на какой глубине находится железо в реальной жизни

10.08.202304.07.2023 admin 0 Comments

Железные руды: классификация, ценность, способы добычи и применение

Железные руды – это залегающие в земле полезные ископаемые, имеющие в своём составе железо в количестве достаточном для их добычи и промышленного освоения. Производимый из этих руд металл, является металлургической основой современной цивилизации. Используется он повсеместно в любом направлении человеческой деятельности: от освоения космоса, до изготовления обычных предметов повседневного пользования.

Классификация

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:

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

Железосодержащие месторождения обычно располагают следующими видами руд:

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

Факторы, определяющие ценность руд

Рентабельность разработки каждого конкретного месторождения объясняется целым набором условий:

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.

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.

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.

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:

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:

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 1200 0 C.

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.

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:

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:

Из крупнейших зарубежных месторождений можно выделить:

Мировые запасы

Топ мировых лидеров по запасам железных руд возглавляют:

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

Источник

ТОП-10: Интригующие факты о железе

Железо есть в центре Земли и даже в нашей крови. С этим металлом также связаны тайны, такие как исчезающее железо Земли и древние китайские гончары, создавшие редкий вид железа, который не могут повторить в современной лаборатории. Железо может казаться скучным, но оно появляется в самых странных местах: в виде крошечных шариков в головах птиц или рек расплавленного металла глубоко под землей. Железо также может вести себя странно, делая фрукты фиолетовыми и даже притворяясь драгоценным металлом, платиной.

Кислород является ключом к жизни на Земле, и понимание того, откуда он появился, может рассказать, как началась жизнь. Одна из самых больших загадок случилась 2,5–2,4 млрд. лет назад. В этот момент непонятно почему стал повышаться уровень кислорода. Лучшая подсказка в решении данной загадки была обнаружена в Западной Австралии. Здесь находятся полосчатые железные руды, относящиеся ко времени, когда атмосфера стала богатой кислородом.

Железная руда может содержать изотопы серы. Химия частиц может показать, как все происходило. В этом случае они могли бы дать четкий снимок самой ранней эволюции кислорода. Предыдущие исследования также показали, что у Восточной Пилбары (East Pilbara) более древняя история вулканизма, и что рост числа вулканов, возможно, способствовал образованию богатой кислородом атмосферы. К сожалению, изотопы находятся глубоко под землей и недоступны для обычных ученых. Если бы добыть образцы помогла какая-нибудь горнодобывающая компания, то они могли бы раскрыть историю того, как мир без кислорода становился все более готовым к зарождению жизни.

9. Фиолетовый апельсин

В 2018 году одна жительница Австралии разрезала апельсин. В течение нескольких часов на мякоти плода таинственным образом появились фиолетовые пятна. Странные кусочки апельсина унесли в лабораторию вместе с ножом, которым пользовалась хозяйка. Когда исследователи услышали, что муж женщины заточил лезвие одним или двумя днями ранее, они также забрали стальную точилку.

8. Почему руки пахнут как железные монеты

Обычно от монет на руках остается специфический запах. В 2006 году немецкие исследователи обнаружили, что металлический запах производится кожей человека. Во время исследования семь добровольцев вступали в контакт с железосодержащими предметами. После этого они сообщили, что их руки пахли металлом, и последующие пробы, взятые с кожи, обнаружили источник запаха. Это была молекула под названием 1-октен-2-один. Это органическое соединение образуется при разложении кожных масел.

7. Железные вулканы

Космические вулканы ведут себя странно. Например, есть планеты с криовулканами, которые вместо лавы извергают воду. В 2019 году в одной научной статье появилась ранее неизвестная разновидность вулкана. Хотя железных вулканов на Земле не существует, есть шанс, что когда-то они существовали на металлических астероидах в нашей Солнечной системе. В наши дни Солнечная система слишком холодная, чтобы на астероидах мог существовать расплавленный металл, но миллиарды лет назад все было по-другому. Некоторые астероиды начинались как маленькие планеты. В результате столкновений планетезимали обнажились до их ядер из жидкого металла. В процессе их затвердевания, на поверхности наблюдался вулканизм.

Интересно, что если бы вулканы извергали чистое железо, это выглядело бы иначе, чем то, к чему мы привыкли на Земле. Вместо жидкой лавы, текущей плотными потоками, железо, скорее всего, распространяется в виде тонких слоев с низкой вязкостью. Чтобы подтвердить возможность возникновения таких вулканов, ученым необходимо взглянуть на металлический астероид. В 2022 году НАСА планирует запустить космический аппарат для исследования Психеи, самого большого астероида этой группы. Поскольку корабль вернется назад только в 2026 году, доказательства существования железных вулканов придется подождать.

В последние годы три спутника обнаружили странную вещь. Их целью было изучение магнитного поля планеты, и эти спутники отследили необычные проявления магнитных всплесков под территорией Сибири и Аляски. Вскоре стало ясно, что этот магнитный поток движется. Причина движения оказалась удивительной. К Европе магнитные всплески толкала большая железная река. Расплавленный металл протекал на глубине 3 000 километров под поверхностью и достигал 420 километров в ширину. Река была почти такой же горячей, как поверхность Солнца, и странным образом ускорялась.

За последние 20 лет скорость смертоносной реки увеличилась почти втрое. Хотя причина ускорения остается неизвестной, возможно, это естественный процесс, который мы наблюдаем впервые. Изменения магнитного поля позволяют исследователям отслеживать движение потока, который в настоящее время ежегодно продвигается на 50 километров вперед. Если это на самом деле естественный процесс, то понимание его механизма может помочь нам предсказать будущие изменения магнитного поля Земли.

5. Аварийная настройка северного магнитного полюса

Фото: Smithsonian Magazine

Каждые пять лет Британская геологическая служба (British Geological Survey) и Национальное Управление Океанических и атмосферных исследований (NOAA) обновляют Мировую магнитную модель (МММ) Земли. Поскольку магнитный северный полюс находится в движении, калибровка сложных навигационных систем и простых компасов опирается на Мировую магнитную модель. Полюс приводится в движение непредсказуемыми магнитными силами, возникающими в железном ядре Земли. На протяжении веков магнитный полюс был у канадцев, но с 1860 года он скользил в сторону Сибири. Он преодолел 2414 километров и в 2017 году пересек международную линию смены дат. В 1980-х годах полюс смещался быстрее, но к моменту расчета последней МММ в 2015 году он замедлился. Следующий перерасчет МММ ожидается не раньше конца 2019 года.

Однако за несколько месяцев до дедлайна, ученые заметили, что замедление идет не так, как прогнозировалось. Движение полюса снова ускорилось, и он сдвинулся так резко, что NOAA и британская Геологическая служба выпустили первое «аварийное» обновление МММ. Хотя причина ускорения неясна, возможно, на него повлияли железная река в Канаде и мощное магнитное пятно в Сибири, тянущие полюс на восток.

4. Таинственные железные шарики

Когда стали известны масштабы миграции птиц, появился вопрос. Каким образом стаи птиц пролетают океаны и континенты, чтобы добраться до места назначения? В какой-то момент ученые поняли, что птицы используют для этого магнитное поле Земли. Однако это тоже озадачивало. Для того, чтобы это делать, птицы должны каким-то образом его обнаруживать. В 2013 году, у птиц нашли странную особенность, которая могла бы объяснить их знание о магнитном поле. В данном исследовании рассматривалось нечто, называемое волосковыми клетками. Они находятся внутри уха и улавливают шум и гравитацию. Невероятно, но, когда исследователи увеличили масштаб, они обнаружили, что в каждой клетке есть железный шарик.

Земное железо исчезает, и никто не знает почему. В прошлом причиной были вулканы. Эта теория предполагает, что железо поглощал минерал под названием магнетит, когда оно становилось доступным в расплавленной под землей горной породе. Истощение железа происходит с большей скоростью там, где земная кора толстая. Если бы железо «крал» магнетит, то в зонах, где его мало, железа должно было быть больше.

2. Железо, которое ведет себя как платина

Фото: Smithsonian Magazine

1. Редкое химическое соединение в древних сосудах

Керамика Цзянь (Jian) была произведена в Китае во времена династии Сун (Song). Между 960 и 1279 годами такие чаши стали высоко цениться. Любители чая, особенно из Японии, оценили их способность сохранять тепло. Кроме того, эти сосуды были прекрасны. Покрытую темной глазурью поверхность украшали узоры, называемые «заячьей шерстью», «пятнами куропаток» или «масляными пятнами». Дизайн был обусловлен тем, что в глазурь добавили расплавленное железо. В 2014 году проанализировали химический состав и микроструктуру керамики Цзянь. Исследование показало невероятное. В чашах, особенно с дизайном «масляные пятна», содержался высокий уровень чистого оксида железа эпсилон-фазы.

Ученые ищут это соединение днем с огнем. Оно обещает нам магниты, которые мощнее, нетоксичны и устойчивы к коррозии, что позволит получить более качественную электронику. Этот оксид железа также удешевит производство таких магнитов. Однако все попытки создать чистый оксид железа эпсилон-фазы потерпели неудачу. Глазурь Цзянь может раскрыть рецепт редкого соединения, которое в один прекрасный день исследователи надеются успешно воспроизвести.

Источник

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

Железные руды: классификация, ценность, способы добычи и применение

Классификация

Железные руды классифицируются по целому ряду признаков.

Железосодержащие месторождения обычно располагают следующими видами руд:

Продукция черной металлургии.

Подводя итог в теме «железная руда: что из нее делают», нужно перечислить четыре основных продукта черной металлургии:

Факторы, определяющие ценность руд

Рентабельность разработки каждого конкретного месторождения объясняется целым набором условий:

Область использования

Сфера применения руды ограничена металлургическим производством. Она является основным сырьем для производства чугуна и различных сплавов. Таким образом, из руды делают различные металл. Однако еще 2 тысячи лет назад люди поняли, что в чистом виде железо незначительно превосходит бронзу в твердости. В результате был открыт сплав железа и углерода, который называется сталь или чугун. В первом типе материала содержится 0,1−2,14% углерода.

Следует заметить, что длительное время чугун не использовался для производства предметов. Металлурги прошлого считали его браком из-за низкой пластичности. Лишь после изобретения пушек этот материал начали применять для производства ядер. Сегодня ситуация серьезно изменилась, и чугун используется в различных областях. Лидером в черной металлургии является Китай. Эта страна значительно превосходит другие государства в производстве чугуна и сталей. При этом ведущими экспортерами являются Австралия и Бразилия.

Мировой экономике требуется все больше сырья, и во многих странах месторождения железной руды активно разрабатываются. Однако развитые государства зачастую предпочитают сократить объем собственного производства, предпочитая экспортировать относительно недорогой материал. Хотя мировые запасы железа и кажутся огромными, они все же не являются неисчерпаемыми.