Odrůdy železných rud. Železné rudy jsou základem moderní výroby
Magnetit | ||
Magnomagnetit |
(Mg,Fe) O Fe203 | |
titanomagnetit* | ||
hydrogoethit (limonit) | ||
* Magnetit s izomorfní příměsí titanu nebo homogenní pevný roztok magnetitu a ulvo-spinel. Ilmenomagnetit je často klasifikován jako titanomagnetit - magnetit s produkty rozkladu ilmenitu v pevném roztoku. |
6. Z hlediska počtu celkových (k 1. lednu 2003 - 100 miliard tun - 16,1 % světa) a prozkoumaných (56,1 miliard tun - 18,6 % světa) zásob železné rudy je Rusko trvale na prvním místě v world , plně uspokojuje své potřeby surovin železné rudy a ročně vyváží významné objemy komerčních železných rud, koncentrátů, pelet a horkého briketovaného železa.
7. Ložiska železné rudy průmyslového významu jsou velmi rozmanitá. Jsou známy v endogenních, exogenních a metamorfogenních horninových komplexech. S ohledem na genezi je obvyklé rozlišovat následující hlavní průmyslové typy.
8. Vyvřelá ložiska:
a) titanomagnetit a ilmenit-titanomagnetit, což jsou zóny koncentrovaného šíření (se schlierenovými a žilnými čočkovitými segregacemi) magnetitů obsahujících vanad a titan v intruzích gabro-pyroxenit-dunit, gabro, gabro-diabas a gabro- anorthozitní útvary (Kachkanarskoye, Kopanskoye, Pervouralskoye na Urale, Pudozhgorskoye v Karélii, Chineyskoye v oblasti Chita, ložiska komplexu Bushveld v Jižní Africe, Rowtivara, Taberg ve Švédsku, Allard Lake (Lac-Tio) v Kanadě atd.) ;
b) baddeleyit-apatit-magnetit, tvořící řadu čočkovitých a žilkovitých těles v ultrabazických alkalických intruzích s karbonatity (Kovdorskoe na poloostrově Kola, Palabora v Jižní Africe).
Titanové magnetitové a baddeleyitové-apatitové-magnetitové rudy představují 6,6 % prokázaných světových zásob a 5,6 % komerční produkce rud. V Rusku představují 12,9 % zásob a 18,2 % komerční produkce rudy.
9. Metasomatická ložiska (ložiska skarnovo-magnetitových rud) jsou v různé míře zastoupena mineralizovanými skarny a skarnoidy, tvořící složitá plošná a čočkovitá ložiska magnetitových rud v sedimentárních, vulkanicko-sedimentárních a metamorfovaných horninách (Sokolovskoje, Sarbaiskoje, Kacharskoje v Kazachstánu, Vysokogorskoje, Goroblagodatskoje a další na Uralu, Teyskoje v Krasnojarském území a další v Taezhnoe, Desovskoye v Jakutsku; Skarn-magnetitové rudy tvoří 9,5 % prokázaných světových zásob a 8,3 % komerční produkce rudy. Na rudy tohoto typu v Rusku připadá 12,2 a 12,9 %.
10. Hydrotermální ložiska:
a) geneticky spojené s pastmi a reprezentované žilno-sloupcovými ložisky různých složitých tvarů magnetitových rud v sedimentárních, pyroklastických horninách a pastích (Korshunovskoe, Rudnogorskoe, Neryundinskoe, Kapaevskoe, Tagarskoe ve východní Sibiři);
b) hydrotermálně-sedimentární siderit, hematit-siderit, reprezentovaný plošnými, žilnatými a čočkovitými souhláskovými a řeznými ložisky sideritových, hematit-sideritových (ve svrchních horizontech oxidovaných) rud v sedimentárních horninách (bakalskoje rudní pole ve vr. Ural, Berezovskoye v oblasti Chita, Huenza, Bou Kadra, Zakkar Beni Saf v Alžírsku, Bilbao ve Španělsku).
Podíl rud tohoto typu na prozkoumaných zásobách a produkci komerčních rud ve světě je nevýznamný a nepřesahuje 1 % v Rusku je to 5,4 % v zásobách a 2,9 % v těžbě komerčních rud.
11. Vulkanogenně-sedimentární ložiska - přizpůsobivé vrstvy a čočky hematitových, magnetito-hematitových a hematito-magnetitových rud ve vulkanogenně-sedimentárních horninách (Západní Karazhalskoje v Kazachstánu, Kholzunskoje na Altaji). Podíl rud tohoto typu na prozkoumaných zásobách a produkci komerčních rud ve světě je nevýznamný. Taková ložiska v Rusku dosud nebyla vyvinuta.
12. Sedimentární mořská ložiska vzniklá v mořských pánvích a reprezentovaná slabě dislokovanými vrstevními ložisky leptochloritových a hydrogoethitových oolitických rud v mořských terrigeno-karbonátových mezo-cenozoických sedimentech (Kerčská železnorudná pánev na Ukrajině, Ajatskoje v Kazachstánu, ložiska hnědé lotrinské rudy povodí železné rudy (ve Francii, Belgii, Lucembursku), Velké Británii, Německu, provincii Newfoundland v Kanadě a oblasti Birmingham v USA). Podíl rud tohoto typu v prokázaných zásobách ve světě je 10,6%, v produkci komerčních rud - 8,9%. V Rusku taková ložiska nebyla prozkoumána ani vyvinuta.
13. Sedimentární kontinentální ložiska vytvořená v povodích řek nebo jezer a reprezentovaná plošnými a čočkovitými ložisky leptochloritových a hydrogoethitových oolitických rud ve fosilních říčních sedimentech (Lisakovskoje v Kazachstánu). Podíl rud tohoto typu na prozkoumaných zásobách a produkci komerčních rud ve světě je nevýznamný. V Rusku taková ložiska nebyla prozkoumána ani vyvinuta.
14. Metamorfované železité křemence jsou rozšířeny na starých štítech, plošinách a na některých středních masivech fanerozoických zvrásněných oblastí. Většina z nich je raného proterozoika a archea; Mnohem méně častá jsou ložiska pozdního proterozoika a raného paleozoika. Železné křemence tvoří obrovské železnorudné pánve. Ložiska kvarcitové rudy v nalezištích jsou obvykle velké velikosti: kilometry podél úderu, tloušťka několika set nebo desítek metrů. Charakteristický listovitým tvarem rudných těles, jemně páskovanými texturami a podobným minerálním složením rud na různých ložiskách (povodí Krivoj Rog na Ukrajině, v Rusku - ložiska magnetické anomálie Kursk, Olenegorskoje na poloostrově Kola, Kostomuksha v Karélii, Tarynnakhskoye a Gorkitskoye v Jakutsku, v Austrálii - povodí Hamersley, v Brazílii - oblast Carajas a „železný čtyřúhelník“, v USA - oblast Hořejšího jezera, v Kanadě - Labradorský žlab, v Číně - Anshan- povodí Benxi atd.). Velká a unikátní ložiska, snadná těžba rud, možnost povrchové těžby ve velkých lomech pomocí výkonné těžební a dopravní techniky je umožňují považovat je za příznivé cíle pro těžbu železné rudy ve všech pánvích světa. Podíl rud tohoto typu na prozkoumaných zásobách a těžbě obchodních rud ve světě přesahuje 60 % v Rusku, v zásobách je to 55,9 %, v těžbě obchodních rud – 64,5 %.
15. Ložiska zvětralinových krust, reprezentovaná bohatými hydrohematit- a siderit-magnetitovými, martit-magnetitovými rudami, vznikají při přeměně železitých křemenců v důsledku supergenních procesů. V souladu s tím jsou ve svém rozšíření spojeny s oblastmi a oblastmi vývoje železitých křemenců, omezených na plošné a lineární zvětrávací kůry, které se podél nich vyvíjejí (Michajlovskoje, Jakovlevskoje, Gostiščevskoje, Vislovskoje, Razumenskoje v Rusku, bohatá naleziště rud Krivoj Rog na Ukrajině, oblasti železné rudy Austrálie, Brazílie, Indie, USA). Ložiska tohoto typu představují 12,5 % prokázaných ruských zásob a 1,3 % komerční produkce rudy. Celkově podíl ložisek posledních dvou typů - železitých kvarcitů a na nich vyvíjejících se polygenních bohatých železných rud - činí 70,9 % prozkoumaných zásob a 74,4 % produkce obchodovatelných rud ve světě, tzn. jedná se o nejvýznamnější průmyslové typy ložisek. Podíl rud posledních dvou typů ložisek v Rusku je 68,4 % v zásobách a 65,8 % v těžbě komerčních rud.
16. Ostatní supergenní železné rudy:
a) hnědé železné rudy spojené se zvětrávajícími krustami sideritů (skupiny ložisek Bakalskaja a Zigazino-Komarovskaja na Uralu, Berezovskoje v oblasti Čita);
b) přerušovaná plášťovitá ložiska chromniklových goethit-hydrogoethitových rud, běžná ve zvětrávací kůře ultrabazických hornin (lateritové rudy Kuby, Filipín, Indonésie, Guineje, Mali, na Uralu - Serovskoje a ložiska Orsk- Khalilovsky region). Takové rudy jsou obvykle legovány niklem a kobaltem.
Podíl ostatních supergenních železných rud na prokázaných zásobách ve světě je 2,4 %, v těžbě komerčních rud - 2,0 %, v Rusku 1,1 a 0,2 %.
17. Minerální složení železných rud je v závislosti na podmínkách vzniku extrémně rozmanité, což do značné míry určuje jejich průmyslovou hodnotu. Železné rudy se dělí na 11 hlavních průmyslových typů (tab. 2).
Dnes je těžké si představit život bez oceli, ze které je vyrobeno mnoho věcí kolem nás. Základem tohoto kovu je železo, získané tavením rudy. Železná ruda se liší původem, kvalitou a způsobem těžby, což určuje proveditelnost její těžby. Železná ruda se také liší svým minerálním složením, procentem kovů a nečistot a také užitečností samotných přísad.
Železo jako chemický prvek je součástí složení mnoha hornin, ne všechny jsou však považovány za suroviny pro těžbu. Vše závisí na procentuálním složení látky. Konkrétně se železo týká nerostných útvarů, ve kterých objem užitečného kovu umožňuje jeho těžbu ekonomicky proveditelnou.
Těžba těchto surovin začala před 3000 lety, protože železo umožnilo vyrábět kvalitnější trvanlivé produkty ve srovnání s mědí a bronzem (viz). A už v té době řemeslníci, kteří měli hutě, rozlišovali druhy rudy.
Dnes se pro další tavení kovů těží tyto druhy surovin:
- Titan-magnetit;
- Apatit-magnetit;
- magnetit;
- magnetit-hematit;
- Goethit-hydrogoethit.
Železná ruda je považována za bohatou, pokud obsahuje alespoň 57 % železa. Ale vývoj lze považovat za proveditelný na úrovni 26 %.
Železo v horninovém složení je často ve formě oxidů, zbývající přísady jsou oxidy křemičité, síra a fosfor.
Všechny v současnosti známé druhy rud byly vytvořeny třemi způsoby:
- Magmatický. Takové rudy vznikly v důsledku vystavení vysokým teplotám magmatu nebo dávné vulkanické činnosti, to znamená tavení a mísení jiných hornin. Takovými minerály jsou tvrdé krystalické minerály s vysokým procentem železa. Rudná ložiska vyvřelého původu jsou obvykle spojována se starými horskými pásmy, kde se roztavená látka přibližovala k povrchu.
Proces vzniku vyvřelých hornin je následující: tavenina různých minerálů (magma) je velmi tekutá látka, a když se v místech zlomů tvoří trhliny, vyplňuje je, ochlazuje a získává krystalickou strukturu. Tak vznikly vrstvy s magmatem zamrzlým v zemské kůře.
- Metamorfický. Takto se přeměňují sedimentární typy minerálů. Proces je následující: když se jednotlivé části zemské kůry pohybují, některé její vrstvy obsahující potřebné prvky spadají pod horniny pod ní. V hloubce jsou náchylné na vysokou teplotu a tlak horních vrstev. Během milionů let takové expozice zde dochází k chemickým reakcím, které přeměňují složení výchozího materiálu a krystalizují látku. Pak při dalším pohybu skončí kameny blíže k povrchu.
Železná ruda tohoto původu obvykle neleží příliš hluboko a má vysoké procento užitečného kovového složení. Například světlým příkladem je magnetická železná ruda (až 73-75 % železa).
- Sedimentární. Hlavními „pracovníky“ v procesu tvorby rudy jsou voda a vítr. Ničení vrstev hornin a jejich přesun do nížin, kde se hromadí ve formě vrstev. Navíc voda jako činidlo může modifikovat zdrojový materiál (vyluhovat). V důsledku toho vzniká hnědá železná ruda - drobivá a drobivá ruda obsahující od 30 % do 40 % železa, s velkým množstvím různých nečistot.
Vlivem různých způsobů vzniku se suroviny často ve vrstvách mísí s jíly, vápenci a vyvřelinami. Někdy se mohou na jednom poli mísit ložiska různého původu. Nejčastěji však převažuje některý z uvedených typů plemen.
Po vytvoření přibližného obrazu procesů probíhajících v určité oblasti pomocí geologického průzkumu jsou určeny možné lokality s výskytem železných rud. Stejně jako např. kurská magnetická anomálie nebo pánev Krivoj Rog, kde v důsledku magmatických a metamorfních vlivů vznikaly průmyslově cenné druhy železných rud.
Těžba železné rudy v průmyslovém měřítku
Lidstvo začalo těžit rudu již velmi dávno, ale nejčastěji se jednalo o nekvalitní surovinu s výraznými sirnými příměsmi (usazené horniny, tzv. „bažinaté“ železo). Rozsah vývoje a tavby se neustále zvyšoval. Dnes byla vybudována celá klasifikace různých ložisek železných rud.
Hlavní typy průmyslových ložisek
Všechna ložiska rud jsou rozdělena do typů v závislosti na původu horniny, což zase umožňuje rozlišit hlavní a vedlejší železnorudné oblasti.
Hlavní typy průmyslových ložisek železné rudy
Patří mezi ně následující vklady:
- Ložiska různých druhů železných rud (železité křemence, magnetické železné rudy), vzniklé metamorfní metodou, která umožňuje těžit rudy velmi bohaté na složení. Ložiska jsou obvykle spojena s dávnými procesy tvorby hornin v zemské kůře a leží na útvarech zvaných štíty.
Krystalický štít je útvar ve tvaru velké zakřivené čočky. Skládá se z hornin vzniklých při formování zemské kůry před 4,5 miliardami let.
Nejznámější ložiska tohoto typu jsou: Kursk Magnetic Anomaly, Krivoy Rog Basin, Lake Superior (USA/Kanada), provincie Hamersley v Austrálii a oblast železné rudy Minas Gerais v Brazílii.
- Ložiska vrstevnatých sedimentárních hornin. Tato ložiska vznikla v důsledku sedimentace sloučenin bohatých na železo, které jsou přítomny v minerálech zničených větrem a vodou. Pozoruhodným příkladem železné rudy v takových ložiskách je hnědá železná ruda.
Nejznámějšími a nejrozsáhlejšími ložisky jsou Lotrinsko ve Francii a Kerčská pánev na stejnojmenném poloostrově (Rusko).
- Skarnová ložiska. Obvykle je ruda vyvřelého a metamorfovaného původu, jejíž vrstvy byly po vzniku přemístěny v době vzniku hor. To znamená, že železná ruda, která se nachází ve vrstvách v hloubce, byla během pohybu litosférických desek rozdrcena do záhybů a přesunuta na povrch. Taková ložiska se často nacházejí ve složených oblastech ve formě vrstev nebo sloupků nepravidelného tvaru. Vznikl magmaticky. Zástupci těchto ložisek: Magnitogorskoye (Ural, Rusko), Sarbaiskoye (Kazachstán), Iron Springs (USA) a další.
- Ložiska titan-magnetitové rudy. Jejich původ je vyvřelý, nejčastěji se vyskytují na výchozech prastarého skalního podloží – štítech. Patří sem pánve a pole v Norsku, Kanadě, Rusku (Kachkanarskoye, Kusinskoye).
Sekundární ložiska zahrnují: apatit-magnetit, magno-magnetit, siderit, ložiska feromanganu vyvinutá v Rusku, evropských zemích, na Kubě a další.
Zásoby železné rudy ve světě - přední země
Dnes jsou podle různých odhadů prozkoumána ložiska o celkovém objemu 160 miliard tun rudy, ze kterých lze získat asi 80 miliard tun kovu.
US Geological Survey uvádí údaje, podle kterých Rusko a Brazílie tvoří asi 18 % světových zásob železné rudy.
Pokud jde o zásoby železa, lze identifikovat následující vedoucí země:
Obrázek světových zásob rud vypadá takto:
Většina těchto zemí je také největšími vývozci železné rudy. Obecně se objem prodaných surovin pohybuje kolem 960 milionů tun ročně. Největšími dovozci jsou Japonsko, Čína, Německo, Jižní Korea, Tchaj-wan, Francie.
Do těžby a prodeje surovin se obvykle zabývají soukromé společnosti. Například největší u nás jsou Metallinvest a Evrazholding, vyrábějící celkem asi 100 milionů tun železnorudných produktů.
Podle odhadů téhož US Geological Survey objemy těžby a produkce neustále rostou, ročně se vytěží asi 2,5-3 miliardy tun rudy, což snižuje její hodnotu na světovém trhu.
Přirážka na 1 tunu je dnes přibližně 40 USD. Rekordní cena byla zaznamenána v roce 2007 – 180 $/tunu.
Jak se těží železná ruda?
Vrstvy železné rudy leží v různých hloubkách, což určuje, jak se těží z podloží.
Způsob kariéry. Nejběžnější způsob těžby se používá při nálezu ložisek v hloubce cca 200-300 metrů. K rozvoji dochází pomocí výkonných rypadel a zařízení na drcení hornin. Poté se naloží k přepravě do zpracovatelských závodů.
Moje metoda. Důlní metoda se používá pro hlubší vrstvy (600-900 metrů). Zpočátku je proražena mina, ze které se podél vrstev vyvíjejí závěje. Odkud je drcená hornina dodávána „do hory“ pomocí dopravníků. Ruda z dolů se také posílá do zpracovatelských závodů.
Hydraulická výroba vrtů. Nejprve se pro vrtnou hydraulickou těžbu provede vrt do horninové vrstvy. Poté se do terče přivedou trubky a ruda se rozdrtí silným tlakem vody pro další těžbu. Ale dnes má tato metoda velmi nízkou účinnost a používá se poměrně zřídka. Touto metodou se například těží 3 % surovin a 70 % těžební metodou.
Po vytěžení se musí materiál železné rudy zpracovat, aby se získala hlavní surovina pro tavení kovů.
Vzhledem k tomu, že složení rud kromě potřebného železa obsahuje mnoho nečistot, je pro dosažení maximálního užitečného výtěžku nutné horninu očistit přípravou materiálu (koncentrátu) pro tavení. Celý proces se provádí v těžebních a zpracovatelských závodech. Různé druhy rud mají své vlastní metody a způsoby čištění a odstraňování zbytečných nečistot.
Například technologický řetězec pro obohacování magnetických železných rud je následující:
- Zpočátku ruda prochází stupněm drcení v drtících zařízeních (například čelisťových drtičích) a je přiváděna dopravním pásem do separační stanice.
- Pomocí elektromagnetických separátorů se oddělují části magnetické železné rudy od odpadních hornin.
- Poté je rudná hmota transportována k dalšímu drcení.
- Drcené nerosty se přesouvají na další čistící stanici, tzv. vibrační síta, kde se užitková ruda prosévá a odděluje se od lehké hlušiny.
- Dalším stupněm je násypka jemné rudy, ve které se vibracemi oddělují drobné částice nečistot.
- Následné cykly zahrnují další přidání vody, mletí a průchod rudné hmoty kalovými čerpadly, která spolu s kapalinou odstraňují nepotřebný kal (odpad) a opět drcení.
- Po opakovaném čištění čerpadly jde ruda na tzv. síto, kde se minerály opět čistí gravitační metodou.
- Opakovaně vyčištěná směs je vedena do dehydratátoru, který odstraňuje vodu.
- Vysušená ruda jde opět do magnetických separátorů a teprve poté do plynokapalinové stanice.
Hnědá železná ruda se čistí podle trochu jiných principů, ale podstata se nemění, protože hlavním úkolem benefice je získat ty nejčistší suroviny pro výrobu.
Výsledkem obohacování je koncentrát železné rudy, který se používá při tavení.
Co se vyrábí ze železné rudy - využití železné rudy
Je jasné, že železná ruda se používá k získávání kovu. Ale před dvěma tisíci lety si metalurgové uvědomili, že železo je ve své čisté formě spíše měkký materiál, jehož výrobky jsou o něco lepší než bronz. Výsledkem byl objev slitiny železa a uhlíku – oceli.
Uhlík pro ocel hraje roli cementu, zpevňuje materiál. Obvykle taková slitina obsahuje od 0,1 do 2,14 % uhlíku a více než 0,6 % již tvoří ocel s vysokým obsahem uhlíku.
Dnes se z tohoto kovu vyrábí obrovský seznam výrobků, zařízení a strojů. Vynález oceli však souvisel s rozvojem puškařství, ve kterém se řemeslníci snažili získat materiál s trvanlivými vlastnostmi, ale zároveň s vynikající pružností, kujností a dalšími technickými, fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Dnes má vysoce kvalitní kov i další přísady, které jej legují a dodávají mu tvrdost a odolnost proti opotřebení.
Druhým materiálem, který se vyrábí ze železné rudy, je litina. Jde také o slitinu železa a uhlíku, která obsahuje více než 2,14 %.
Litina byla dlouho považována za neužitečný materiál, který se získával buď při porušení technologie tavení oceli, nebo jako vedlejší kov usazující se na dně tavicích pecí. Většinou byl vyhozen a nedá se vykovat (je křehký a prakticky není tažný).
Před nástupem dělostřelectva se snažili litinu do domácnosti doplňovat různými způsoby. Například ve stavebnictví se z něj vyráběly základové bloky, v Indii se vyráběly rakve a v Číně se zpočátku dokonce razily mince. Nástup děl umožnil použití litiny pro odlévání dělových koulí.
Dnes se litina používá v mnoha průmyslových odvětvích, zejména ve strojírenství. Tento kov se také používá k výrobě oceli (otevřené nístějové pece a Bessmerova metoda).
S rostoucí výrobou je potřeba stále více materiálů, což přispívá k intenzivní těžbě. Vyspělé země však považují za vhodnější dovážet relativně levné suroviny, čímž se snižuje objem jejich vlastní produkce. To umožňuje hlavním exportním zemím zvýšit produkci železné rudy s jejím dalším obohacováním a prodejem jako koncentrát.
Železnou rudu začali lidé těžit před mnoha staletími. Už tehdy byly výhody používání železa zřejmé.
Najít minerální útvary obsahující železo je poměrně snadné, protože tento prvek tvoří asi pět procent zemské kůry. Celkově je železo čtvrtým nejrozšířenějším prvkem v přírodě.
Je nemožné jej nalézt v čisté formě; železo se v určitých množstvích nachází v mnoha typech hornin. Největší obsah železa má železná ruda, z níž je těžba kovu ekonomicky nejvýhodnější. Množství železa, které obsahuje, závisí na jeho původu, jehož normální podíl je asi 15 %.
Chemické složení
Vlastnosti železné rudy, její hodnota a vlastnosti přímo závisí na jejím chemickém složení. Železná ruda může obsahovat různá množství železa a dalších nečistot. V závislosti na tom existuje několik typů:
- velmi bohaté, když obsah železa v rudách přesahuje 65 %;
- bohaté, procento železa se pohybuje od 60 % do 65 %;
- průměr, od 45 % a více;
- chudé, ve kterém procento užitečných prvků nepřesahuje 45 %.
Čím více vedlejších produktů je v železné rudě, tím více energie je potřeba na její zpracování a tím méně efektivní je výroba hotových výrobků.
Složení horniny může být kombinací různých minerálů, odpadních hornin a dalších vedlejších produktů, jejichž poměr závisí na jejím uložení.
Magnetické rudy se vyznačují tím, že jsou založeny na oxidu, který má magnetické vlastnosti, ale při silném zahřátí se ztrácí. Množství tohoto typu horniny v přírodě je omezené, ale obsah železa v něm může být stejně dobrý jako červená železná ruda. Navenek to vypadá jako pevné černo-modré krystaly.
Železná ruda je rudná hornina na bázi sideritu. Velmi často obsahuje značné množství jílu. Tento druh horniny je v přírodě poměrně obtížné najít, a proto se pro nízký obsah železa používá jen zřídka. Proto je nelze zařadit mezi průmyslové druhy rud.
Kromě oxidů obsahuje příroda další rudy na bázi silikátů a uhličitanů. Množství obsahu železa v hornině je velmi důležité pro její průmyslové využití, ale důležitá je také přítomnost prospěšných vedlejších prvků, jako je nikl, hořčík a molybden.
Aplikace
Rozsah použití železné rudy je téměř zcela omezen na metalurgii. Používá se především pro tavení litiny, která se těží pomocí otevřených nístějových nebo konvertorových pecí. Dnes se litina používá v různých oblastech lidské činnosti, včetně většiny typů průmyslové výroby.
Neméně používané jsou různé slitiny na bázi železa – nejpoužívanější je ocel díky své pevnosti a antikorozním vlastnostem.
Litina, ocel a různé další slitiny železa se používají v:
- Strojírenství, pro výrobu různých strojů a zařízení.
- Automobilový průmysl, pro výrobu motorů, skříní, rámů a dalších komponentů a dílů.
- Vojenský a raketový průmysl, ve výrobě speciálního vybavení, zbraní a raket.
- Konstrukce, jako výztužný prvek nebo konstrukce nosných konstrukcí.
- Lehký a potravinářský průmysl, jako jsou kontejnery, výrobní linky, různé jednotky a zařízení.
- Těžební průmysl jako speciální stroje a zařízení.
Ložiska železné rudy
Světové zásoby železné rudy jsou omezené co do množství a umístění. Území akumulace rudných zásob se nazývají ložiska. Dnes se ložiska železné rudy dělí na:
- Endogenní. Vyznačují se zvláštním umístěním v zemské kůře, obvykle ve formě titanomagnetitových rud. Tvary a umístění takových inkluzí jsou různé, mohou mít podobu čoček, vrstev umístěných v zemské kůře ve formě usazenin, vulkanických usazenin, ve formě různých žil a jiných nepravidelných tvarů.
- Exogenní. Tento typ zahrnuje ložiska hnědých železných rud a dalších sedimentárních hornin.
- Metamorfogenní. Mezi které patří ložiska křemence.
Ložiska takových rud lze nalézt po celé naší planetě. Největší počet ložisek je soustředěn na území postsovětských republik. Zejména Ukrajina, Rusko a Kazachstán.
Velké zásoby železa mají země jako Brazílie, Kanada, Austrálie, USA, Indie a Jižní Afrika. Téměř každá země na zeměkouli má přitom svá rozvinutá ložiska, v případě jejich nedostatku se plemeno dováží z jiných zemí.
Zužitkování železné rudy
Jak již bylo řečeno, existuje několik druhů rud. Bohaté se dají zpracovat přímo po vytěžení ze zemské kůry, jiné je potřeba obohatit. Kromě procesu zušlechťování zahrnuje zpracování rudy několik fází, jako je třídění, drcení, separace a aglomerace.
Dnes existuje několik hlavních způsobů obohacování:
- Splachování.
Slouží k čištění rud od vedlejších produktů v podobě jílu nebo písku, které se vymývají pomocí vysokotlakých vodních paprsků. Tato operace umožňuje zvýšit množství obsahu železa v nekvalitní rudě přibližně o 5 %. Proto se používá pouze v kombinaci s jinými typy obohacení.
- Gravitační čištění.
Provádí se pomocí speciálních typů suspenzí, jejichž hustota přesahuje hustotu odpadní horniny, ale je nižší než hustota železa. Pod vlivem gravitačních sil stoupají vedlejší produkty nahoru a železo klesá na dno suspenze.
- Magnetická separace.
Nejběžnější beneficiační metoda, která je založena na různých úrovních vnímání rudných složek vlivu magnetických sil. Takové oddělení může být provedeno se suchou horninou, mokrou horninou nebo v alternativní kombinaci jejích dvou stavů.
Pro zpracování suchých a mokrých směsí se používají speciální bubny s elektromagnety.
- Flotace.
Pro tuto metodu se drcená ruda ve formě prachu ponoří do vody s přídavkem speciální látky (flotační činidlo) a vzduchu. Pod vlivem činidla se železo spojuje se vzduchovými bublinami a stoupá k hladině vody, zatímco odpadní hornina klesá ke dnu. Komponenty obsahující železo se shromažďují z povrchu ve formě pěny.
Železná ruda je přírodní minerální útvar, který obsahuje železo v množství nezbytném pro jeho průmyslovou těžbu. Železná ruda se skládá z různých oxidů, oxidu uhličitého a rudných minerálů. Mezi posledními je důležité vyzdvihnout ty nejdůležitější - magnetit a železný lesk, stejně jako hnědou a červenou železnou rudu. Bažinaté a jezerní rudy jsou součástí hnědé železné rudy a sferosiderit je jednou z odrůd jizvy.
Rudné minerály v přírodě se mísí s minerály bez železa ve složení, jako je jíl nebo vápenec. Existuje také kombinace s vyvřelými krystalickými horninami.
Jsou známy případy, kdy byla nalezena akumulace výše uvedených minerálů na jednom ložisku, přesto však stále převládal specifický typ minerálu, jiné jsou s ním prostě geneticky příbuzné.
Po získání obecné představy o tom, z čeho se skládá železná ruda, je nutné specifikovat všechna získaná data.
Je vhodné začít s magnetickou železnou rudou. Představuje tedy vzorec oxid Fe 2O4 a oxid železnatý. Jeho čistá forma obsahuje asi 72 % kovového železa, ale taková čistá forma je velmi vzácná kvůli tomu, že se do ní přidávají různé nečistoty. Jedná se především o rudy jiných kovů: např. zinkové směsi nebo pyrity mědi nebo sirné pyrity. Horniny doprovázející magnetickou železnou rudu jsou chlorit, živec a řada dalších hornin. Magnetickou železnou rudu lze považovat za jednu z nejrozvinutějších rud, protože v přírodě se její ložiska nacházejí jak ve vrstvách a hnízdech, tak v místech skalních vyvřelin i v celých skalních útvarech.
Další věcí, kterou je třeba studovat, je Fe 2 O3, neboli bezvodý oxid železa, jinými slovy lesk železa. Obsahuje asi 69 – 70 % kovu a je jednou z nejčistších železných rud. Vyskytuje se ve formě souvislých vrstev, dále v rulách a břidlicích.
Červená železná ruda, obvykle hustý a sloupcový oxid železa, je zdrojem ložisek železa a také jedním z hlavních zdrojů pro tavení oceli a litiny.
Hnědá železná ruda je ruda, z níž více než polovinu představuje hydratovaný oxid železa. Hnědé železné rudy obsahují různé nečistoty, někdy i škodlivé látky, například síru, mangan nebo fosfor. Tato železná ruda se nachází velmi často, ale velikost ložisek je velmi malá.
Složením nejbližší hnědým železným rudám jsou považovány bažiny a železné rudy, které tvoří v jezeře a bažině zbytky oxidu železa, jílu a písku ve formě kulatých „koláčů“. Železa v takových rudách je asi 40 - 45% a pro svou tavitelnost slouží jako zdroj železa nepříliš kvalitního.
Sparitová železná ruda, která se vyskytuje v nově vzniklých sedimentárních formacích, s příměsí jílu nebo uhlíkatých látek, obsahuje o několik procent více kovového železa.
Když už mluvíme o metodách těžby rudy, je třeba zmínit několik možností. Volba konkrétní technologie závisí především na ekonomické a technické proveditelnosti akce.
Řadu let zůstává nejpoužívanější tzv. otevřená metoda, jejíž podstatou je vybudování lomu a použití specializovaného zařízení. Je třeba také chápat, že tato metoda může být racionálně použita pro nepříliš hluboká ložiska.
Pro hlubší ložiska je vhodná metoda vrtné hydraulické těžby, při které se vrtá poměrně hluboký vrt. Do této studny je spuštěna trubka s vodním monitorem a prochází proud vody, jehož účelem je drcení horniny. Poté ruda stoupá ze země.
Obsah železa v průmyslových rudách se pohybuje od 16 do 72 %. Mezi užitečné nečistoty patří Ni, Co, Mn, W, Mo, Cr, V atd. a mezi škodlivé nečistoty patří S, R, Zn, Pb, As, Cu. Podle geneze se železné rudy dělí na a (viz mapa).
Základní železné rudy
Průmyslové typy železných rud jsou klasifikovány podle převládajícího rudního minerálu. Magnetitové rudy jsou složeny z magnetitu (někdy magnesian - magnomagnetit, často martitizovaný - přeměněný na hematit během procesu oxidace). Jsou nejcharakterističtější pro karbonatitová, skarnová a hydrotermální ložiska. Apatit a baddeleyit jsou současně extrahovány z ložisek karbonatitu a pyrit obsahující kobalt a sulfidy neželezných kovů jsou extrahovány z ložisek skarnu. Zvláštním typem magnetitových rud jsou komplexní (Fe-Ti-V) titanomagnetitové rudy magmatických ložisek. Hematitové rudy, složené převážně z hematitu a v menší míře i magnetitu, jsou běžné ve zvětrávací kůře železitých kvarcitů (martitických rud), ve skarnu, hydrotermálních a vulkanicko-sedimentárních rudách. Bohaté hematitové rudy obsahují 55-65% Fe a až 15-18% Mn. Sideritové rudy se dělí na krystalické sideritové rudy a jílové železné rudy; jsou často magnéziové (magnosiderity). Nacházejí se v hydrotermálních, sedimentárních a vulkanicko-sedimentárních ložiskách. Průměrný obsah Fe v nich je 30-35%. Po pražení sideritových rud se v důsledku odstranění CO 2 získávají jemně porézní koncentráty oxidu železa obsahující 1-2 %, někdy až 10 % Mn. V oxidační zóně se sideritové rudy mění na hnědé železné rudy. Křemičité železné rudy jsou složeny ze železitých chloritanů (, leptochloritů atd.), někdy doprovázených hydroxidy železa. Tvoří sedimentární ložiska. Průměrný obsah Fe v nich je 25-40%. Příměs síry je nepatrná, fosfor do 1%. Často mají oolitickou texturu. V kůře zvětrávání přecházejí v hnědé, někdy červené (hydrohematit) železné rudy. Hnědé železné rudy jsou složeny z hydroxidů železa, nejčastěji hydrogoethitu. Tvoří sedimentární ložiska (mořská i kontinentální) a ložiska zvětrávací kůry. Sedimentární rudy mají často oolitickou texturu. Průměrný obsah Fe v rudách je 30-35%. Hnědé železné rudy některých ložisek (Bakalskoye v CCCP, Bilbao ve Španělsku atd.) obsahují až 1-2 % Mn nebo více. Přirozeně legované hnědé železné rudy, vzniklé ve zvětrávacích krustách ultramafických hornin, obsahují 32-48 % Fe, do 1 % Ni, do 2 % Cr, setiny procenta Co, V. Z takových rud se chromnikl lit. železo a nízkolegovaná ocel se taví bez přísad. (, železité) - chudé a střední na obsah železa (12-36 %) metamorfované železné rudy, složené z tenkých střídavých křemenných, magnetitových, hematitových, magnetito-hematitových a sideritových vrstev, místy s příměsí silikátů a karbonátů. Vyznačují se nízkým obsahem škodlivých nečistot (S a R - setiny procenta). Ložiska tohoto typu mají obvykle unikátní (přes 10 miliard tun) nebo velké (přes 1 miliardu tun) zásoby rud. V kůře zvětrávání je oxid křemičitý odnášen a objevují se velká ložiska bohatých hematit-martitických rud.
Největší zásoby a objemy těžby jsou v prekambrických železitých křemencích a z nich vzniklé bohaté železné rudy sedimentární hnědé železné rudy, stejně jako skarnové, hydrotermální a karbonátové magnetitové rudy.
Zužitkování železné rudy
Existují bohaté (přes 50 % Fe) a chudé (méně než 25 % Fe) rudy, které vyžadují. Pro kvalitativní charakteristiky bohatých rud je důležitý obsah a poměr nekovových nečistot (struskotvorných složek), vyjádřený koeficientem zásaditosti a křemíkovým modulem. Na základě velikosti koeficientu zásaditosti (poměr součtu obsahů oxidů vápníku a hořčíku k součtu křemíku a oxidů) se železné rudy a jejich koncentráty dělí na kyselé (méně než 0,7), samotavné (0,7). -1,1) a základní (více než 1,1 ). Nejlepší jsou samotavné rudy: kyselé rudy ve srovnání se zásaditými rudami vyžadují zavedení zvýšeného množství vápence (tavidla) do vsázky vysoké pece. Podle modulu křemíku (poměr obsahu oxidu křemičitého k oxidu hlinitému) je použití železných rud omezeno na typy rud s modulem pod 2. Mezi nekvalitní rudy, které vyžadují zušlechťování, patří titanomagnetit, magnetit a magnetit křemence s obsahem magnetitu Fe větším než 10-20 %; martit, hematit a hematitové křemence s obsahem Fe vyšším než 30 %; sideritové, hydrogoethitové a hydrogoethit-leptochloritové rudy s obsahem Fe vyšším než 25 %. Dolní mez celkových a magnetitových obsahů Fe pro každé ložisko s přihlédnutím k jeho rozsahu, těžebním a ekonomickým podmínkám je stanovena normami.
Rudy, které vyžadují užitek, se dělí na snadno užitkové a obtížně užitkové, což závisí na jejich minerálním složení a texturních a strukturních vlastnostech. Mezi snadno zpracovatelné rudy patří magnetitové rudy a magnetitový křemen, mezi obtížně zpracovatelné rudy železné rudy, u kterých je železo při drcení spojeno s kryptokrystalickými a koloidními formacemi, není možné pro jejich extrémně malé množství odhalit rudní minerály velikost a jemné srůstání s nekovovými minerály. Volba metod obohacování je dána minerálním složením rud, jejich texturními a strukturními vlastnostmi, jakož i povahou nekovových minerálů a fyzikálními a mechanickými vlastnostmi rud. Magnetitové rudy se obohacují magnetickou metodou. Použití suché a mokré magnetické separace zajišťuje výrobu kvalitních koncentrátů i při relativně nízkém obsahu železa v původní rudě. Pokud jsou v rudách komerční obsahy hematitu, spolu s magnetitem se používají metody obohacování magnetickou flotací (pro jemně rozptýlené rudy) nebo magneticko-gravitační (pro hrubě rozptýlené rudy). Pokud magnetitové rudy obsahují průmyslová množství apatitu nebo sulfidů, mědi a zinku, borových minerálů a dalších, pak se k jejich extrakci z magnetického separačního odpadu používá flotace. Schémata obohacení pro titanomagnetitové a ilmenit-titanové magnetitové rudy zahrnují vícestupňovou mokrou magnetickou separaci. Za účelem separace ilmenitu na titanový koncentrát se vlhký magnetický separační odpad obohacuje flotací nebo gravitací, po které následuje magnetická separace v poli s vysokou intenzitou.
Schémata zhodnocování magnetitových křemenců zahrnují drcení, drcení a magnetické obohacování s nízkým polem. Obohacování oxidovaných železitých křemenců lze provádět magnetickými (v silném poli), pražením, magnetickými a flotačními metodami. Pro obohacování hydrogoethit-leptochloritových oolitických hnědých železných rud se rovněž provádí gravitační nebo gravitačně-magnetická (v silném poli) metoda obohacování těchto rud metodou magnetického pražení. Jílový hydrogoethit a (balvanité) rudy se obohacují praním. Zužitkování sideritových rud se obvykle dosahuje pražením. Při zpracování železitých kvarcitů a skarn-magnetitových rud se obvykle získávají koncentráty s obsahem Fe 62-66%; v upravených koncentrátech mokré magnetické separace od apatit-magnetitových a magnetitových rud železa alespoň 62-64 %; Pro elektrometalurgické zpracování se vyrábějí koncentráty s obsahem Fe nejméně 69,5 %, Si02 nejvýše 2,5 %. Gravitační koncentráty a gravitačně magnetické obohacení oolitických hnědých železných rud jsou považovány za standardní s obsahem Fe 48-49 %; Jak se zlepšují způsoby obohacování, zvyšují se požadavky na rudné koncentráty.
Většina železných rud se používá k tavení železa. Malé množství slouží jako přírodní barvy (okry) a zatěžovací prostředky pro vrtání jílových roztoků.
Zásoby železné rudy
Z hlediska zásob železné rudy (bilance – přes 100 miliard tun) je CCCP na 1. místě na světě. Největší zásoby železné rudy v CCCP jsou soustředěny na Ukrajině, v centrálních oblastech RSFSR, v severním Kazachstánu, na Uralu, na západní a východní Sibiři. Z celkových prozkoumaných zásob železné rudy je 15 % bohatých a nevyžadují obohacování, 67 % je obohaceno pomocí jednoduchých magnetických obvodů, 18 % vyžaduje složité způsoby obohacování.
KHP, Severní Korea a CPB mají značné zásoby železné rudy, dostatečné pro rozvoj vlastní metalurgie železa. Viz také