Состав и свойства железной руды. Железные руды

Прямо посередине карьера стоит гора с пустой породой, вокруг которой добыли всю руду содержащую железо. В скором времени планируется ее взорвать по частям и вывезти из карьера.

Сперва расскажу про сам карьер. Лебединский ГОК — является крупнейшим российским предприятием по добыче и обогащению железной руды и имеет самый крупный в мире карьер по добыче железной руды. Комбинат и карьер расположены в Белгородской области, между городами Старый Оскол и Губкин. Вид на карьер сверху. Он действительно огромный и разрастается с каждым днем. Глубина карьера Лебединского ГОКа — 250 м от уровня моря или 450 м – от поверхности земли (а диаметр – 4 на 5 километров), в него постоянно просачиваются подземные воды, и если бы не работа насосов, то он заполнился до самого верха за месяц. Он дважды занесен в книгу рекордов Гиннеса как крупнейший карьер по добыче негорючих полезных ископаемых.

Немного официальной информации: Лебединский ГОК входит в концерн «Металлоинвест» и является лидирующим производителем железорудной продукции в России. В 2011 году доля производства концентрата комбинатом в общем годовом объеме производства железорудного концентрата и аглоруды в России составила 21%. В карьере работает много всевозможной техники, но самая заметная конечно же многотонные самосвалы «Белаз» и «Caterpillar».

В год оба комбината входящих в компанию (Лебединский и Михайловский ГОК) производят около 40 млн. тонн железной руды в виде концентрата и аглоруды (это не объем добычи, а обогащенная уже руда, то есть отделенная от пустой породы). Таким образом выходит, что в день на двух ГОКах производится в среднем около 110 тысяч тонн обогащенной железной руды. Этот малыш за один раз перевозит до 220 тонн (!) железной руды.

Экскаватор дает сигнал и он аккуратно дает задний ход. Всего несколько ковшов и кузов гиганта заполнен. Экскаватор еще раз дает сигнал и самосвал отъезжает.

Недавно были закуплены «Белазы» грузоподъемностью 160 и 220 тонн (до сих пор грузоподъемность самосвалов в карьерах была не больше 136 тонн), и ожидается поступление экскаваторов «Хитачи» с емкостью ковша 23 куб.м. (в настоящее время максимальная емкость ковша карьерных экскаваторов составляет 12 куб.м.).

«Белаз» и «Caterpillar» чередуются. Импортный самосвал перевозит кстати всего 180 тонн. Самосвалы такой большой грузоподъемности – это новая техника, в настоящее время поступающая на ГОКи в рамках инвестпрограммы «Металлоинвеста» по повышению эффективности горно-транспортного комплекса.

Интересная фактура у камней, обратите внимание. Если не ошибаюсь слева кварцит, из такой руды добывают железо. Карьер полон не только железной руды, но и различными минералами. Они, в основном, не представляют интереса для дальнейшей переработки в промышленных масштабах. Сегодня из пустой породы получают мел, а также делают щебень для строительных целей.

Ежесуточно в карьере Лебединского ГОКа работает 133 единицы основной горной техники (30 большегрузных самосвалов, 38 экскаваторов, 20 бурстанков, 45 тяговых агрегатов).

Я конечно надеялся увидеть зрелищные взрывы, но даже если бы они проходили в этот день, мне все равно не удалось бы проникнуть на территорию карьера. Такой взрыв делают один раз в три недели. Вся техника по нормам безопасности (а ее немало) перед этим выводится из карьера.

Лебединский ГОК и Михайловский ГОК – два крупнейших комбината по добыче и переработке железной руды в России по объему выпускаемой продукции. Компания «Металлоинвест» обладает вторыми по величине в мире разведанными запасами железной руды - около 14,6 млрд тонн по международной классификации JORС, что гарантирует около 150 лет эксплуатационного периода при текущем уровне добычи. Так что жители Старого Оскола и Губкина надолго будут обеспечены работой.

Наверное заметили по предыдущим фотографиям, что погода была неважная, шел дождь, а в карьере стоял туман. Ближе к отъезду он слегка рассеялся, но все равно не сильно. Вытянул фото насколько возможно. Размеры карьера конечно впечатляют.

Железную руду загружают тут же в жд составы, в специальные усиленные вагоны, которые вывозят руду из карьера, они называются думпкары, их грузоподъемность – 105 тонн.

Геологические пласты, по которым можно изучать историю развития Земли.

Гигантские машины с высоты обзорной площадки кажутся не больше муравья.

Затем руду везут на комбинат, где происходит процесс отделения пустой породы методом магнитной сепарации: руду дробят мелко, потом отправляют на магнитный барабан (сепаратор), к которому в соответствии с законами физики все железное прилипает, а не железное – смывается водой. После этого из полученного железорудного концентрата делают окатыши и горячебрикетированное железо (ГБЖ), которое затем используется для выплавки стали. Горячебрикетированное железо (ГБЖ) - один из видов прямовосстановленного железа (ПВЖ). Материал с высоким (>90 %) содержанием железа, полученный по технологии, отличной от доменного передела. Используется в качестве сырья для производства стали. Высококачественный (с малым количеством вредных примесей) заменитель чугуна, металлолома. В отличие от чугуна, в производстве ГБЖ не используется угольный кокс. Процесс производства брикетированного железа базируется на обработке железорудного сырья (окатышей) высокими температурами, чаще всего, посредством природного газа.

Внутрь завода ГБЖ просто так не зайдешь, потому что процесс выпекания горячебрикетированных пирожков проходит при температуре около 900 градусов, а загорать в Старом Осколе у меня не входило в планах).

Лебединский ГОК — единственный производитель ГБЖ в России и СНГ. Комбинат начал производство этого вида продукции в 2001 году, запустив цех по производству ГБЖ (ЦГБЖ-1) с применением технологии HYL–III мощностью 1,0 миллион тонн в год. В 2007 году ЛГОК завершил строительство второй очереди цеха по производству ГБЖ (ЦГБЖ-2) с использованием технологии MIDREX с производственной мощностью 1,4 миллиона тонн в год. В настоящее время производственная мощность ЛГОКа составляет 2,4 миллиона тонн ГБЖ в год.

После карьера мы посетили Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК) входящий в Металлургический сегмент компании. В одном из цехов комбината производят вот такие стальные заготовки. Их длина может достигать от 4 до 12 метров, в зависимости от желания заказчиков.

Видите сноп искр? В том месте отрезается брусок стали.

Интересная машина с ковшом, называется бадьевоз, в него сливают шлак в процессе производства.

В соседнем цехе ОЭМК обтачивают и полируют стальные пруты разного диаметра, прошедшие прокат в другом цехе. Кстати, это комбинат — седьмое по величине предприятие в России по производству стали и стальной продукции.В 2011 году доля производства стали на ОЭМК составила 5 % от общего объема стали, производимой в Роcсии, доля производства проката также составила 5%.

ОЭМК применяет передовые технологии, включая технологию прямого восстановления железа и электродуговой плавки, что обеспечивает производство металла высокого качества, с уменьшенным содержанием примесей.

Основными потребителями металлопродукции ОЭМК на российском рынке являются предприятия автомобильной, машиностроительной, трубной, метизной и подшипниковой промышленности.

Металлопродукция ОЭМК экспортируется в Германию, Францию, США, Италию, Норвегию, Турцию, Египет и многие другие страны.

Комбинатом освоено производство сортового проката для изготовления изделий, используемых ведущими мировыми автомобилестроителями.

Кстати, не первый раз замечаю на подобных производствах женщин — крановщиц.

На этом заводе чуть ли не стерильная чистота, не характерная для подобных производств.

Нравятся сложенные аккуратно стальные пруты.

По требованию заказчика на каждое изделие клеится стикер.

На стикере проштамповывается номер плавки и код марки стали.

Противоположный конец может маркироваться краской, а к каждому пакету к готовыми изделиями крепятся бирки с номером контракта, страны назначения, марки стали, номера плавки, размера в миллиметрах, наименования поставщика и веса пакета.

Эти изделия — эталоны, по которым настраивается оборудование для точной прокатки.

А этот станок может просканировать изделие, и выявить микротрещины и дефекты до того, как металл попадет к заказчику.

На предприятии серьезно относятся к технике безопасности.

Вся вода, используемая в производстве очищается совсем недавно установленным суперсовременным оборудованием.

Это установка очистки сточных вод комбината. После обработки она чище, чем в реке, куда ее сбрасывают.

Вода техническая, почти дистиллированная. Как и любую техническую воду ее пить нельзя, но один раз можно попробовать, это не опасно для здоровья.

На следующий день мы поехали в Железногорск, находящийся в Курской области. Именно там находится Михайловский ГОК. На снимке — строящийся комплекс обжиговой машины №3. Здесь будут производить окатыши.

В его строительство будет инвестировано 450 млн. долларов. Предприятие будет построено и пущено в эксплуатацию в 2014 г.

Это макет комбината.

Затем мы поехали на карьер Михайловского ГОКа. Глубина карьера МГОКа — более 350 метров от поверхности земли, а его размер – 3 на 7 километров. На его территории на самом деле три карьера, это можно видеть на снимке со спутника. Один большой и два поменьше. Примерно через 3-5 лет карьер разрастется настолько, что станет одним большим единым, и возможно догонит по размерам Лебединский карьер.

В карьере задействовано 49 самосвалов, 54 тяговых агрегата, 21 тепловоз, 72 экскаватора, 17 буровых станков, 28 бульдозеров и 7 автогрейдеров. В остальном добыча руды на МГОКе не отличается от ЛГОКа.

В этот раз нам все-таки удалось попасть на комбинат, где железнорудный концентрат превращают в конечный продукт — окатыши.. Окатыши - комочки измельчённого рудного концентрата. Полуфабрикат металлургического производства железа. Является продуктом обогащения железосодержащих руд специальными концентрирующими способами. Используется в доменном производстве для получения чугуна.

Для производства окатышей используют железорудный концентрат. Для удаления минеральных примесей исходную (сырую) руду мелко измельчают и обогащают различными способами. Процесс изготовления окатышей часто называют «окомкование». Шихта, то есть смесь тонко измельчённых концентратов железосодержащих минералов, флюса (добавок, регулирующих состав продукта), и упрочняющих добавок (обычно это бентонитовая глина), увлажняется и подвергается окомкованию во вращающихся чашах (грануляторах) или барабанах-окомкователях. Они самые на снимке.

Подойдем поближе.

В результате окомкования получают близкие к сферическим частицы диаметром 5÷30 мм.

Довольно интересно наблюдать за процессом.

Затем окатыши по ленте направляются в корпус обжига.

Они высушиваются и обжигаются при температурах 1200÷1300° C на специальных установках - обжиговых машинах. Обжиговые машины (обычно конвейерного типа) представляют собой конвейер из обжиговых тележек (палет), которые движутся по рельсам. Но на снимке — концентрат, который вскоре попадет в барабаны.

В верхней части обжиговой машины над обжиговыми тележками располагают отопительный горн, в котором происходит сжигание газообразного, твердого или жидкого топлива и формирование теплоносителя для сушки, нагревания и обжига окатышей. Различают обжиговые машины с охлаждением окатышей непосредственно на машине и с выносным охладителем. Этого процесса к сожалению мы не увидели.

Обожжённые окатыши приобретают высокую механическую прочность. При обжиге удаляется значительная часть сернистых загрязнений. Так выглядит готовый к употреблению продукт).

Несмотря на то, что оборудование служит с советских времен, процесс автоматизирован, и для контроля за ним не нужно большого количества персонала.

Железо является распространенным в природе элементом. Его содержание в земной коре составляет 4,2%. Больше содержится в ней только кислорода 49,7%, кремния 26% и алюминия 7,45%.

Рудными ископаемыми или рудами называются такие минеральные массы из которых экономически целесообразно извлечение металлов или необходимого элемента. В соответствии с этим железными рудами называются горные породы из которых экономически целесообразно выплавлять железо. Постоянное изменение экономических условий вследствие развития методов обогащения руд, снижение стоимости их перевозки изменяет представление о железной руде, так как нижний предел содержания в ней железа все время снижается.

Промышленном месторождением руд считается такое скопление руд, которое экономически целесообразно разрабатывать. Экономичность этой разработки возрастает с увеличением мощности месторождения, поскольку вкладывать средства в строительство например шахт или карьеров, жилья, комуникаций, целесообразно только при достаточно длительной эксплуатации месторождения. Опыт показывает, что эксплуатация железорудного месторождения целесообразна и имеет устойчивую перспективу при запасах около 250-500 млн. тонн.

Руда состоит из рудного и рудообразующего минерала, пустой породы и примесей. Извлекаемый элемент находится в рудном минерале.

Рудные минералы железных руд представляют собой оксиды, карбонаты железа и некоторые другие соединения. Главные из них описаны ниже.

Имеет хический состав Fe 2 O 3 - безводный оксид железа. Гематит содержит 70% железа. Образованная гематитом руда называется красным железняком и является самым распространенным типом руды. Он обычно характеризуется высоким содержание железа и малым содержанием вредных примесей. Типичным месторождением гематитовых руд является Криворожское.

Рисунок 1 - Общий вид минерала гематита

Имеет химический состав Fe 3 O 4 - магнитный оксид железа, содержащий 72,4% железа. Отличается от других минералов промышленных железных руд магнитными свойствами, которые теряются при нагреве свыше 570 о С. Магнетит представляет собой смешанный оксид железа FeO*Fe 2 O 3 . Руды образованные магнетитом называются магнитными железняками или магнетитами. Они менее распространены, чем гематиты, характеризуются высоким содержанием железа, пониженной восстановимостью, часто сопровождающиеся серой.

Рисунок 2 - Вид минерала магнетита

Водные оксиды железа - Fe 2 O 3 *nH 2 O - в зависимости от значения n образуют различные виды оксидов, но все образуемые ими руды называют бурыми железняками . Различают такие водные оксиды железа:

n=0,1 - гидрогематит
n=1 - гетит
n=1,5 - лемонит и др.

Наиболее часто встречаются бурые железняки на основе лимонита - 2Fe 2 O 3 *3H 2 O которые называют лимонитовыми.

Бурые железняки характеризуются пониженным содержанием железа, рыхлые, часто сопровождаются марганцем, фосфором, обладают высокими пористостью и восстановимостью.

Рисунок 3 - Бурый железняк на основе лимонита

Сидерит - имеет химический состав FeCO 3 - карбонат железа. Содержит 48,2% железа. Образованная сидеритом руда называется шпатовым железняком, или сидеритом. При значительных количествах примесей глины может называться глинистым железняком. Сидериты распространены гораздо меньше чем другие руды. Характеризуются высокой восстановимостью, низким содержанием железа из-за незначительного его содержания в рудном минерале и большого количества пустой породы. Под воздействием влаги и кислорода атмосферы сидериты могут переходить в бурые железняки, так как оксид железа (II) в молекуле FeO*CO 2 окисляется и поглощает влагу. Поэтому встречаются месторождения, в которых верхние слои руды являются бурыми железняками, а нижние коренные сидеритами.

Рисунок 4

Имеет химический состав FeTiO 3 - железная соль титановой кислоты. Ильменит содержит 36,8% железа и 31,8% титана. Встречается всегда в сростках с обычным магнетитом, т.е. в виде FeTiO 3 *Fe 3 O 4 . Образуемые ильменитом руды называются титаномагнетитами.

Рисунок 5 - Общий вид минерала ильменита

Титаномагнетит является плотной трудновосстановимой рудой, которая дает густые и тугоплавкие титансодержащие шлаки. Обладает магнитными свойствами и хорошо обогащается магнитной сепарацией. Часто сопровождается ваннадием.

Сульфид железа FeS 2 в природе находится ввиде минерала пирита или серного колчедана. Он содержит 46,6% железа. Пирит железные руды не образуют. Он используется в химической промышленности, где его сжигают для отделения серы. Железо при этом окисляется и в виде пиритных огарков применяется в производстве агломерата.

Железная руда стала добываться человеком много веков назад. Уже тогда стали очевидными преимущества использования железа.

Найти минеральные образования, содержащие железо, довольно легко, так как этот элемент составляет около пяти процентов земной коры. В целом, железо является четвертым по распространенности элементом в природе.

В чистом виде найти его невозможно, железо содержится в определенном количестве во многих типах горных пород. Наибольшее содержание железа имеет железная руда, добыча металла из которой является наиболее экономично выгодным. От ее происхождения зависит количество содержащегося в ней железа, нормальная доля которого в составе около 15%.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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

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:

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.
Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
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.

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.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

Промывка.

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

Гравитационная очистка.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

Магнитная сепарация.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

Флотация.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

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.

Железная руда представляют собой особое минеральное образование, включающее железо, а также его соединения. Руду считают железной в том случае, если она содержит этот элемент в достаточных объемах для того, чтобы было экономически выгодно его извлекать.

Основной разновидностью железной руды является Он содержит почти 70% окиси и закиси железа. Эта руда имеет черный или серо-стальной цвет. Магнитный железняк на территории России добывают на Урале. Встречается он в недрах Высокая, Благодать и Качканар. На территории Швеции его находят в окрестностях Фалуня, Даннемора и Гелливара. В США - это Пенсильвания, а в Норвегии - Арендаль и Персберг.

В черной металлургии железорудную продукцию разделяют на три вида:

Сепарированную железную руду (с низким содержанием железа);

Аглоруду (со средним содержанием железа);

Окатыши (сырую железосодержащую массу).

Морфологические типы

Богатыми считаются такие залежи железной руды, которые содержат более 57% железа в своем составе. К бедным рудам относят те, в которых не менее 26% железа. Ученые разделили железную руду на два морфологических типа: линейный и плоскоподобный.

Железная руда линейного типа представляет собой рудные клиновидные тела в зонах изгибов и земных разломов. Данный тип отличается особенно большим содержанием железа (от 50 до 69%), но сера и фосфор в такой руде содержится в небольшом количестве.

Плоскоподобные залежи встречаются на вершинах пластов железистых кварцитов, которые представляют собой типовую кору выветривания.

Железная руда. Применение и добыча

Богатая железная руда применение находит для получения чугуна и в основном идет на выплавку в конвертерное и мартеновское производство или же непосредственно на восстановление железа. Небольшое количество используется как природная краска (охра) и утяжелитель глинистых

Объем мировых запасов разведанных месторождений составляют 160 млрд. тонн, а железа в них содержится около 80 млрд. тонн. Железная руда найдена на Украине, а самыми крупными запасами чистого железа обладают Россия и Бразилиия.

Объемы мировой добычи руды растут с каждым годом. В большинстве случаев железная руда добывается открытым методом, суть которого заключается в том, что всю нужную технику доставляют к месторождению, и там же строят карьер. Глубина карьера составляет в среднем около 500 м, а его диаметр зависит от особенностей найденного месторождения. После этого при помощи специального оборудования добывают железную руду, складывают на машины, приспособленные для перевозки тяжелых грузов, и доставляют из карьера на предприятия, которые занимаются переработкой.

Недостатком открытого метода является возможность добывать руду только на небольшой глубине. Если же она лежит намного глубже, приходится возводить шахты. Вначале делают ствол, напоминающий глубокий колодец с хорошо укрепленными стенками. В разные стороны от ствола отходят коридоры, так называемые штреки. Найденную в них руду взрывают, а потом ее куски поднимают на поверхность с помощью особого оборудования. Добыча железной руды таким способом эффективна, но связана с серьезной опасностью и затратами.

Существует еще другой способ, при помощи которого добывают железную руду. Его называют СГД или скважинной гидродобычей. Руда извлекается из-под земли таким образом: бурят скважину, опускают в нее трубы с гидромонитором и очень мощной водной струей дробят породу, которую потом поднимают на поверхность. Добыча железной руды этим способом безопасна, однако, к сожалению, неэффективна. Так удается добыть лишь 3% руды, а 70% добывается с помощью шахт. Однако разработка метода СГД совершенствуется, и есть большая вероятность, что в будущем этот вариант станет основным, вытеснив шахты и карьеры.