Как выглядит железная руда в природе

Железная руда

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:

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.

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:

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:

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.

Источник

Железная руда

Желе́зные ру́ды — природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объеме, когда промышленное извлечение железа целесообразно. Хотя железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород, но под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой в экономическом отношении может быть получаемо металлическое железо.

Содержание

Общие сведения

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

Существует три вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии: сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда), аглоруда (спечённая, окускованная путем термической обработки) и окатыши (сырая железосодержащая масса с добавлением флюсов (обычно, известняка); формуется в шарики диаметром около 1-2 см).

Химический состав

По химическому составу железные руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов, из которых главнейшие: магнетит, или магнитный железняк; гётит, или железный блеск (красный железняк); лимонит, или бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды; наконец, сидерит, или шпатоватый железняк (железный шпат), и его разновидность сферосидерит. Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.

Богатая железная руда

Богатая железная руда имеет содержание железа свыше 57 %, а кремнезёма менее 8…10 %, серы и фосфора менее 0,15 %. Представляет собой продукт природного обогащения железистых кварцитов, созданных за счёт выщелачивания кварца и разложения силикатов при процессах длительного выветривания или метаморфоза. Бедные железные руды могут содержать минимум 26% железа.

Выделяют два главных морфологических типа залежей богатой железной руды: плоскоподобные и линейные. Плоскоподобные залегают на вершинах крутопадающих пластов железистых кварцитов в виде значительных по площади с карманоподобной подошвой и относятся к типовым корам выветривания. Линейные залежи представляют падающие в глубину клиноподобные рудные тела богатых руд в зонах разломов, трещинуватостей, дробления, изгибов в процессе метаморфоза. Руды характеризуются высоким содержанием железа (54…69 %) и низким содержанием серы и фосфора. Наиболее характерным примером метаморфозных месторождений богатых руд могут быть Первомайское и Жёлтоводское месторождения в северной части Кривбасса. Богатые железные руды идут на выплавку стали в мартеновском, конвертерном производстве или для прямого восстановления железа(горячебрикетированное железо).

Бедные и средние по содержанию железа руды в целях промышленного использования должны предварительно пройти через процесс обогащения.

Промышленные типы месторождений

Главные промышленные типы железорудных месторождений:

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами, магнетитовыми, гематит-магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). бассейны Курской магнитной аномалии (КМА, Россия) и Криворожский (Украина), район оз. Верхнего (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые, или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн, Лисаковское и др.(СССР)

Сарбайское, Соколовское, Качарское, Гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское (СССР)

Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы — магнетит, титаномагнетит. Качканарское, Кусинское (СССР), месторождения Канады, Норвегии

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений:

Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское в СССР

Бакальское, СССР; Зигерлянд, ФРГ и др.

Южный Урал; Куба и др.

Запасы

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, в которых содержится около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, на долю месторождений железной руды России и Бразилии приходится по 18% мировых запасов железа. Запасы в пересчёте на содержание железа:

Распределение запасов железной руды по странам:

Крупнейшие экспортёры и импортёры железорудного сырья в 2009 году

Всего экспорт 959,5 млн тонн.

Крупнейшие производители железорудного сырья в 2010 году [источник не указан 20 дней]

По данным U.S. Geological Survey, мировая добыча железной руды в 2009 году составила 2,3 млрд тонн (рост на 3,6 % по сравнению с 2008 годом).

Мировая добыча в 2007 году

По данным Геологической службы США, мировая добыча железной руды составила в 2007 году 1,93 млрд тонн, увеличившись по сравнению с предыдущим годом на 7 %. Китай, Бразилия и Австралия обеспечивают две трети добычи, а вместе с Индией и Россией — 80 %. [1]

Источник

Железная руда

Среди большого количества природных ресурсов, которые человек использует для создания комфортных условий проживания, существуют минералы с металлическими примесями. Извлечение железных составляющих элементов из минеральных образований создало целую отрасль промышленности, без которой невозможно представить развитие научно-технического прогресса и жизнедеятельность современного человека. Основным ресурсом при добыче металла, на протяжении многих столетий, считается железная руда.

Состав

Элементы, из которых состоит железная руда, представлены в виде смесей с минеральными составляющими, без железа в чистом виде или металлических примесей. Они могут быть смешаны с частицами известняка, глины или других компонентов, образованных в результате извержений или других природных явлений. Чаще всего, руды встречаются в виде:

Железные руды могут иметь вид различных соединений:

Поиск этих полезных составляющих элементов является кропотливым и трудоемким процессом. Более сложно извлечь металлические примеси из минералов.

В зависимости от количества полезных элементов, входящих в состав сырья, различают мономинеральные и полиминеральные руды.

Если мономинеральный ресурс включает в состав только один ценный минерал, то в полиминеральных ископаемых, важных составляющих металлов может быть более двух.

При наличии одного полезного минерала, железную руду называют простой, а при наличии нескольких элементов, такое сырье относят к комплексному виду. Входящие в состав комплексной руды, редкие металлические элементы, делают руду ценной и важной для извлечения и дальнейшего применения в машиностроении и приборостроении. Больше 80-ти химических элементов добывают из руды и применяют в производстве различного оборудования.

По преобладанию какого-либо из минеральных элементов, руду разделяют на:

Из самородных руд добывают платину и золото. Геохимический железный состав и свойства таких минералов связаны с определенными горными породами. Эта связь способствует правильности выбора территориального расположения залежей золотосодержащих и других ценных видов руд.

В зависимости от промышленной ценности железных элементов, руда может быть вкрапленной или сплошной. Последняя, по составу, имеет большее соотношение ценных минералов к примесям или является разновидностью железного соединения, а вкрапленная – включает от 20 до 60 % частиц различных форм, которые необходимо извлечь из рудных пород.

Постоянный спрос на металлические изделия, с годами, корректирует минимальный процент содержания ценных минералов в руде, которую экономически выгодно добывать. Если в середине прошлого столетия вели разработку залежей с последующей переработкой железной руды, при содержании минералов не менее 60 %, то сегодня, благодаря современному оборудованию и постоянной потребности в сырье, используют руду, с содержанием метала, на уровне 25-30 %.

Классификация

Существует разделение полезных минералов, при котором они имеют вид:

Большое количество разнообразных по составу и происхождению минеральных ископаемых, требует распределения железных руд промышленного назначения по типам.

Применение данной классификации упрощает добычу и обработку железной руды, а также поиск полезных минералов, включающих в состав важные элементы.

Обогащение железных руд

В недрах земли железная руда хранится в первозданном виде, непригодном для использования человеком в народном хозяйстве. Чтобы отделить металлы от минералов, применяют метод обогащения. При этом используют свойства руд различного характера. В результате этого процесса, повышают концентрацию ценных минералов, а пустые и ненужные элементы удаляют. Технологический процесс обогащения состоит из нескольких отдельных операций, в результате чего получают минерал в том состоянии, которое необходимо.

В первую очередь, сортируют и предварительно обрабатывают сырье, полученное после разработки железных руд. К предварительным работам относят грохочение, дробление и обжиг. После этого, заготовки железной руды направляют на основную переработку, которая основана на различиях свойствах составляющих компонентов сырья:

Процесс обогащения железной руды повышает концентрацию ценных элементов. Выполняют процедуру следующими методами:

Механические методы выделяют металлическое включение железной руды, используя дробление, размалывание или грохочение. Целью такой обработки является получение измельченного сырья определенной фракции. В зависимости от типа применяемого оборудования, получают заготовки грубого, среднего или тонкого помола.

Форма полученных частиц и состав гранул позволяет увеличить дисперсность ценных элементов, которые необходимо выделить в процессе обогащения. Железная руда, после обогащения механическими методами становится устойчивой к колебаниям температуры, имеет однородность смеси, улучшает глубину и скорость химических реакций при воздействии других элементов.

Механические методы обогащения руды могут выполняться посредством классификаторов лоточного или конусного типа. Железные включения иногда отделяют с использованием водной среды.

При обогащении физическими способами применяют методы отсадных машин, гравитации, тяжелых сред, магнитной и электростатической сепарации, концентрации и флотации. Последний из этих способов позволяет отделить в рудах гидрофобные элементы от гидрофильных частиц, при этом масляные капли или пузырьки газа соединяются с трудно смачиваемыми взвесями и поднимают их на поверхность. Флотация способствует получению высококонцентрированных соединений, благодаря взаимодействию с частицами тяжелых металлов.

Химическое обогащение применяют как для обработки самих руд, так и для рудных концентратов, полученных в результате механического или физического воздействия. Такую обработку выполняют посредством плавления, обжига или выщелачивания.

Метод плавления использует различные свойства металлов и способствует полному избавлению от пустых пород и концентрированию железных элементов. Обжиг используют, как предварительную обработку перед выщелачиванием, которое выполняют в водной среде или растворителе с применением и газообразных реагентов.

Извлечение металлических включений находящихся в руде после обогащения, выполняют, применяя электролиз или химическое осаждение. Возможно использование различных растворителей, которые отделят необходимый ценный элемент.

Область применения

Железная руда используется больше всего в металлургической промышленности для производства металлических изделий и конструкций. Пользующиеся спросом стальные профили и чугунные заготовки являются основной продукцией, полученной из руды. Ценные породы металлов используют в ювелирной отрасли, а редкоземельные компоненты, которые содержатся в некоторых видах сырья, нашли широкое применение в приборостроении.

Потребителями продукции, которая стала конечным товаром, изготовленным из железной руды, являются все отрасли народного хозяйства. Любые железные изделия от иголки до автомобиля, изготовлены из сырья металлургической промышленности. Трудно представить современный быт человека без металлических предметов, основой которых являются разные породы руд.

Месторождения и запасы

Залежи различных руд, из которых добывают ценные и простые металлы, разбросаны по всему миру. Запасы металлических примесей, по оценкам экспертов в мировом масштабе, составляют более восьмидесяти миллиардов тонн. Основные залежи расположены на территории таких стран как:

Самые богатые из месторождений, известных добычей железных руд – это Горно-обогатительные комбинаты, расположенные на территории Курской магнитной аномалии, которую считают самым крупным мировым источником ресурса. Кроме этого известны такие месторождения, как Белорецкое, Оленегорское, Костомукшское, Качканарское и Магнитогорское.

Характерным отличием железных руд, обнаруженных в последнем из перечисленных месторождений, является избыток серы в составе руды, чего нет у ископаемых, которые добывают в других местах. Именно этим она и представляет ценность.

В развитых странах, геологи занимаются поиском и находят рудные породы, а промышленники выполняют добычу и переработку руд в необходимое сырье. Некоторые слаборазвитые страны, которые располагают большими залежами железной руды, занимаются добычей и экспортом сырья. Например, Венесуэла добывает 20 млн. т полезных руд, большую часть которых, отправляет в США.

В последние годы изделия из металла стараются заменить новыми современными полимерными материалами. Однако это не уменьшает спрос на металлическое сырье, а лишь конкретизирует сферы, которые не могут обойтись без заготовок, изготовленных из железных руд.

Источник

Железо

Чистое железо (99,97%), очищенное методом электролиза

Железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

СТРУКТУРА

Две модификации кристаллической решетки железа

Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а₀ = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a₀ = 2,86).
В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:

При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла.
В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей.
При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна

СВОЙСТВА

В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.
Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все. Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Происхождение теллурическое (земное) железо редко встречается в базальтовыхлавах (Уифак, о. Диско, у западного берега Гренландии, вблизи г. Касселя Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (Fe_1-xS) и когенит (Fe₃C), что объясняют как восстановление углеродом (в том числе и из вмещающих пород), так и распадом карбонильных комплексов типа Fe(CO)_n. В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях. Очень редко встречается в зоне окисления рудных месторождений, при образовании болотных руд. Зарегистрированы находки в осадочных породах, связываемые с восстановлением соединений железа водородом и углеводородами.
Почти чистое железо найдено в лунном грунте, что связывают как с падениями метеоритов, так и с магматическими процессами. Наконец, два класса метеоритов — железокаменные и железные содержат природные сплавы железа в качестве породообразующего компонента.

ПРИМЕНЕНИЕ

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса.
Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.
Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

Источник