Железная руда — свойства, происхождение, добыча и применение

В общем понимании железные руды — это естественные минеральные образования, в состав которых входит железо и его соединения в таком количестве, когда промышленное получение железа из состава выгодно. Руда может называться железной, если на этот металл приходится большее количество от массы всего образования. Самый большой объем выработки приходится на магнитный железняк.

Химический состав

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

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

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

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

Химический состав железных руд

Состав железных руд крупных месторождений

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

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

Образование породы

Если рассматривать железо в качестве химического элемента, то оно входит в состав различных горных пород. Однако не все они используются в качестве сырья для добычи. Железной рудой принято называть лишь те минеральные образования, в которых содержится определенное количество минерала и его извлечение оправдано с экономической точки зрения. В природе железо распространено в виде соединений с различными веществами.

Впервые люди начали заниматься добычей железной руды более двух тысячелетий назад. Благодаря этому появилась возможность производить более прочные металлические изделия в сравнении с медными. В зависимости от происхождения, все минералы, содержащие железо, принято классифицировать на 3 группы:

• Метаморфогенные образования. Появились на месте старых осадочных месторождений под воздействием высокой температуры и давления.
• Экзогенные. Сформировались в долинах рек, благодаря воздействию ветра и воды на горные породы.
• Магматогенные. Были созданы в результате высокотемпературного воздействия.

Следует заметить, что эти группы делятся на большое количество подвидов.

Типы железных руд

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

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

Физическое состояние данного оксида может варьироваться от порошкообразного до плотного.

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

Бурый железняк

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

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

Шпатовый железняк

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

Особенности добычи

Разработка месторождений может проводиться открытым или подземным способом. Второй метод наносит меньший ущерб природе, но при этом является более трудоемким. Добытую породу доставляют на комбинат, где сырье необходимо предварительно измельчить. Затем руда обогащается, железо отделяется от других элементов.

Эта процедура может проводиться несколькими способами:

• Гравитационная сепарация. Куски породы обладают различной плотностью и распадаются под механическим воздействием, например, в результате вибрации.
• Флотация. Мелкоизмельченное сырье помещается в специальную камеру, в которую затем подается воздух и рабочая жидкость. Частички железа соединяются с воздушными пузырьками и поднимаются.
• Магнитная сепарация. Полезный минерал оттягивается с помощью магнитов.
• Комбинированный. Для отделения железа от пустой породы используется сразу несколько способов.

Полученный рудной концентрат затем отправляется на металлургический комбинат.

Отрасли применения

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

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

Чугун, сталь и различные другие сплавы железа используются в:

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

Область использования

Сфера применения руды ограничена металлургическим производством. Она является основным сырьем для производства чугуна и различных сплавов. Таким образом, из руды делают различные металл. Однако еще 2 тысячи лет назад люди поняли, что в чистом виде железо незначительно превосходит бронзу в твердости. В результате был открыт сплав железа и углерода, который называется сталь или чугун. В первом типе материала содержится 0,1−2,14% углерода.

Следует заметить, что длительное время чугун не использовался для производства предметов. Металлурги прошлого считали его браком из-за низкой пластичности. Лишь после изобретения пушек этот материал начали применять для производства ядер. Сегодня ситуация серьезно изменилась, и чугун используется в различных областях. Лидером в черной металлургии является Китай. Эта страна значительно превосходит другие государства в производстве чугуна и сталей. При этом ведущими экспортерами являются Австралия и Бразилия.

Мировой экономике требуется все больше сырья, и во многих странах месторождения железной руды активно разрабатываются. Однако развитые государства зачастую предпочитают сократить объем собственного производства, предпочитая экспортировать относительно недорогой материал. Хотя мировые запасы железа и кажутся огромными, они все же не являются неисчерпаемыми.

Месторождения железной руды

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

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

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

Крупнейшие месторождения железных руд в России

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

Крупнейшие залежи

В России больше запасов руды, чем в других странах. Залежи расположены в разных регионах. Курская магнитная аномалия — это гигантский район всемирного масштаба, в котором добывается руда. На этой территории действуют несколько больших месторождений.

Другие места, богатые такими минералами:

• Урал.
• Карелия.
• Кольский рудный район.
• Западная Сибирь.

Перечислим большие месторождения, находящиеся на территории других стран:

• Австралия.
• Канада.
• ЮАР.
• Индия.
• Швеция.
• Китай.

На территории Украины тоже много запасов руды. Перечислим месторождения:

• Криворожское.
• Белорецкое.
• Кременчугское.

В некоторых в залежах минералы не содержат много железа, в них присутствует большое количество вредных примесей. На территории Украины есть месторождения с высококачественной рудой.

В залежах Венесуэлы содержится 68% железа. Больше 10 млн. тонн находится в Бразилии. На территории Соединенных Штатов Америки добываются железистые кварциты, которым необходимо обогащение для улучшения качественных характеристик.

Используются разные методы извлечения сырья:

1. Для открытого способа вся эксплуатируемая техника должна быть расположена возле месторождения. Создается карьер глубиной до 500 м, такой метод добычи используется, когда ископаемые залегают не слишком глубокую.
2. Закрытый метод добычи применяется наиболее часто. Технология подразумевает создание шахт глубина которых достигает 1 км. Руда добывается с помощью специальной техники. Закрытый метод требует больших затрат ресурсов и может быть сопряжен с риском.

Руда транспортируется на грузоподъемных машинах к месту переработки. Из этих ископаемых добывается железо в процессе термообработки температура плавления составляет 1500 градусов. В минералах могут содержаться разные примеси. После переплавки в доменных печах изымается железо и разливается по емкостям. В процессе термообработки шлаки отделяются.

Перечислим мировых лидеров по добыче железной руды:

• BHP Billiton – австралийско-британская организация.
• Vale S. A – бразильское предприятие
• Rio Tinto – транснациональный конгломерат.

Добыча руды производится во многих странах. В распоряжении этих компаний электростанции, заводы по переработке сырья и производству стали. Организации владеют собственными средствами для транспортировки, диктуют стоимость минералов во всем мире.

Импорт и экспорт

Несмотря на то, что многие страны добывают руды, это не значит, что они не закупают его извне. Огромное количество полезного ископаемого из России и Бразилии поставляется в Китай, так как качество сырья там немного ниже, что сказывается на металлургической промышленности. К тому же потребности в железе иногда не равносильны, и его не хватает, для реализации всех планов.

Больше всего полезных ископаемых с высоким содержанием железа экспортируется из Индии, Бразилии и Австралии. Это можно объяснить сниженными потребностями стран в этом сырье и его высоким качеством, благодаря чему переработка железа требует меньше ресурсов.

Классификация

Железные руды классифицируются по целому ряду признаков.

Читайте также: Как поделиться Инстаграмом

Прежде всего, наиболее важным фактором в экономическом отношении является процентное содержание железа. Поэтому руды подразделяются на ряд типов:

• Богатые – содержание полезного минерала превышает 50%.
• Обычные руды имеют в своём составе 25 — 50% железа.
• Небогатое железом сырьё не располагает значительным количеством железа. Его в них не более 25%. Именно поэтому такие руды и носят название бедных.

Что касается химического состава, то в основном это – разнообразные соединения железа с кислородом, водой и углеродом, встречающиеся в природе в виде:

• бурых железняков – лимонитов,
• магнитных железняков – магнетитов,
• красных железняков – гематитов,
• шпатовых железняков – сидеритов.

Железосодержащие месторождения обычно располагают следующими видами руд:

Методы обогащения горной породы

Процедуре обогащения в любом случае предшествует измельчение сырья. На следующем этапе проводится непосредственно обогащение по одной из методик:

• гравитационная сепарация,
• магнитная сепарация,
• флотация,
• комплексная методика.

Наибольшее практическое применение получил вариант гравитационной сепарации. Он отличается минимальной себестоимостью. Для реализации требуются такие машины, как центробежная машина, виброплощадка, спираль.

Благодаря наличию у веществ магнитных свойств, работает вариант магнитной сепарации. Она актуальна в случаях, когда остальные оказываются неэффективными.

На практике чаще требуется комплексное воздействие на руду посредством сразу нескольких способов обогащения.