Как добывают железную руду кратко

Обновлено: 04.07.2024

Железо – один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на Земле. Его среднее содержание в земной коре составляет 4,7 % по массе, уступая по этому показателю кислороду, кремнию и алюминию. Но в пересчёте на Землю в целом железо занимает едва ли не первое место, так как в мантии его содержание составляет 14%, в ядре – 86 % , а доля железного ядра составляет около 30 % от массы нашей планеты. В ядрах планет земной группы его содержание, по некоторым оценкам, составляет 90 %. Поэтому без преувеличения можно сказать, что по значимости для планет земной группы - это элемент номер один!

Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро подвергается эрозии при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Немного понятной истории:

Железо как инструментальный материал известно с древнейших времён, самые древние изделия из железа, найденные при археологических раскопках, датируются 4-м тысячелетием до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Вероятно, первое железо, которое попало в руки человеку, было метеоритное, так как отдельные железные предметы были известны уже в бронзовом веке. Поэтому, определить чёткую границу перехода от бронзового века к железному - периоду, когда люди осваивали производство железа из железных руд, представляется затруднительным.

Изделия из железа, полученного искусственно, известны со времени расселения арийских племён из Европы в Азию и острова Средиземного моря (4—3-е тысячелетие до н. э.). Самый древний железный инструмент из известных — стальное долото, найденное в каменной кладке пирамиды Хеопса в Египте (построена около 2550 года до н. э.)

Железо в природе:

Природное железо состоит из четырёх стабильных изотопов. Также известно более 20 нестабильных изотопов железа с массовыми числами от 45 до 72. Большинство учёных считают, что железом оканчивается ряд синтеза элементов в ядрах нормальных звёзд, а все последующие элементы могут образоваться только в результате взрывов сверхновых.

Известно большое количество минералов содержащих железо, но главными минералами на железо-рудных месторождениях являются: магнетит; гематит; гётит; гидрогётит.

В земной коре также широко распространены сульфиды железа (минералы) – пирит, карбонаты железа – сидерит, фосфаты железа - вивианит.

Процесс получения железа на сегодняшний день:

В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита и магнетита.

Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.

Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 градусов Цельсия.

В доменной печи углерод в виде кокса (кокс - это твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путём коксования каменного угля при температурах 950-1100°С без доступа кислорода.) , железная руда в виде окатышей и флюса (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.

Флюс добавляется для извлечения нежелательных примесей из руды, в первую очередь силикатов, таких как кварц (диоксид кремния). Типичный флюс содержит известняк (карбонат кальция) и доломит (карбонат магния). Против других примесей используют другие флюсы.

Действие флюса: карбонат кальция под действием тепла разлагается до оксида кальция (негашённая известь).

Оксид кальция соединяется с диоксидом кремния, образуя шлак.

Шлак, в отличие от диоксида кремния, плавится в печи. Более лёгкий, чем железо, шлак плавает на поверхности, и его можно сливать отдельно от металла. Шлак затем употребляется в строительстве и сельском хозяйстве. Расплав железа, полученный в доменной печи, содержит довольно много углерода (чугун). Кроме случаев, когда чугун используется непосредственно, он требует дальнейшей переработки.

Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, содержащими водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями как сера и фосфор — обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах.

Понравилась статья? Поддержите автора, поставьте лайк и подпишитесь на канал, впереди много интересных публикаций!

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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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.

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.

Жизнь современного человека сложно представить без металла, используемого для производства большого количества изделий. Основным компонентом этого материала является железо, которое получается во время плавления железной руды. Этот минерал различают по происхождению, способу добычи, количеству примесей т. д. Следует заметить, что в природе железо является четвертым по распространению элементом.

Образование породы
Химический состав
Виды и характеристики руды
Запасы в стране и мире
Особенности добычи
Область использования

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.

Химический состав

Ценности и свойства руды во многом зависят от количества входящих в ее состав примесей. Именно от этого зависит ценность минерала и принимается решение о целесообразности его добычи. В соответствии с процентным содержанием посторонних веществ руду принято делить на несколько групп:

Максимально богатая — содержание железа составляет более 65%.
Богатая — 60−65%.
Средняя — более 45%.
Бедная — менее 45%.

Вполне очевидно, что при высоком содержании посторонних веществ для переработки руды требуется затратить больше энергии. Это в свою очередь негативно отражается на стоимости готовых изделий. Добываемая руда является совокупностью всевозможных минералов, посторонних примесей и пустой породы. Соотношение всех этих компонентов во многом зависит от месторождения.

В пустой породе также может содержаться железо, но ее переработка экономически невыгодна. Чаще всего в природе встречаются силикаты, оксиды и карбонаты железа. Кроме этого, порода может содержать и различные вредные примеси, например, фосфор, серу и т. д.

Виды и характеристики руды

Кроме химического состава породы, с экономической точки зрения, важное значение имеет и место, где планируется добывать железо. Самыми богатыми месторождениями являются линейные. Кроме этого, они содержат максимально чистую породу. А также в природе есть плоскоподобные месторождения, сформировавшиеся на поверхности железосодержащих кварцитов.

Чаще всего встречается красный железняк, основанный на оксиде гематита. В этом веществе наблюдается высокое содержание железа, а количество вредных примесей сравнительно невелико. Широко используется еще несколько типов породы:

Бурый железняк. Это вещество представляет собой оксид и имеет грязно-желтый оттенок.
Магнитный железняк. Формула вещества — Fe3O4. Встречается реже в сравнении с красным, но нередко содержит свыше 70% полезного минерала. Порода может быть плотной либо зернистой с вкраплениями комочков тёмно-синего оттенка. При добыче эта руда обладает магнитными свойствами, которые исчезают после высокотемпературной обработки.
Глинистый железняк. Встречается сравнительно редко и, как правило, содержит мало полезного ископаемого.
Шпатовый железняк. Эта порода содержит сидериты и встречается довольно редко. Из-за низкого содержания полезного минерала ее добыча не выглядит экономически выгодной.

В природе также нередко встречаются карбонаты и силикаты.

Запасы в стране и мире

Крупнейшее месторождение железной руды в России расположено на территории Орловской, Курской и Белгородской области. Следует заметить, что Курская магнитная аномалия является самым мощным источником железа не только в стране, но и во всем мире. Это природное творение столь грандиозно, что обнаружить его смогли еще в XVI столетии. Запас руды в месторождении исчисляется миллиардами тонн.

Бакчарское месторождение — еще один крупный железорудный бассейн в мире. Его местонахождение — междуречье рек Икса и Андорма, протекающих на территории Томской области. Оно было открыто в 60-х годах прошлого столетия во время поиска новых мест для добычи нефти. Площадь бассейна составляет около 16 тыс км 2 . Порода залегает на глубине 190−220 м.

В среднем добываемая руда содержит около 57% железа, а в обогащенной породе — до 97%. Специалисты оценивают запас руды более, чем в 27 миллиардов тонн. Сегодня в бассейне внедряются новые технологии, и вместо добычи карьерным способом планируется использовать скважинную.

В Красноярском крае находится Абагасское месторождение, открытие которого произошло в далеком 1933 году, однако активная разработка началась лишь в 60-х годах. Главным минералом, добываемым в этом бассейне, является магнетит. Кроме этого, встречается пирит, мушкетовит и гематит. Добыча породы ведется открытым способом, а предполагаемые запасы руды составляют более 70 миллионов тонн.

После Курской магнитной аномалии на мировой карте второе место занимает Криворожское месторождение, расположенное на территории Украины. В Западной Европе мощным источником железа является Лотарингский железорудный бассейн. Он расположен на территории Франции, Бельгии и Люксембурга. Разработка бассейна ведется с XIX столетия, и бо́льшая часть добываемой руды приходится на долю Франции. Общий запас руды предположительно составляет около 15 миллиардов тонн.

Добыча породы ведется подземным способом. По данным геологической службы Соединенных Штатов, основные месторождения железа находятся в России, Украине, Китае, Бразилии и Австралии.

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.

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.

Ранняя история железных изделий относится к VI–IV тысячелетиям до н. э., однако только в начале I тысячелетия до н. э. придумали способ выплавки железа. Для современной промышленности сплавы железа — это основной металл многих производств. Расскажем о составе руды, способе её добычи и переработки на примере Курской магнитной аномалии, перечислим основные месторождения России.

Что такое железная руда

Железной рудой называют горную породу с включениями определённых минералов железа в достаточном количестве. По содержанию железа руда делится на богатую (более 50 % железа), обычную (25–50 %), бедную (менее 25 %).

В состав наиболее ценных железных руд входят минералы магнетит, гематит, магнетит с примесью титана, ильменит (содержит железо и титан).

Ценность железной руды повышают примеси других металлов, так как при переплавке дополнительно получают ванадий, палладий, платину, золото.

Как добывают железную руду

Добыча железной руды возможна карьерным и шахтным способом. Карьерный способ безопасен для работников, но нарушает окружающую среду. Карьеры обычно имеют глубину до 200–500 м и более.

В карьере регулярно производятся взрывы для откалывания руды от монолитных стенок. Экскаватор грузит обломки в самосвал, который отвозит породу к железнодорожной ветке.

Карьерная техника очень мощная. Так, ковш экскаватора захватывает 23 куб. м. породы, в кузов самосвала можно загрузить 180–220 т руды.

Из карьера руда перевозится на горно-обогатительный комбинат (ГОК), построенный недалеко от места добычи. Продукция ГОКа — брикеты, содержащие не менее 70 % железа.

Самый крупный ГОК России — Лебединский на территории Курской магнитной аномалии. Его карьер, где добывают железную руду, признан крупнейшим в мире.

Рис. 2. Лебединский ГОК, карьер.

Как плавят руду

Брикеты отправляются дальше, на Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК). Здесь в специальной печи брикеты переплавляют, получая сталь нужного состава.

Отсюда сталь поступает на предприятия машиностроения, производства различных металлических изделий, подшипников.

Комбинат поставляет продукцию в США, Германию, Италию, Францию, Норвегию и другие страны.

На ОЭМК применяются современные технологии, что обеспечивает выпуск высококачественной стали и минимальные выбросы в воздух.

Рис. 3. ОЭМК, выплавка стали.

Месторождения железных руд России

Россия занимает 5 место в мировом списке стран, добывающих железную руду.

Крупнейшее в стране и мире месторождение — Курская магнитная аномалия (Курская, Белгородская, Орловская области). Разрабатываются руды с содержанием железа от 32 до 62 %.
Месторождения Мурманской области — Оленегорское и Ковдорское железорудные поля.
В республике Карелия — месторождение Костомукша.
Качканарское месторождение (Свердловская область) — большие запасы бедных руд.
Бакчарское месторождение (Томская область) содержит богатые руды, пока не разрабатывается. Предполагается скважинный способ добычи, планируемое начало работ — 2020–2021 год.

Что мы узнали?

Россия богата железной рудой. Разрабатываются несколько крупных месторождений, одно пока в резерве. В докладе для детей по окружающему миру в 4 классе можно кратко описать путь руды от карьера до производства стали.

Читайте также: