Какие назови руды черных металлов

Эти черные металлы стали неотъемлемым компонентом нашей цивилизации. Без стали и чугуна сложно представить и повседневную жизнь, и высокие технологии.

Какие назови руды черных металлов

Под термином «черные металлы» понимаются железо и сплавы с ним как основным компонентом (стали, чугуны).

По некоторым классификациям к черным металлам относятся марганец, ванадий, хром. Это сырье при производстве чугунов и сталей.

Основные железистые сплавы – чугуны, стали, ферросплавы. Они составляют 90% объема продукции металлургических предприятий. Остальное добирают цветные металлы.

Почти все металлы (90+%), востребованные экономикой, относятся к «черному» сегменту.

Неофициальное наименование сегмента черных металлов – чермет.

Классификация

Главные продукты чермета – сталь и чугун. Это сплавы железа, углерода плюс легирующие присадки, улучшающие утилитарные характеристики продукта.

Сталь и чугун различает доля углерода в составе. У стали его менее 2,14%, у чугуна – больше, у некоторых марок до 5,9%.

Данные сплавы черных металлов также классифицируются на основе физических параметров и химического состава.

Чугуны

Главная разновидность чугуна – литейный. Другие виды:

  • антифрикционный;
  • передельный;
  • низко-, высоко-, просто легированный;
  • с графитом (шаровидным либо вермикулярным).

По другой классификации чугуны подразделяют на белые, серые, ковкие.

Стали

Подразделяются на простые (нелегированные) и легированные:

  • Основной компонент нелегированных сталей – углерод, поэтому их называют также углеродистыми. В зависимости от количества углерода (%) различают низко- (менее 0,25), высоко- (0,6+), просто углеродистый (0,25-0,6) сплав.
  • Свойства легированных определяют добавки из других элементов. Их доли микроскопичны, но свойства (стойкость к коррозии, твердость, прочность) меняются существенно.

Традиционные добавки-лигатуры к чугуну, стали: вольфрам, кремний, марганец, медь, хром, никель.

При переработке руды избавляют от азота, кислорода, серы, фосфора, других вредных примесей.

Самые известные виды легированной стали – нержавеющая и оцинкованная.

Технология получения продукции

Продукцию получают на металлургических комбинатах из двух источников: руды (первичное производство) и металлического лома (метод вторичной переработки).

Первичное производство

Исходник для получения черных металлов – железная руда.

С месторождения ее отправляют на металлургические комбинаты, где подвергают многоступенчатой обработке:

  1. Сырьем загружают доменную печь. Добавляют кокс, известняк.
  2. Смесь переплавляют.
  3. Железо поглощает углерод. Затвердев, становится очень твердым, но хрупким. Это чугун.
  4. Часть чугуна отправляют на механическую обработку и изготовление изделий.
  5. Основная масса направляется в сталеплавильную печь.
  6. Здесь излишек углерода выжигается. Получается сталь.

Из расплава формируют чушки, прокат, болванки, другие виды заготовок для промышленности.

Какие назови руды черных металловЧугун, отлитый в виде чушек

Второй способ – кислородно-конвертерный. Процесс проходит в конвертере – стальной печи, выложенной изнутри огнеупорным кирпичом. Здесь на избыточный углерод, другие примеси чугуна воздействуют кислородом. То есть продувают его сквозь массив чугунного расплава под давлением.

Процессы идут при температурах, исчисляемых тысячами градусов по Цельсию. Они плохо совместимы с экологией, поскольку загрязняют атмосферу, воду, почву.

Вторичная переработка

В широком понимании черный металлолом – это некондиционные, утратившие первоначальные свойства изделия из чугуна или стали.

Ассортимент широк:

  • изношенное промышленное оборудование;
  • металлические конструкции;
  • отходы производства (включая стружку);
  • бытовые приборы;
  • обезвреженные боеприпасы;
  • другие виды лома.

Лом черного металла – востребованное сырье. В пункты приема берут все – от стружки до крупных конструкций.

Такое разнообразие обусловило необходимость классификации чермета по ГОСТу. Виды лома описаны ГОСТом РФ №2787-75, №278-86 (ознакомиться с ГОСТ 2787-75).

Цена черных металлов обычных кондиций, по сравнению с цветметом, невелика – 8-20 руб. за кг. Стоимость изделий смешанного состава, например, хромистой стали вчетверо – впятеро больше.

Учитывая массивность изделий (чугунные радиаторы отопления, ванны, ограды), заработать можно и на простом ломе. Заодно очистить пространство от хлама.

Вторичная переработка лома выгодна и производителям. Процесс впятеро дешевле получения продукта из руды. Кратно уменьшаются выбросы, а значит и штрафы за загрязнение окружающей среды.

Сферы использования

Сталь и чугун – традиционный материал промышленности.

Этому способствуют его прочность, твердость, устойчивость к внешним воздействиям, долговечность, легкость обработки, ценовая доступность (по сравнению с цветметом). Такие кондиции присущи материалу независимо от способа получения – из руды или лома.

В промышленности это материал деталей механизмов, конструкций, инструментария:

  • Сталь востребована строителями авто-, авиа-, водного и железнодорожного транспорта. А также химиками, пищевиками, медицинским сегментом.
    Какие назови руды черных металловУглеродистая сталь
  • Более массивный чугун ценится машиностроителями, нефтяниками, тяжелой промышленностью. Это материал для трубопроводов, тормозных колодок, валков. А также ограждений, заборов, посуды (сковород, казанов).Какие назови руды черных металлов

Из чугуна получаются эстетичные ажурные решетки, ворота, другой декор для открытых пространств и интерьеров.

Какие назови руды черных металловЧугунный забор

Сталь в строительстве – это прочные крыши, перекрытия, лестницы, шахты лифтов.

Еще одна сфера применения вторичных черных металлов – полезные вещи, сделанные своими руками либо в маленьких мастерских. Самые востребованные: летний душ, мангал, пресс, буржуйка, аксессуары для рыбалки, накопитель воды на дачном участке. Дизайнеры создают инсталляции, которые становятся музейными экспонатами либо пополняют частные коллекции.

Какие назови руды черных металловЧугунная печь — буржуйка

Бизнес проектом может стать и пункт приема вторсырья, и создание артефактов из лома черных металлов.

Железные руды: классификация, ценность, способы добычи и применение

Железные руды классифицируются по целому ряду признаков.

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

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

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

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

Железосодержащие месторождения обычно располагают следующими видами руд:

  • Апатит-магнетитовыми, содержащиеся в карбонатитах.
  • Гётит-гидрогётитовыми, размещающиеся в корах выветривания.
  • Магнетитовыми и магмо-магнетитовыми в среде скарнов.
  • Магнетит-гематитовыми, находящиеся среди железных кварцитов.
  • Мартитовыми и мартит-гидрогематитовыми – особо богатые минералом руды в железных кварцитах.
  • Титано-магнетитовыми, а также ильменит-титаномагнетитовыми, размещающееся в базитах и ультра-базитах.

Для полноты картины необходимо также отметить, что залежи этого вида полезных ископаемых образуются в результате:

  • высокотемпературного воздействия – магматогенные месторождения;
  • выветривания пород гор и осадочных отложений – экзогенные;
  • осадочной деятельности, подвергшейся в дальнейшем значительному воздействию давления и температуры.

Факторы, определяющие ценность руд

Рентабельность разработки каждого конкретного месторождения объясняется целым набором условий:

  • Количественный и качественный состав основного минерала, то есть опять же концентрация железа в руде. Понятно, что чем она выше, тем лучше. Этот фактор оказывает решающее влияние на выход конечного продукта и сам процесс плавки. Именно он повышает производительность оборудования и не требует дополнительных затрат на обогащение.

Что касается запасов месторождения, то необходимый минимум для окупаемости вложенных средств, по расчётам экономистов, составляет 600 млн. тонн. Меньшие размеры не покрывают затрат на создание необходимой инфраструктуры: производственных мощностей, инженерных сетей, дорог, жилья, общественных сооружения.

  • Также, большое значение имеет остальной состав руды – то есть пустая порода, способная в зависимости от своих качеств увеличивать или уменьшать выход шлака.
  • Очень важную роль играет наличие примесей. Если полезные из них улучшают качество выплавленного металла, то от вредных компонентов нужно избавляться сложными технологическими методами или нейтрализовать их неблагоприятное воздействие.
  • Физико-металлургические свойства руды, тоже необходимо учитывать. Обогатимость, прочность, размягчаемость, размеры кусков, влажность – всё это факторы, определяющие потенциальную ценность месторождений железных руд.
  • Кроме того, имеет значение и способность исходного материала восстанавливаться – отдавать кислород, что существенно ускоряет процесс выплавки.
  • Одним из условий, определяющих экономическую целесообразность разработки, является глубина залегания рудного тела и место его расположения в зависимости от удалённости от развитых экономических районов. Преодоление этих проблем требует прокладки дорог, обеспечения месторождения людскими и энергетическими ресурсами.

Способы добычи

Способ добычи определяется в зависимости от индивидуального характера залегания рудного дела. Решающим обстоятельством конечно же выступает глубина.

Открытый

Как обычно, если полезные ископаемые расположены не далеко от поверхности земли (порядка 300 метров) и есть возможности для проведения большого объёма работ по вскрытию и перемещению грунта, то прибегают к созданию карьера. Мощными экскаваторами перемещают породы в отвалы, а дойдя до нижних слоев залежей, проводят окончательный анализ месторождения на процент содержания железа.

Окончательное решение принимает экспертная комиссия. В случае положительного результата, массы изъятой породы направляются на металлургические предприятия для дальнейшей переработки.

Закрытый

Хотя значительная масса железной руды добывается карьерным способом, но иногда приходится прибегать к строительству глубоких шахт. Происходит это в том случае, если искомые слои полезного ископаемого находятся на глубине порядка одного километра. Сам процесс заключается в прокладке вертикального ствола, от которого в дальнейшем ответвляются горизонтальные штреки.

Читайте также:  Простые вещества металлы краткая характеристика

При всех своих недостатках (дороговизна строительства и опасность эксплуатации), данный способ наиболее эффективен.

Также кроме этих двух способов в последнее время находит применение метод скважинной гидродобычи. Суть его заключается в том, что внутрь пробуренной скважины подаётся под значительным давлением вода. В результате чего, размытая струёй порода перемещается наверх.

Какие назови руды черных металлов

Технология обогащения

Подготовительный процесс

Предварительным этапом обогащения железных руд является дробление и измельчение. Цель этих операций – получить массу нужной величины кусков и частиц, а также отделить пустую породу. Обычно для этого применяется грохочение (просеивание) и классификация (разделение водным потоком частиц по крупности) исходного материала.

Основной процесс

Непосредственно процесс обогащения может включать в себя один из следующих методов:

  • Сухая, мокрая или комбинированная магнитная сепарация. В основу процесса заложена различная магнитная проницаемость химических веществ. В случае мокрой сепарации специальные электромагнитные барабаны забирают минералы, насыщенные ферромагнитами из пульпы. Сухой метод заключается в снятии магнитной фракции из подаваемой шихты, вращающейся лентой.
  • Использование суспензий средней плотности между железом и пустой породой, даёт возможность применять гравитационную сепарацию.
  • Флотационный метод основан на использовании специального реагента, позволяющего формировать воздушно-жидкостную металлическую пену, которая затем снимается и направляется на дальнейшую переработку.
  • Самым простым способам обогащения является промывка. Сама по себе она малоэффективна, поэтому применяется совместно с другими методами. Но в случае загрязнённости исходной породы глиной или песком, без неё не обойтись.

После процесса обогащения концентрат подвергают агломерации и отправляют на доменную, а затем при необходимости, и кислородно-конверторную плавку. Отходы производства могут быть использованы для извлечения редких или цветных металлов, иногда их употребляют при изготовлении песка и щебня.

Вспомогательный процесс

В ходе технологии обогащения часто приходится прибегать к вспомогательным процессам, обеспечивающим удаление ненужных фракций: пыли, шлама, влаги. Сгущение, спекание, фильтрование, сушка дают возможность получить концентрат необходимой готовности для последующего использования.

Продукты переработки

Основная цель добычи железной руды заключается в производстве из неё чёрных металлов, получаемых в процессе выплавки.

Сталь

Всем известная сталь – это соединение железа (до 45%), углерода (до 2,14%) и целого ряда других химических элементов. Марганца, кремния, азота, серы, кислорода, фосфора. При необходимости в её состав добавляют хром для повышения жаростойкости, или никель – для вязкости и улучшения антикоррозийных свойств.

В зависимости от содержания углерода C и легирующих добавок, стали подразделяются:

  • на низко-, средне- и высокоуглеродистые;
  • на низко-, средне- и высоколегированные.
  • По своему назначению стали бывают: жаропрочные, инструментальные, конструкционные, криогенные и нержавеющие.
  • Возникает вполне резонный вопрос, каким же образом получают столь широкий ассортимент продукции?
  • Прежде всего, из агломерата под воздействием воздуха в доменных печах выплавляется чугун (более подробно речь об этом пойдёт в следующем разделе статьи).

А уж потом из чугуна путём переработки, заключающейся в уменьшении содержания углерода, и кроме него – серы и фосфора (значительное количество которых ухудшает механические свойства стали, повышая её ломкость и хрупкость), производят конечную продукцию – сталь.

Осуществляются эти процессы производства стали конверторным (Бессмеровским или Томасовским), Мартеновским или электротермическим методами.

В зависимости от теплофизического состояния исходного материала (расплавленное или твёрдое) и потребности выплавки некоторых сортов стали, способы производства могут варьироваться, иногда дополняя друг друга.

Чугун

Чугун представляет собой высокоуглеродистый (выше 2,14%) сплав железа. Именно благодаря этому он отличается повышенной хрупкостью. Производят его путём плавки переработанной руды в доменных печах при температуре порядка 12000C.

В зависимости от своего состава и технологии получения, различают светлый (белый), серый, ковкий, высокопрочный и передельный чугун. Впрочем, последний используется лишь как промежуточный материал для производства стали.

Какие назови руды черных металлов

Ферросплав

Одно из направлений современной металлургии заключается в получении ферросплавов – соединений железа с хромом, никелем, марганцем, титаном и некоторыми другими материалами, содержащими железо в незначительных количествах. Ценность данных материалов заключается в упрощении и дешевизне легирования, проводимого с их помощью, а также употреблении в качестве средств раскисления (удаления кислорода) при выплавке металлов.

Современная металлургия располагает тремя способами получения ферросплавов:

  • Алюминотермический.
  • Силикотермический.
  • Углевосстановительный.

Реализуются они с помощью плавильных горнов или электропечей.

Месторождения в России и мире

Российская Федерация располагает значительными залежами железных руд. Крупнейшими месторождениями на территории нашей страны являются:

  • Курская магнитная аномалия. По утверждениям экспертов – это четверть мировых запасов железной руды, оцениваемой в 200 млрд. тонн, из которых 30 млрд. уже имеют высокую степень обогащения.
  • Бакчарское месторождение в Томской области – второе по величине в России, обладающее наличием в составе руды ванадия и кобальта.
  • Также имеются значительные запасы железных руд в виде красного железняка на территории Мурманской области. Это – Оленигорское и Ковдорское месторождения.
  • Керченский полуостров Крыма богат бурыми железняками, которые требуют дальнейшего освоения.
  • Значительные залежи железа в Сибири находятся в районе города Кемерово и на Алтае.
  • Дальневосточный регион располагает месторождениями в Амурской области, республике Саха (Якутия) и на территории Хабаровского края.

Из крупнейших зарубежных месторождений можно выделить:

  • Кирунавара – Швеция.
  • Область Лотарингии – Франция.
  • Криворожский бассейн на Украине.
  • Нижняя Саксония в Германии.
  • Ньюфаундленское и Лабрадорское месторождения в Канаде.
  • Прибрежный район озера Верхнее в США.
  • Порт Маяри – Куба.
  • Эль-Пао и Серро-Боливар – Венесуэлла.
  • Итабира, Итабирита, Каражас в Бразилии.
  • Город Конакри (Гвинея) является местом крупнейших залежей железной руды в Африке.
  • Так называемый «железный пояс» Индии. Штаты: Бихар и Орисса.
  • Айрон-Монарк, Айрон-Ноб, Маунт-Голдсуэрти, Маунт-Том-Прайс, Маунт-Нырмен, Кокату и Хамерсли в Австралии.

Мировые запасы

Топ мировых лидеров по запасам железных руд возглавляют:

  • Россия – 18%.
  • Бразилия – 17%.
  • Австралия – 14%.
  • Украина – 11%.
  • Китай – 9%.

Общемировые запасы этого вида природного сырья оцениваются в 800 млрд. тонн, причём четыре пятых в его составе – руда низкого и среднего качества.

Страны, добывающие железные руды

  • Сегодняшнее положение дел в мировой экономике определяется сильнейшей деловой активностью Китая, который занимает верхнюю строчку лидеров мировой добычи железной руды. 900 млн. тонн в год извлекает он ежегодно.
  • На втором месте располагается Австралия – 420 млн. тонн в год.
  • Бразилия вырабатывает каждый год 350 млн. тонн руды.
  • На четвёртом месте находится Индия, поставившая на рынок в 2019 году 245 млн. тонн железа.
  • Россия, располагающая самыми крупными запасами, производящая 100 млн. тонн в год, держит пятую строчку. Что, как обычно, говорит о наших огромных нереализованных возможностях.

Руды черных металлов

Основными видами сырья для производства черных металлов являются железосодержащие руды, продукты переработки серного колчедана, железорудные концентраты, агломерат и окатыши.

Железосодержащие руды в зависимости от образующего руду минерала делятся на гематитовые, магнетитовые, гетитовые и сидери- товые.

Гематитовые руды (красный железняк) имеют наибольшее процентное содержание железа (50—70 %, а в отдельных случаях 75—90 %); отличаются сравнительной химической чистотой, малым содержанием вредных примесей.

Магнетитовые руды (50—65 % железа) характеризуются трудной восстановимостью, магнитными свойствами, широкими пределами влажности, плотности и вредных примесей (у отдельных видов руд содержание серы до 5 %).

Гетиты (бурые железняки) содержат 25—55 % железа и в большинстве случаев представляют собой очень пористые аморфные соединения, пористость которых 16—44 %. Это дает возможность непосредственного их использования в доменном процессе.

Особо ценятся в металлургической промышленности бурые железняки из-за наличия в них повышенного содержания марганца (2—3 %), ванадия (0,07 %). Иногда бурым железнякам могут сопутствовать минералы серного колчедана, цинковой обманки, свинцового блеска, что является причиной появления в руде вредных примесей серы и фосфора. У сидеритов (шпатовых железняков) наиболее низкое содержание железа (30—40 %), плотная структура, относительно небольшая влажность. Шпатовым железнякам часто сопутствуют сернистые соединения железа и цинка.

Все руды черных металлов — смерзающиеся грузы, их перевозят навалом в открытом подвижном составе; хранят на открытых площадках, предварительно спланированных и забетонированных. Высота штабеля может достигать 6—8 м. При хранении не рекомендуется смешение сортов и засорение пылеобразующими материалами и посторонними предметами.

Руды серного колчедана представляют собой сернистые соединения железа желтоватого или зеленовато-серого цвета с металлическим блеском. Различают следующие основные сернистые соединения железа: серный колчедан (пирит), магнитный колчедан (пирротин) и медный колчедан (халькопирит).

В природе серный колчедан в чистом виде встречается редко, обычно он вырабатывается промышленностью при обогащении медных и полиметаллических руд. Полезной составной частью серного колчедана является двухсернистое железо, которое в чистом виде содержит 53,5 % серы и 46,5 % железа.

Большое содержание серы делает серный колчедан пригодным для непосредственной выплавки чугуна.

Это сырье применяется главным образом в химической промышленности для производства серной кислоты, а остающиеся после обжига продукты переработки — огарки в виде окиси железа — используют для выплавки чугуна.

Читайте также:  Что тяжелее серебро или металл

В зависимости от предварительной обработки и обогащения к перевозкам по железным дорогам предъявляют рядовой, сортированный, гранулированный и флотационный серный колчедан.

Гранулированный серный колчедан получают измельчением рядового, он содержит 35—50 % серы, обладает значительной твердостью и абразивностью, оказывает сильное истирающее действие на металлы.

Влажность гранулированного колчедана сохраняется почти без изменений при длительном хранении и транспортировании и составляет 2—4 %. Влажность окружающей среды не оказывает существенного влияния на влагоемкость серного колчедана.

Под воздействием атмосферных осадков увлажняется только поверхностный слой, который затем превращается в защитный; образуется белая пленка сульфидов. Флотационный серный колчедан вырабатывается при обогащении медных полиметаллических руд.

По химическому составу флотационный колчедан аналогичен рядовому и отличается только размерами фракций. У основной массы частиц (15— 80 %) размеры менее 0,1 мм. Влажность флотационного серного колчедана не более 4,5 %. При влажности менее 0,5 % (сухой колчедан) частицы груза имеют повышенную подвижность, что приводит к пылению. Увеличение влажности до 2—3 % уменьшает подвижность частиц, приводит к слеживаемости при длительном хранении.

Серные колчеданы хранят на чистых бетонированных площадках строго по классам и маркам. Штабели с колчеданом разных марок и классов должны быть разделены барьерами, не допускающими смешения.

Гранулированный серный колчедан обладает способностью измельчаться и распыляться при производстве погрузочно- разгрузочных работ, поэтому число перегрузочных операций должно быть минимальным.

При хранении серные колчеданы пожароопасны из-за большого содержания серы. Температура внутри штабеля не должна превышать 60 °С.

Перевозят серные колчеданы навалом в универсальных полувагонах с заделкой щелей кузова или в специальных полувагонах, обеспечивающих сохранность груза от протекания в щели. При перевозках в холодное время года необходимо проводить профилактику против смерзаемости.

Железорудные концентраты являются продуктами глубокого обогащения железосодержащих руд на горно-обогатительных комбинатах. Особая ценность этого вида рудного сырья заключается в большом содержании железа, которое в отдельных случаях достигает 90 %.

По гранулометрическому составу концентраты — тон- коизмельченная порошкообразная масса с размерами отдельных частиц 0,6—0,025 мм, причем основную массу концентратов (75 %) составляют частицы размером 0,05 мм и менее. Влажность концентратов составляет 1—15 %. Гранулометрический состав и влажность существенно влияют на объемную массу, а также на условия перевозки и хранения.

При небольшой влажности концентраты обладают свойствами сыпучих тел, легко просачиваются в неплотности и щели кузова вагона, выдуваются встречными потоками воздуха. При увеличении влажности концентраты в теплое время года прилипают к стенкам и днищу вагонов, а в холодное сильно смерзаются. Силы адгезии начинают проявляться при влажности 7 % и достигают максимума при 14 %.

Допускаемая влажность концентратов должна составлять зимой 1—2 %, летом 6—10 %. Перевозка осуществляется в специально приспособленных вагонах.

Железорудные концентраты хранят на открытых площадках. Атмосферная влага в период продолжительных дождей проникает только на глубину 20—30 см и не изменяет заводской влажности концентрата. Воздействие минусовых температур на штабель носит также поверхностный характер: промерзает слой в 40—50 см, а на глубине 1 м от поверхности сохраняется плюсовая температура (1—2°С).

Агломерат и окатыши — продукты специальной термической обработки мелкого рудного сырья и концентратов. Непосредственная загрузка доменной печи рудной мелочью и рудными концентратами не рекомендуется вследствие того, что восходящий поток газов в доменной печи выносит частицы размерами менее 3—4 мм, а работа на пылевидных рудах значительно увеличивает расход топлива.

Для поддержания оптимальных режимов работы доменной печи необходимо производить окускование или окомкование рудной мелочи и рудных концентратов.

Широко распространены два способа получения рудного сырья нужного гранулометрического и химического составов: процесс агломерации (спекания рудной мелочи и концентратов в куски) и процесс производства из железорудного концентрата окатышей — шариков определенного диаметра.

Процесс агломерации является непрерывным процессом. В начале технологической линии на агломерационную ленту укладывают специально подготовленную шихту, в состав которой, кроме рудной мелочи и железорудного концентрата, входят также колошниковая пыль, марганцевая пылевидная руда, флюсы и коксовая мелочь.

Коксовая мелочь под действием высокой температуры горящего газа выгорает, а остальные компоненты спекаются. Готовый агломерат выдается с технологической линии большими блоками с температурой около 800°С. Затем производится дробление, грохочение и охлаждение до температуры 100 °С.

Агломерат должен иметь высокую прочность, кусковатость, пористость и хорошую восстановимость при заданном химическом составе. Пористость агломерата изменяется от 20 до 50 %, причем сквозные поры обеспечивают оптимальные условия доменного процесса. Однако такая пористость снижает прочность агломерата.

В процессе перегрузочных работ и транспортирования происходит его измельчение и ухудшение качества. В связи с этим агломерационные фабрики, как правило, строят на территории металлургических заводов.

Внешние перевозки осуществляются по железной дороге на небольшие расстояния (300—400 км) в специализированных металлических хопперах (агловозах) в горячем состоянии (до 700 °С).

Наиболее ценное металлургическое сырье — окатыши. Процесс получения окатышей имеет две основные фазы: получение сырых шариков определенного диаметра (2—30 мм) и химического состава на специальных устройствах — окомкователях и последующий высокотемпературный обжиг.

Окатыванию целесообразно подвергать тонкие концентраты с основной массой частиц (75—90 %) размерами менее 0,044 мм. Для повышения прочности сырых окатышей в подготовленную к окомкованию шихту добавляют связующие присадки.

Если в шихту добавить коксовую мелочь, то при последующем обжиге часть железа восстановится до металла, и готовые окатыши могут содержать до 40 % металла, что значительно повышает ценность этого вида сырья.

Окатыши имеют значительно булыиую холодную прочность (прочность в холодном состоянии) и пониженную в сравнении с агломератом истираемость. Как физические, так и химические свойства окатышей достаточно стабильны и незначительно меняются в процессе длительного хранения, при перегрузочных и транспортных операциях.

МЕТАЛЛИ́ЧЕСКИЕ ПОЛЕ́ЗНЫЕ ИСКОПА́ЕМЫЕ

Авторы: Н. И. Ерёмин

МЕТАЛЛИ́ЧЕСКИЕ ПОЛЕ́ЗНЫЕ ИСКОПА́ЕМЫЕ (руды металлов) – группа твёрдых полезных ископаемых, содержащих металлы в количестве и формах, пригодных для рентабельного промышленного извлечения.

Являются основным исходным сырьём преимущественно горно-металлургического производства. В большинстве случаев это природные, обычно полиминеральные образования земной коры, представленные агрегатом рудных (ценных) и сопровождающих их других минералов.

К металлическим полезным ископаемым также относят многие техногенные образования – складированные отвалы горных выработок, отходы (хвосты) обогатительного, металлургического, химического и других производств, золу теплоэлектростанций и т. п., технологически доступные, экономически и экологически целесообразные для извлечения из них металлов.

Ценные (полезные) компоненты руд – металлы или их соединения – образуют собственные минералы либо находятся в качестве примесей в составе других минеральных образований.

Качество металлических полезных ископаемых определяется содержанием в них металла или его соединений [выделяют руды богатые, рядовые, бедные, убогие (забалансовые)], степенью и технологией его извлечения в конечный продукт с учётом потерь при добыче, обогащении (руды легко-, труднообогатимые, упорные) и металлургическом переделе, что связано с их минеральным и гранулометрическим составами, текстурно-структурными особенностями, физическими, химическими и техническими свойствами (твёрдость, прочность, трещиноватость, объёмная масса, температура плавления, магнитность, электропроводность, радиоактивность, растворимость, сорбционная способность и др.). Качество руд снижается при содержании в них вредных примесей. Металлические полезные ископаемые, содержащие несколько промышленных металлов, извлечение и раздельное использование которых экономически целесообразно и технологически возможно, относят к комплексным рудам. Их подразделяют на полиминеральные, состоящие из нескольких минералов (например, медно-молибденовая руда, содержащая халькопирит – $ce{CuFeS2}$ и молибденит – $ce{MoS2}$) и полиэлементные, в которых несколько металлов входят в состав одного минерала [например, золотосеребряная руда, содержащая электрум – AuAg; церийсодержащая титан-ниобиевая руда с лопаритом – $ce{(Ce,Na,Ca)2(Ti,Nb)2O6}$]. Разновидностью комплексных руд являются природно-легированные руды, обогащённые легирующими металлами, используемые как сырьё для выплавки специальных сортов чугунов, сталей и другой металлопродукции (например, ванадистый чугун, получаемый при металлургическом переделе ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд Качканарского железорудного района).

По химическому составу преобладающих минералов различают руды металлов – силикатные, кремнистые, оксидные, сульфидные, карбонатные и смешанные; по текстуре руд – массивные, полосчатые, пятнистые, прожилковые, вкрапленные и др.

; по структуре руд – равномерно- и неравномерно-зернистые, крупно-, средне- и мелкозернистые, оолитовые, радиально-лучистые и др.

Часто рудам дают названия, указывающие на минералы – концентраторы основных металлов; например, касситерит-сфалерит-галенитовая руда (оловянно-полиметаллическая), колумбит-танталитовая руда (ниобий-танталовая) и т. п.

В России по промышленному использованию выделяют руды чёрных ($ce{Fe, Mn, Cr}$), цветных ($ce{Al, Cu, Pb, Zn, Sn, Ni, Co, W, Mo, Ti, V, Bi, Hg, Sb}$), редких ($ce{Li, Rb, Cs, Be, Zr, Hf, Nb, Ta}$), в т. ч. редкоземельных ($ce{Y, Sc, La}$ и группа лантаноидов), благородных ($ce{Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru}$) и радиоактивных ($ce{U, Ra, Th}$) металлов.

Рассеянные металлы ($ce{Ge, Re, Tl, Cd, In, Ga, Se, Te}$), не имеющие собственных руд, извлекаются из отходов и продуктов передела руд цветных металлов. Нередко чёрные металлы объединяют с $ce{Ni, Co, W, Mo}$ под общим названием «чёрные и легирующие металлы», а среди цветных металлов выделяют $ce{Cu, Pb, Zn, Sn}$ под названием «базовые».

В зарубежной литературе редкие, в т. ч. редкоземельные, и рассеянные металлы рассматриваются совместно как «малые металлы и неметаллы»; их промышленное использование началось во 2-й пол. 20 в.

Читайте также:  Можно ли шлифовальной машинкой резать металл

Последними стали утилизировать редкоземельные элементы: они всё более широко используются в металлургии, оптике, микроэлектронике и других отраслях промышленности, включая оборонную.

В производственной деятельности выделяют сырую (добытую из недр) и товарную (подготовленную к металлургическому переделу) руду. Т. н. рудоподготовка включает дробление, сортировку, усреднение, обогащение и окускование руды.

Переработка руд с получением конечных продуктов – металлов и их соединений – осуществляется на предприятиях чёрной и цветной металлургии, горно-химических комбинатах атомной промышленности и других производствах.

Предметами торговли являются товарные руды и концентраты (например, железорудные окатыши), промежуточные продукты, или полупродукты (ферромарганец, силикомарганец и др.), металлы (например, черновая медь, рафинированная медь).

В сводной генетической классификации полезных ископаемых В. И.

Смирнова металлические полезные ископаемые фиксируются во всех группах эндогенной, экзогенной и метаморфогенной серий: магматической, пегматитовой, карбонатитовой, скарновой, альбитит-грейзеновой, гидротермальной, колчеданной, выветривания, россыпной, осадочной, метаморфизованной и метаморфической (Смирнов, 1982).

Руды одних металлов ($ce{Fe, Mn, Al, Cu, Sn, U}$ и др.) широко представлены в этой классификации, отражая разнообразные условия их формирования, руды других ($ce{Cr, Ni}$, металлы платиновой группы и др.) – фиксируются лишь в единичных группах и классах определённых обстановок рудогенеза.

Примером первых являются железные руды: магматические – титаномагнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые; карбонатитовые – апатит-магнетитовые и перовскит-титаномагнетитовые; скарновые – магнетитовые, гематитовые и магномагнетитовые; гидротермальные – сидеритовые и гематитовые; выветривания – гётит-гидрогётитовые и мартит-гидрогётитовые; осадочные оолитовые – гидрогётитового, гётитового, лептохлоритового или сидеритового состава; метаморфогенные железистые кварциты – магнетитовые, магнетит-гематитовые, мартитовые и др. Примером вторых являются магматические хромовые руды (хромиты), связанные с массивами ультрабазитовых и ультрабазит-базитовых пород.

Особая значимость металлических полезных ископаемых определяется получением из них металлов и их сплавов – одних из главных конструкционных, электротехнических, инструментальных и других материалов. В сплавах используют практически все известные металлы.

Намечается тенденция к снижению роли железа и возрастанию роли алюминия, магния, титана, циркония, металлов платиновой группы, редкоземельных элементов и др. Велика роль руд радиоактивных металлов – урана и тория – как энергетического сырья.

Многие виды металлических полезных ископаемых являются стратегическим сырьём, добыча, переработка и поставка (экспорт) которых контролируются правительствами ряда стран.

Гигантскими запасами руд ряда металлов обладают Австралия ($ce{Fe, Al, Zn, Pb, Ni, U}$), Китай ($ce{Sn, W, Mo, Sb}$, редкоземельные элементы), ЮАР ($ce{Mn, Cr, Au}$, металлы платиновой группы), США ($ce{Cu, Pb, Zn, Mo}$), Канада ($ce{Zn, U}$), Бразилия ($ce{Sn, Nb}$), Казахстан ($ce{Cr, U}$), Куба ($ce{Ni, Co}$), Украина ($ce{Mn}$), Гвинея ($ce{Al}$), Чили ($ce{Cu}$), Новая Каледония ($ce{Ni}$), Демократическая Республика Конго ($ce{Co}$). Россия, располагая крупными запасами руд $ce{Fe, Cu, Ni, Pb, Zn, W}$, редкоземельных элементов и многих других металлов, вынуждена импортировать бокситы и глинозём ($ce{Al2O3}$), товарные руды $ce{Mn, Cr}$ и др.

Железная руда: химическая формула, применения, сплавы на основе железа

Более трех тысячелетий лет назад человек начал искать железную руду и использовать ее в хозяйственных целях. На 5 % кора нашей планеты состоит именно из железа, поэтому ее не сложно добывать. По распространенности этот химический элемент располагается на четвертом месте среди всех элементов.

Что представляет собой железная руда?

В природных условиях техническое железо не существует, поэтому его всегда синтезируют из руды. От местонахождения руды зависит процентное соотношение железа. Как правило, в горной породе содержится от 15 % железа.

До нахождения железа в природе человек использовал бронзу и медь, которые по надежности и прочности уступают железу. Поэтому люди стали активно искать и использовать железную руду. Много столетий назад мастера умели отличать качество руды без анализа элементов.

Химическая формула железной руды

Железная руда состоит из окисей, гидратов окисей и углекислых солей закисей железа. Железо синтезируют из разных рудных металлов:

  • магнетита, или магнитного железняка (FeO);
  • гематита, или красного железняка (Fe2O3);
  • лимонита, или бурого железняка (Fe2O3*H2O).

Виды железной руды

В каждом виде горной породы процент железа неодинаков. Сырье по количеству металла в руде классифицируют на типы:

  • богатые (более 65 % металла);
  • умеренно богатые (60-65 %);
  • умеренные (45-60 %);
  • бедные (менее 45 %).

От типа сырья зависит технология и количество затрачиваемой энергии при получении железа. От этого зависит эффективность производства железной продукции.

Как называются сплавы на основе железа?

Сплав – это смесь, которая включает не только основной металл, но и дополнительные примеси. Соединения на основе железа называются черными металлами. К ним относится ряд сплавов на основе железа.

  1. Сталь – соединение углерода с другими химическими элементами. Содержание углерода может составлять до 2,14 %.
  2. Чугун – смесь углерода и марганца, фосфора или серы. Содержание углерода может составлять до 3,5 %.
  3. Перлит – соединение железа и углерода (до 0,8 %).
  4. Феррит – чистый материал, содержание углерода в котором составляет до 0,04 %.
  5. Аустенит — соединение с содержанием углерода до 2,14 %.

Производства, где используется железная среда, – основа цивилизации.

Способы получения железной руды

Железная руда залегает на разной глубине, поэтому для добычи применяются различные методы.

  1. Карьерный способ. Карьерный способ актуален для добычи руды, залегающей на глубине 200–300 м. С помощью экскаваторов руду извлекают из почвы, а затем дробленое сырье грузят и поставляют в специальные комбинаты.
  2. Шахтный метод. Шахтный метод актуален для железной руды, которая располагается на глубине до 900 м. Сначала пробивают створ шахты, от которого вдоль пластов разрабатывают штреки. Из шахт измельченное сырье передается с помощью транспортеров. Затем сырье помещают на машины и отправляют на специальные предприятия.
  3. Скважинная гидродобыча. Этот способ заключается в бурении скважины до пласта руды. Затем в створ проводят трубы, которые сильным напором воды измельчают руду. У этого способа небольшая эффективность, поэтому он применяется редко. Около 3 % руды добывается скважинной гидродобычей.

Местонахождение железной руды

Мировые запасы железной руды не безграничны. Сырье для синтеза железа не встречается на каждом углу. Территории, в которых располагаются большие запасы руд, называют месторождениями. Они классифицируются на типы.

  • Эндогенные месторождения – место с особенным положением в коре Земли. Часто они являются титаномагнетитовыми рудами. Внешне они напоминают линзы и пласты.
  • Экзогенные месторождения – расположение лимонита и др.
  • Метаморфогенные месторождения – расположение кварцитов и др.

В странах бывшего Советского Союза находятся огромные запасы железной руды. Большой процент горных пород находится в Украине, Российской Федерации и Казахстане. Также железная руда есть и в Бразилии, Канаде, Австралии, США и других государствах. Но некоторые страны испытывают дефицит железа в промышленностях, поэтому часто приходится импортировать сплавы.

Где применяется железная руда?

Железная руда – важнейшая смесь  металлов, на которой строится экономика государств. Железная руда нашла применение преимущественно в металлургии. Из нее получают различные сплавы.

Чистое железо – мягкое вещество, поэтому в производстве используют только смеси металлов. Сплавы на основе железа используют благодаря высокой прочности и способности противостоять коррозии. В них часто встречается углерод, играющий роль цемента в материале.

Чугун и сталь применяют в:

  1. машиностроении;
  2. военном деле;
  3. производстве ракет;
  4. строительстве;
  5. легкой промышленности;
  6. пищевой промышленности и других отраслях.

Самый распространенный сплав из железа – сталь. Изначально из нее изготавливали оружие. Это связано с особенными характеристиками материала – гибкостью, ковкостью и др. Сегодня этот высококачественный металл включает добавки, которые придают твердость, износоустойчивость и т. д.

Второй по распространенности сплав – чугун. Изначально этот материал считался бесполезным. Считалось, что он образуется при нарушении технологии получения стали. Чугун хрупок и непластичен, поэтому его часто выкидывали. Несколько десятков лет чугун совсем не использовался.

Особенные свойства железной руды до появления артиллерии и оружейного производства нашли применение в хозяйстве. В Индии из чугуна изготавливали гробы, а в Китае – чеканили монеты. Появление пушек связано с производством ядер, для этого нужна железная руда.

Таким образом, железная руда – важнейшее сырье, на котором строится все производство. Железная руда много столетий назад позволила человечеству шагнуть далеко вперед в промышленном развитии общества. То, что делают из железной руды, до сих пор используется в современной цивилизации. 

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector