Как добывают железо кратко

Обновлено: 06.07.2024

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!

Способ добычи железа зависит от нескольких факторов, наиболее важные из них:

Место расположения залежей руды.

Глубина залегания руды.

Руду могут добывать либо закрытым, либо открытым способом.

Первый (закрытый) является наиболее распространенным. В таком случае роются очень глубокие шахты-колодцы (до 1 км глубиной), от которых в достаточно большом количестве в стороны отходят коридоры (разветвления), называемые штреками. По ним доставляется к залежам специальное оборудование, руда изымается и доставляется на поверхность. Данный способ является весьма опасным и затратным.

Второй способ - открытый. В этом случае всю необходимую технику подвозят к месторождению и строят карьер. Такой метод используется, если руда залегает неглубоко. Глубина карьера доходит всего лишь до 500 метров, в диаметре он меняется в зависимости от ширины залегания руды.

После изъятия руды любым из методов, ее доставляют на перерабатывающее предприятие.

Железная руда – это одно из минеральных образований. Среди составляющих его элементов присутствует железо и различные соединения. Если в составе руды большая доля приходится на железо, то она классифицируется, как железная. Основная добыча железной руды приходится на магнитный железняк. В нем соединения железа занимают порядка 70%.

Запасы железной руды в мире

В рамках российского производственного комплекса основная доля приходится на добычу руды. В целом страна привносит в мировую добычу не более 6%. В общей сложности на сегодняшний день на планете находится около 160 миллиардов тонн этого ископаемого. С учетом доли железа в ней, запасы конкретно этого вещества оцениваются в 80 миллиардов тонн.

Запасы железной руды в различных странах мира таковы:

РФ и Бразилия – по 18%.
Австралия – 14%.
Украина – 10%.
КНР – 9%.
Канада – 8%.
США – около 7%.

Оставшиеся 15%, в различных долях распределены между прочими странами мира.

Специалисты подразделяют железорудную продукцию на несколько категорий, а именно:

с повышенным содержанием железа (более 50% состава);
рядовые (25–49%);
бедные (менее 25%).

Наибольшим содержанием железа характеризуется магнитный железняк. На российской территории его запасы располагаются преимущественно в районе Уральских гор. Еще эта руда массово залегает на территории Швеции, в некоторых из штатов США.

Актуальные запасы различной руды в России сегодня составляют порядка 50 миллиардов тон. По ее запасам страна занимает третье место в мире, уступая лишь Австралии и Бразилии.

Способы добычи руды

Сейчас существует несколько основных методик добычи руды. Для каждого случая выбор делается индивидуально. Специалисты в ходе принятия решения оценивают ряд факторов, в том числе экономическую целесообразность эксплуатации определенных машин и агрегатов, особенности расположения железной руды и некоторые другие.

Карьерный способ

Основная масса мест добычи железной руды разрабатывается по карьерной методике. Она предполагает на начальном этапе работы подготовку карьера определенной глубины (в среднем 300 метров). Далее, в работу включается прочее оборудование. Рудная масса вывозится из него посредством крупных самосвалов.

Обычно горная порода сразу же переправляется на специализированные предприятия для дальнейшего изготовления из него железорудной продукции, в том числе стали.

При подготовке карьера при данном способе добычи применяются наиболее крупные и массивные экскаваторы. Как только процесс достигнет своего завершения и техника достигнет нижних слоев рудной массы, осуществляется анализ полученных образцов непосредственно перед началом добычи железной руды. По его результатам определяется конкретная доля железа в его составе.

Решение о начале разработок и добыче железной руды принимается в том случае, если анализ показывает присутствие железа в количестве более 57%. Данный вариант будет выгодным в экономическом плане. В противном случае специальная комиссия решает необходимость добычи такого материала наряду с возможными вариантами улучшения качества производства.

Открытая методика добычи имеет массу преимуществ. Основной ее недостаток состоит в том, что разработки и извлечение рудных тел могут проводиться на небольших глубинах.

Шахтный способ

На практике руда часто залегает довольно глубоко. Это обуславливает необходимость обустройства шахт. Их глубина достигает нескольких сотен метров – вплоть до километра. Изначально организуется ее ствол, который имеет внешнее сходство с колодцем.

Специализированные коридоры отходят от шахтного ствола. Их именуют штреками. Это один из самых эффективных способов добычи руды. При этом он наиболее затратен в финансовом плане и опасен.

Скважинная гидродобыча

СГД – это гидромеханический способ. В этом случае добыча предполагает организацию глубокой скважины, куда входят снабженные гидромонитором трубы. Далее, посредством струи воды горная порода откалывается и перемещается наверх.

Такой вариант характеризуется небольшой эффективностью при высокой безопасности. На практике его применяют в 3% случаев.

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.

Видео: Железные руды Урала

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.

Почему руда так важна?

Еще с давних времен человек познал способы добычи из земли различных материалов для своего существования. Занятие земледелием позволяло ему выращивать растения для пищи. Добыча материалов открывала доступ к самым разным целям. Это могло быть изготовление оружия, жилья, посуды.

С тех пор человек и приступил к добыче железных пород. После изучения его свойств и полезных функций для железа наступил абсолютно новый этап развития. В настоящее время трудно представить жизнь без металла — настолько он стал популярен во многих сферах. Примерно до начала ХХ века железу отводится основная масса добычи и обработки.

Железо находится в огромных количествах в недрах земли и горных породах. Однако разрабатываются только выгодные месторождения, содержащие наибольшее количество металлической руды.

Классификация руды

В мире существует две категории руд: черная и цветная. Вторая при этом подразделяется на металлы с высокой и невысокой плотностью, а также драгметаллы (золото, серебро, платина). Драгоценные металлы изначально добываются в форме камней, приобретая знакомый всем вид после обработки.

Ценность руды меняется в зависимости от массы в ней основного элемента. Еще классифицировать залежи можно на бедные и богатые (другое название — жирные).

Свойства также будут меняться в зависимости от имеющихся компонентов в руде. К примеру, одни могут иметь магнитные свойства, в то же время другие будут полностью инертны.

Руды черных металлов

К таким относится железо, самый популярный металл на планете. При промышленном производстве будет использоваться минерал, имеющий в составе не менее 25 % железа. При выработке минералов, содержащих меньшее количество, процесс обработки не окупит себя, как и результат не принесет никакой выгоды.

Большая часть ископаемых приходится на:

магнитный железняк;
красный железняк;
железистый кварцит.

Железо залегает по всему миру. По предположительным данным экспертов, мировой запас руд черных металлов составляет примерно 800 миллиардов тонн, из них около 200 миллиардов активно добываются и перерабатываются. Цифры неточные, поэтому весьма вероятно, что в земле находятся куда большие запасы, чем можно себе представить.

Руды цветных металлов

В некоторых случаях металл руды могут обозначить как куприт, полученный от химического элемента Сu (купрум), имеющийся в группе породы. Металл очень популярен в мире, но объемы добычи не столь велики в сравнении с железом (около 0,5 % от общего количества залежей полезных ископаемых). Руда делится на шесть подтипов:

колчеданная;
стратиформная;
медно-никелевая;
гидротермальная;
карбонатовая;
скарновая.

Наиболее популярная и активнее добываемая — колчеданная руда, это смесь меди и железа, с небольшим количеством примесей и других элементов. За ней идет стратиформная, в виде смеси сланцев и песчаников. Остальные виды обнаруживаются очень редко и практически не используются даже в малых долях в производстве. Огромных медных залежей в природе не существует, по крайне мере из найденных, только в форме примесей. Такие породы образовывались только в результате извержения вулканов, подтверждая данную особенность.

Руды, богатые золотом

Золотая руда — природные минеральные соединения, имеющие в составе золото в таких количествах, которое делает экономически целесообразным его извлечение. Такие породы по форме и цвету очень напоминают серебро или железо. Отделить их от сплава крайне тяжело. Происходит это методом электролиза, с использованием электродов. Под воздействием электрического тока молекулы металла оседают на отрицательно заряженном катоде.

Порой золото можно обнаружить в соединении с теллуром. Еще один из металлов драгоценных руд — мальдомит (смесь с висмутом) — находят в России на Урале. Другое его название — черное золото. В Мексике или Колумбии можно обнаружить еще одну редкую руду драгоценных металлов — родий.

В России большая часть золотоносных мест находится в трех основных областях Урала — Тюменской, Челябинской, Свердловской. В меньшем объеме рудники расположены в Оренбургской области, Северо-Западном и Приволжском округах, Башкортостане. Основная масса месторождений — это золоторудные и комплексные прииски, а вот доля россыпей не превышает 17 %.

Способы добычи руды

В наше время существует несколько классических способов добычи руды. Подбирается методика для каждого случая отдельно. Квалифицированные эксперты при принятии заключительного решения изучают ряд факторов. А именно — грамотно распределяют экономическую ценность использования оборудования и машин, местонахождения рудных залежей, трудности при добыче, на какой глубине, высоте расположен источник. В зависимости от этих факторов добыча подразделяется на несколько способов.

Карьерный способ

Главный объем мест выработки месторождений руды создается по карьерной методике. На первом этапе действий предполагается создание карьера с глубиной нужной высоты и диаметра (средние цифры находятся в пределах 300 метров). Затем завозятся машины и оборудование.

После выработки руда перевозится на специальные промышленные предприятия для последующей обработки.

При помощи экскаваторов подготавливают карьер значительных размеров. После того как будет достигнута нужная глубина, проводят детальный анализ полученных материалов для дальнейшего определения экономической целесообразности добычи в данном карьере.

Решение считается удовлетворительным, если по итогу собранных данных присутствие нужного металла в породе составляет более 57 %. Только в таком случае можно приступать к последующей выработке. Если анализы выдали результат о меньшем количестве металла, то собирается комиссия, которая будет решать вопрос о целесообразности использования данного карьера, либо рассматривать варианты увеличения производства.

Открытый способ добычи имеет множество достоинств. Главный недостаток заключается в том, что разработка залежей происходит на небольших глубинах, которых иногда недостаточно для эффективной выработки.

Шахтный способ

Этот способ подходит для обработки залежей, располагающихся на значительных глубинах, вплоть до 4000 метров. Подход к организации такого способа предполагает более суровую подготовку. Вначале закладывается ствол шахты, немного напоминающий колодцы.

После прокапываются специальные коридоры, отходящие от основного шахтного ствола. Они имеют название — штреки. По факту такой метод является самым эффективным в мире, ведь большинство залежей — глубоко в недрах земли. При этом обходится способ недешево, к тому же работа в шахте очень опасна и рискованна.

Скважинная гидродобыча

Скважинная гидродобыча (СГД) — способ подземной добычи полезных ископаемых, в основе которого лежит гидромеханическое воздействие. Метод предполагает создание скважины, в которую помещаются оснащенные гидромонитором трубы. Под действием сильной водяной струи залежи руды отбиваются и по трубе движутся наверх.

Метод добычи дает наименьшую выработкку при высоких финансовых затратах, но является самым безопасным из всех. Используется примерно в 3 % от всей добычи.

Как происходит обогащение руды

Объемы пластов могут достигать огромных размеров. Вначале их необходимо размельчить. На практике применяются следующие способы:

Гравитационная сепарация. Метод основан на отличиях минерала в плотности и форме частиц.
Магнитная сепарация. Технология отделения материалов, основанных на разности их магнитных свойств и отличного друг от друга поведения материалов в зоне действия магнитного поля.
Флотация. Окисление материалов воздухом.
Комплексный способ. Несколько методов одновременно.

Измельченная руда двигается на промышленное предприятие, в котором сделают нужный металл. В первозданном виде он применяется нечасто. А вот различные сплавы получили широкое применение в самых разных сферах производства.

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.

Читайте также: