Для чего используют железную руду

Состав и свойства железной руды

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.

Железосодержащие минеральные соединения классифицированы по происхождению:

• 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.

Железная руда: что из нее делают в современной промышленности?

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.

Все они содержат разное количество железа (26–70%), вредные примеси в виде серы или фосфора и пустую породу.

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:

Что делают из железной руды?

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.

Железная руда

Железная руда — это горная порода, в состав которой входит естественное скопление разных минералов и обязательно, в том или ином соотношении, присутствует железо, которое можно выплавить из руды. Компоненты, входящие в состав руды могут быть самыми разнообразными. Чаще всего, она содержит следующие минералы: гематит, мартит, сидерит, магнетит и другие. Количественное содержание железа, содержащееся в руде, неодинаковое, в среднем оно колеблется от 16 до 70 %.

В зависимости от количества содержания железа в руде, ее делят на несколько типов. Железная руда, содержащая в себе более 50 % железа, называется богатой. Обычные руды в свой состав включают не менее 25 % и не более 50 % железа. Бедные руды имеют небольшое содержание железа, оно составляет всего лишь четвертую часть от общего количества химических элементов, входящих в общее содержание руды.

Из железных руд, в которых находится достаточное содержание железа, выплавляют чугун, для этого процесса ее чаще всего обогащают, но могут использовать и в чистом виде, это зависит от химического состава руды. Для того чтобы произвести сталь, необходимо точное соотношение определенных веществ. Это влияет на качество конечного продукта. Из руды могут выплавлять и использовать по назначению и другие элементы.

В целом, все месторождения железных руд разделяют на три главные группы, это:

• магматогенные месторождения (образованные под воздействием высоких температур);
• экзогенные месторождения (образованные в результате отложения осадков и выветривания горных пород);
• метаморфогенные месторождения (образованные в результате осадочной деятельности и последующего влияния высокого давления и температуры).

Эти основные группы месторождений могут в свою очередь подразделяться еще на некоторые подгруппы.

Россия очень богата месторождениями железной руды. На ее территории содержится более половины общемировых залежей железной породы. К наиболее обширному месторождению относится Бакчарское месторождение. Это один из самых крупных источников залежей железных руд не только на территории Российской Федерации, но и во всем мире. Данное месторождение располагается в Томской области в районе рек Андромы и Иксы.

Залежи руды были здесь обнаружены в 1960 году, во время поиска нефтяных источников. Месторождение раскинулось на весьма обширную площадь, составляющую 1600 кв. метров. Залежи железной руды располагаются на глубине 200 метров.

Бакчарские железные руды богаты железом на 57 %, они также включают в свой состав и другие полезные химические элементы: фосфор, ванадий, золото, платину, палладий. Объем железа в обогащенной железной руде доходит до 97 %. Общий же запас руды на данном месторождении исчисляется в 28,7 миллиардах тонн. Для добычи и разработки руды от года к году усовершенствуются технологии. Карьерную добычу предполагают заменить скважинной.

В Красноярском крае, примерно в 200 км от города Абакана, в западном направлении, размещается Абагасское месторождение железной руды. Преобладающий химический элемент, входящий в состав здешних руд – это магнетит, его дополняет мушкетовит, гематит, пирит. Общий состав железа в руде не так уж велик и составляет 28 %. Активные работы по добыче руды на данном месторождении ведутся с 80-х годов, несмотря на то, что открыто оно было еще в 1933 году. Месторождение состоит из двух частей: Южной и Северной. Каждый год в этом месте добывают в среднем чуть более 4 млн. тонн железной руды. Общее количество запасов железных руд на Абасском месторождении составляет 73 млн. тонн.

В Хакассии, недалеко от города Абаза в районе Западного Саяна, разработано Абаканское месторождение. Открыто оно было в 1856 году, и с тех пор добыча руды ведется регулярно. За период с 1947 по 1959 года на Абаканском месторождении были возведены специальные предприятия по добыче и обогащению руд. Первоначально добычу вели открытым способом, а позднее перешли на подземный способ, устроив 400-метровую шахту. Местные руды богаты магнетитом, пиритом, хлоритом, кальцитом, актинолитом, андезитом. Содержание железа в них составляет от 41,7 до 43,4 % с добавлением серы и цинка. Уровень ежегодной добычи в среднем равен 2,4 млн. тонн. Общий запас залежей составляет 140 млн. тонн. В Абазе, Новокузнецке и Абакане расположены центры добычи и переработки железной руды.

Курская магнитная аномалия славится своими богатейшими залежами железной руды. Это крупнейший железный бассейн во всем мире. Здесь залегает более 200 миллиардов тонн руды. Эта сумма является весомым показателем, ведь она составляет половину запасов железной руды на всей планете в целом. Располагается месторождение на территории Курской, Орловской и Белгородской областей. Ее границы простираются в пределах 160 000 кв. км, включая в себя девять центральных и южных областей страны. Магнитная аномалия была обнаружена здесь очень давно, еще в XVIII веке, но более обширные залежи руды стало возможным обнаружить только в прошлом веке.

Богатейшие запасы железной руды начали активно добывать здесь только в 1931 году. В этом месте хранится запас железной руды, равный 25 миллиардам тонн. Содержание железа в ней колеблется от 32 до 66 %. Добыча ведется и открытыми, и подземными способами. Курская магнитная аномалия включает в свой состав Приоскольское и Чернянское месторождение железной руды.