• литейный.

Производство стали.

Практически 90% всего добываемого чугуна является передельным, то есть он используется в производстве стали, которую получают в мартеновских или электрических печах, в конвекторах. При этом появляются новые методы получения стали:

• электроннолучевая плавка, которая используется для получения особо чистых металлов;
• вакуумирование стали;
• электрошлаковый переплав;
• рафинирование стали.

В стали, если сравнивать его с чугуном, меньше кремния, фосфора и серы, то есть при получении стали нужно уменьшить их количество с помощью окислительной плавки, производимой в мартеновских печах.

Мартен представляет собой печь, в которой над плавильным пространством сгорает газ, создавая необходимую температуру от 1700 до 1800°C. Раскисление проводят с помощью ферромарганца и ферросилиция, затем на заключительном этапе - при помощи ферросилиция и алюминия в сталеразливочном ковше.

Сталь более высокого качества производят в индукционных и дуговых электропечах, в которых температура выше, поэтому на выходе получают тугоплавкую сталь. На первом этапе производства стали происходит окислительный процесс с помощью воздуха, кислорода и оксида шихты, на втором - восстановительный, заключающийся в раскислении стали и удалении серы.

Продукция черной металлургии.

Подводя итог в теме "железная руда: что из нее делают", нужно перечислить четыре основных продукта черной металлургии:

• передельный чугун, который от стали отличается лишь повышенным содержанием углерода (свыше 2%);
• литейный чугун;
• стальные слитки, которые подвергают обработке давлением для получения проката, используемого, например, в железобетонных конструкциях, прокат становится трубами и другими изделиями;
• ферросплавы, которые применяются в производстве стали.

Роль железа в истории человеческой цивилизации переоценить очень трудно. Именно оно дало возможность людям противостоять окружающему миру, послужило основой всего, что было создано в дальнейшем. Конечно, первой была бронза, но она из-за своего достаточно узкого распространения стала как бы материалом для избранных, обладающих допуском к источнику сырья. Тогда как железо благодаря наличию практически в любом месте применялось всеми, при этом превосходя своими возможностями бронзу. Источником металла являются широко распространенные минералы. Но путь от них до готовых изделий очень длинный, поэтому резонно поинтересоваться, как и что делают из железной руды.

Несколько слов о руде

Не касаясь конкретных пород минералов, стоит отметить разделение на:

• богатые руды (содержание железа больше 50 %);
• рядовые (25-50 %);
• бедные (железа меньше 25 %).

Другой подход к классификации руды – по составу. Обычно она представляет собой:

• гидраты окисей;
• окиси железа;
• углекислые соли закиси железа.

Для полноты сведений о рудах стоит назвать основные из них:

• магнитный железняк;
• красный железняк;
• бурый железняк;
• шпатовый железняк.

Месторождения железа широко распространены по миру. Для нужд промышленности в первую очередь используются богатые руды, но и остальные применяются вполне успешно. Правда, для этого они проходят цикл обогащения, включающий в себя ряд операций (размельчение, промывка, продувка, обжиг), в результате которых в исходном сырье повышается концентрация железа и уменьшается содержание пустой породы и примесей.

Что получают из железной руды?

Самый простой ответ – железо – хоть и будет правильным, но не является полным. Это имело место на первом этапе, когда люди только начинали понимать суть металла.

О разновидностях железа

Прежде всего надо сказать, что железо – ковкий металл серебристого цвета, легко реагирующий с другими элементами, в частности с кислородом. Его обозначение – Fe. Фактически железо в промышленности в чистом виде не используется, а применяется в основном как сплав, в первую очередь с углеродом (С). По его содержанию говорят о:

• чистом железе, С< 0,8 %;
• стали, когда С < 2,1 %;
• чугуне, при содержании C > 2,14 %.

Так вот, основным продуктом плавки в современной черной металлургии является чугун, из которого в дальнейшем получается сталь. И она, и чугун часто используются в качестве исходного материала в самых различных областях хозяйства. Но все-таки если посмотреть на исторический процесс, то первым было железо.

Сыродутный способ получения железа

В данном случае очень часто сырьем являлась болотная руда, широко распространенная по всей территории Европы. Это позволяло получать металлическое оружие, орудия производства и хозяйственную утварь практически повсеместно, что значительно ускорило развитие общества, а также открыло путь к освоению новых, недоступных ранее территорий.

Суть самого процесса достаточно проста – в глиняную печь, напоминающую небольшой цилиндр диаметром около метра, сверху слоями засыпали руду и древесный уголь. Сбоку были предусмотрены отверстия (фурмы) для подачи воздуха с помощью мехов. Печь разжигали и начинали плавку руды, постоянно вдувая в печь воздух.

Особенностью технологии были:

• подача холодного, «сырого» воздуха, отчего и пошло название процесса;
• достаточно низкая температура плавки, примерно 950 °С.

В результате получался спекшийся кусок смеси железа и шлаков, называемый крицей. Его проковывали для удаления всего мусора, и в итоге оставалось чистое железо. В дальнейшем из него изготавливалась хозяйственная утварь, или металл использовали как заготовку для получения стали. Технологии этого были разные. Многим знакомы такие слова, как харалуг или уклад (предметы, сделанные из определенного материала): они означали стальное оружие, только способы его производства в каждом случае были свои.

Чугун и его передел

Сыродутное производство отличалось малым выходом готового продукта и большим количеством сырья, уходившего в отходы (шлак). В конце концов в металлургии широко стала применяться другая технология, заключающаяся в том, что из железной руды сначала получали чугун, а потом из него – сталь. Для этого необходимо было построить специальные печи, так называемые домны, в которых и происходила плавка сырья.

При подобном подходе развивалась температура порядка 1500 °С, в результате чего руда полностью расплавлялась, окислы Fe, входящие в ее состав, восстанавливались до чистого металла, и он насыщался углеродом. Получался чугун, сплав Fe с C. Обычно 90 % жидкого чугуна отправляется на передел, т. е. после его обработки по специальной технологии в нем уменьшается содержание углерода, результатом чего будет образование стали.

Ее качество регулируется содержанием в составе С, а также специальных легирующих добавок, хрома, ванадия и других, придающих готовому металлу необходимые свойства.

Освоение выплавки железа дало человеку те инструменты, оружие, которые позволили значительно расширить его возможности. Однако первоначальный способ оказался не совсем удобным и требовал слишком большого расхода сырья. Поэтому со временем была принята другая технология, когда из железной руды получают чугун, а уж из него – сталь с необходимыми характеристиками.

Cтраница 1

Переработка железных руд осуществляется несколькими последовательными процессами: сначала из руды выплавляют чугун, затем его перерабатывают, получая сталь и ковкое железо.  

Переработка железной руды производится в специальных шахтных печах, называемых доменными, поэтому процесс получения чугуна из железных руд называется доменным процессом. Железная руда, кокс и флюс в требуемых количествах подаются в засыпное устройство в верхней части доменной печи. Снизу в домну поступает воздух, предварительно нагретый в воздухонагревателях. В результате сложного химического взаимодействия между рудой, флюсом, топливом и кислородом воздуха образуются чугун и шлак. Чугун стекает в нижнюю часть печи, откуда через летку выпускается в ковш.  

Схема доменного процесса.

Переработка железных руд осуществляется несколькими последовательными процессами: сначала из руды выплавляют чугун, натем часть его перерабатывают, получая сталь и ковкое железо.  

При переработке железных руд получают чугун - сплав железа с углеродом (2 - 5 % углерода), твердую сталь - железоуглеродистый сплав (0 2 - 2 % углерода) и мягкую сталь (железо), содержащую меньше 0 2 % углерода.  

При переработке железных руд получается чугун - сплав железа с углеродом, содержащий от 1 7 до 5 % углерода и примеси серы, кремния, фосфора, марганца и некоторых других элементов. Благодаря высокому содержанию углерода чугун не обладает ковкостью и тягучестью.  

При переработке цинксодержа-щих железных руд на ряде предприятий черной металлургии при очистке газов доменного и мартеновского производства образуются шла-мы, которые складируются на больших земельных площадях. Высокое содержание в них цинка и железа (до 13 и 35 % соответственно) делает их ценным сырьем, использование которого в народном хозяйстве требует разработки экономически целесообразных схем комплексной переработки.  

Двухстадийный процесс переработки железной руды в сталь путем получения чугуна в домнах и выплавки из него стали в конвертерах, мартеновских и электросталеплавильных печах требует повышенных энергозатрат и экологически несовершенен, особенно стадия доменного производства чугуна. Поэтому шире начали использовать более экономичные процессы прямого восстановления железа из руд с последующей его плавкой в электропечах для получения стали.  

Технологический процесс переработки железной руды, угля, известняка и углеводородных топлив в конечный продукт может быть разбит на 3 - 4 основные стадии, которые осуществляются раздельно с получением определенного продукта, на следующей стадии перерабатываемого в продукт нового вида. Различные стадии процесса могут проходить в одной технологической установке.  

Доменные печи предназначены для переработки железной руды в чугун. В засыпное устройство, расположенное в верхней части печи, подают агломерат, кокс, флюсы при помощи специального подъемника, оборудованного скиповыми тележками, которые перемещаются по наклонному мосту.  

Во вращающихся печах возможна переработка различных железных руд, в том числе высококремнеземистых комплексных руд, пиритных огарков, колошниковой пыли, шлаков. В качестве восстановителей могут использоваться коксовая и угольная мелочь, буроугольный полукокс и другие виды низкосортного топлива.  

Металлургические фосфатные шлаки, образующиеся при переработке высокофосфористых железных руд, являются дополнительным источником фосфорных удобрений. В этом отношении они представляют интерес как щелочные удобрения, отличающиеся высокой агрохимической эффективностью на кислых дерново-подзолистых почвах.  

Намечается значительное увеличение их выпуска на базе переработки фосфористых железных руд Керченского, Кустанайского, Ангарского месторождений. Развивается также отечественное производство обесфторенных фосфатов.  

Новый этап в разведывании, добыче и переработке железных руд начался в 30 - х годах, когда голландский купец А. Д. Виниус, получив царскую жалованную грамоту на мельницы и всякое железное дело, приступил к строительству первых в стране вододействующих железоделательных заводов под Тулой, в 40 верстах от ранее разведанного Деди-ловского железорудного массива.