Для чего используется железная руда

Содержание:

Отрасль черной металлургии – железорудная промышленность – занимается добычей и переработкой железной руды, чтобы затем это полезное ископаемое превратилось в чугун и сталь. Так как железо является довольно распространенным элементом, получают его только из тех горных пород, в которых его больше.

Это минеральное образование человечество научилось добывать и обрабатывать позднее всего, видимо потому, что железная руда мало похожа на металл. Сейчас же без железа и стали сложно представить себе современный мир: транспортная, строительная отрасль, сельское хозяйство и многие другие сферы не могут обойтись без металла. О том, как и во что превращается железная руда в процессе несложных химических процессов, пойдет речь далее.

Виды железных руд.

Железная руда различается по количеству содержащего в ней железа. Она бывает богатой, в которой его больше 57%, и бедной – от 26%. Бедные руды используются в промышленности только после их обогащения.

По происхождению руду делят на:

  • Магматогенную – руда, получившаяся в результате действия высоких температур.
  • Экзогенную – осадок в морских бассейнах.
  • Метаморфогенную – образовавшуюся в результате действия высокого давления.

Железные руды также разделяют на:

  • красный железняк, который является наиболее распространенной и в то же время наиболее богатой на железо рудой;
  • бурый железняк;
  • магнитный;
  • шпатовый железняк;
  • титаномагнетит;
  • железистый кварцит.

Все они содержат разное количество железа (26–70%), вредные примеси в виде серы или фосфора и пустую породу.

Этапы металлургического производства.

Ответ на главный вопрос статьи «железная руда: что из нее делают» очень прост: из железных руд добывают сталь, чугун, сталистые чугуны и железо.

При этом металлургическое производство начинается с добычи основных компонентов для производства металлов: каменного угля, железной руды, флюсов. Затем на горно-обогатительных комбинатах добытую железную руду обогащают, избавляясь от пустых пород. На специальных заводах занимаются подготовкой коксующихся углей. В доменных цехах руда превращается в чугун, из которого затем производят сталь. А сталь, в свою очередь, превращается в готовый продукт: трубы, листовую сталь, прокат и прочее.

Производство черных металлов условно делят на две стадии, в первой из них получают чугун, во второй чугун преобразовывают в сталь.

Процесс производства чугуна.

Чугун – это сплав углерода и железа, в который также входят марганец, сера, кремний, фосфор.

Чугун производят в доменных печах, в которых железная руда восстанавливается из оксидов железа при больших температурах, при этом отделяется пустая порода. Флюсы используют для уменьшения температуры плавления пустой породы. В доменную печь загружают руду, флюсы и кокс слоями.

В нижнюю часть печи подается нагретый воздух, поддерживающий горение. Так происходит череда химических процессов, в результате которых получают расплавленный чугун и шлак.

Полученный чугун бывает разных видов:

  • передельный, используемый в производстве стали;
  • ферросплав, который применяют также в качестве добавок при производстве стали;
  • литейный.

Производство стали.

Практически 90% всего добываемого чугуна является передельным, то есть он используется в производстве стали, которую получают в мартеновских или электрических печах, в конвекторах. При этом появляются новые методы получения стали:

  • электроннолучевая плавка, которая используется для получения особо чистых металлов;
  • вакуумирование стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • рафинирование стали.

В стали, если сравнивать его с чугуном, меньше кремния, фосфора и серы, то есть при получении стали нужно уменьшить их количество с помощью окислительной плавки, производимой в мартеновских печах.

Мартен представляет собой печь, в которой над плавильным пространством сгорает газ, создавая необходимую температуру от 1700 до 1800°C. Раскисление проводят с помощью ферромарганца и ферросилиция, затем на заключительном этапе – при помощи ферросилиция и алюминия в сталеразливочном ковше.

Сталь более высокого качества производят в индукционных и дуговых электропечах, в которых температура выше, поэтому на выходе получают тугоплавкую сталь. На первом этапе производства стали происходит окислительный процесс с помощью воздуха, кислорода и оксида шихты, на втором – восстановительный, заключающийся в раскислении стали и удалении серы.

Читайте также:  Перепаять аккумулятор для шуруповерта

Продукция черной металлургии.

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

  • передельный чугун, который от стали отличается лишь повышенным содержанием углерода (свыше 2%);
  • литейный чугун;
  • стальные слитки, которые подвергают обработке давлением для получения проката, используемого, например, в железобетонных конструкциях, прокат становится трубами и другими изделиями;
  • ферросплавы, которые применяются в производстве стали.

Первое железо известное человечеству носило космическое происхождение, а, точнее говоря, метеоритное. Как инструментальный материал оно стало использоваться примерно 4 тыс. лет до нашей эры. Технология выплавки металла несколько раз появилась на свет и терялась в результате войн и смут, но, как считают историки, первыми освоили выплавку хетты.

Стоит отметить, что речь идет о сплавах железа с небольшим количеством примесей. Химически чистый металл стало возможным получить лишь с появлением современных технологий. Данная статья расскажет вам в подробностях об особенностях производства металла методом прямого восстановления, кричном, губчатого, сыродутного, горячебрикетированного железа, коснемся изготовления хлорного и чистого вещества.

Железная руда

Для начала стоит рассмотреть способ производство железа из железной руды. Железо – элемент весьма распространенный. По содержанию в земной коре металл занимает 4 место среди всех элементов и 2 среди металлов. В литосфере железо представлено обычно в виде силикатов. Наибольшее его содержание отмечено в основных и ультраосновных породах.

Практически все горные руды содержат какую-то толику железа. Однако разрабатываются лишь те породы, в которых доля элемента имеет промышленное значение. Но и в этом случае количество пригодных для разработки минералов более чем велико.

  • Прежде всего, это железняк – красный (гематит), магнитный (магнитит) и бурый (лимонит). Это сложные оксиды железа с содержанием элемента в 70–74%. Бурый железняк чаще встречается в корах выветривания, где формирует так называемые «железные шляпы» толщиной до нескольких сот метров. Остальные имеют в основном осадочное происхождение.
  • Очень распространен сульфид железа – пирит или серный колчедан, однако железной рудой он не считается и идет на производство серной кислоты.
  • Сидерит – карбонат железа, включает до 35%, это руда средняя по содержанию элемента.
  • Марказит – включает до 46,6%.
  • Миспикель – соединение с мышьяком и серой, содержит до 34,3% железа.
  • Леллингит – включает всего 27,2% элемента и считается рудой бедной.

Минеральные породы классифицируют по доле железа таким образом:

  • богатые – с содержанием металла более, чем 57%, с долей кремнезема менее 8–10%, и примесью серы и фосфора менее 0,15%. Такие руды не обогащаются, сразу отправляются на производство;
  • руда со средним содержанием включает не менее 35% вещества и нуждается в обогащении;
  • бедные железные руды должны содержать не менее 26%, и тоже обогащаются перед отправкой в цех.

Общий технологический цикл производства железа в виде чугуна, стали и проката рассмотрен в этом видео:

Разработка месторождений

Существует несколько методов добычи руды. Применяют тот, который находят наиболее экономически целесообразным.

  • Открытый способ разработки – или карьерный. Рассчитан на неглубокое залегание минеральной породы. Для добычи выкапывают карьер глубиной до 500 м и шириной, зависящей от мощности месторождения. Железную руду извлекают из карьера и транспортируют машинами, рассчитанными на перевозку тяжелых грузов. Как правило, так добывают именно богатую руду, так что необходимости в ее обогащении не возникает.
  • Шахтный – при залегании породы на глубине 600–900 м, бурят шахты. Такая разработка куда более опасна, поскольку связана со взрывными подземными работами: обнаруженные пласты взрывают, а затем собранную руду транспортируют наверх. При всей своей опасности этот метод считается более эффективным.
  • Гидродобыча – в этом случае бурят скважины на определенную глубину. В шахту спускают трубы и подают воду под очень большим давлением. Водная струя дробит породу, а затем железную руду поднимают на поверхность. Скважинная гидродобыча мало распространена, так как требует больших затрат.

Далее рассмотрены технология, процессы изготовления железа.

Технологии производства железа

Все металлы и сплавы разделяют на цветные (вроде никеля, олова, цинка, меди и т.п.) и черные. К последним относятся чугун и сталь. 95% всех металлургических процессов приходится на черную металлургию, железо используется повсеместно.

Несмотря на невероятное разнообразие получаемых сталей технологий изготовления не так уж много. Кроме того, чугун и сталь – это не совсем 2 разных продукта, чугун – обязательная предварительная стадия получения стали.

Читайте также:  Приспособление для заточки ножей профиль

Классификация продукции

И чугун, и сталь относят к сплавам железа, где легирующим компонентом выступает углерод. Доля его невелика, но он придает металлу очень высокую твердость и некоторую хрупкость. Чугун, поскольку содержит больше углерода, более хрупкий, чем сталь. Менее пластичен, но отличается лучшей теплоемкостью и стойкостью к внутреннему давлению.

Чугун получают при доменной плавке. Различают 3 вида:

  • серый или литейный – получают методом медленного остывания. Сплав содержит от 1,7 до 4,2% углерода. Серый чугун хорошо обрабатывается механическими инструментами, прекрасно заполняет формы, поэтому его используют для производства литьевых изделий;
  • белый – или передельный, получают при быстром остывании. Доля углерода – до 4,5%. Может включать дополнительные примеси кремния, графита, марганца. Белый чугун отличается твердостью и хрупкостью и в основном применяется для выплавки стали;
  • ковкий – включает от 2 до 2,2% углерода. Производится из белого чугуна путем длительного прогревания отливок и медленного длительного охлаждения.

Сталь может включать не более 2% углерода, получают ее 3 основными способами. Но в любом случае суть сталеварения сводится к отжигу нежелательных примесей кремния, марганца, серы и так далее. Кроме того, если получают легированную сталь, то в процессе изготовления вводят дополнительные ингредиенты.

По назначению сталь разделяют на 4 группы:

  • строительная – применяют в виде проката без термической обработки. Это материал для сооружения мостов, каркасов, изготовления вагонов и так далее;
  • машиностроительная – конструкционная, относится к категории углеродистой стали, включает не более 0,75% углерода и не более 1,1% марганца. Используется для производства разнообразных машинных деталей;
  • инструментальная – также углеродистая, но с низким содержанием марганца – не более 0,4%. Из нее производят разнообразный инструмент, в частности, металлорежущий;
  • сталь специального назначения – к этой группе относят все сплавы с особыми свойствами: жаропрочная сталь, нержавеющая, кислотоупорная и так далее.

Предварительный этап

Даже богатую руду перед выплавкой чугуна необходимо подготовить – освободить от пустой породы.

Россия – земля, которую природа щедро одарила таким минеральным богатством как железная руда. Чтобы хотя бы примерно оценить это везение, достаточно представить роль металлических предметов в нашей жизни и перекинуть логический мостик к категориям производства.

Недаром времена, когда они только вошли в жизнь людей сотни веков назад, изменения в укладе и сознании человечества оказались настолько велики, что эпоха эта стала именоваться «железным веком».

Что такое железная руда и как она выглядит

Образования в земной коре, содержащие железо в более или менее чистом виде или его соединения с другими веществами: кислородом, серой, кремнием и др.

Рудой такие залежи называются тогда, когда добыча ценного вещества в промышленных масштабах является экономически выгодной.

Видов подобных минеральных образований очень много. Видовой лидер геологической породы – красный железняк или по-гречески гематит. Название в переводе с греческого означает «кроваво-красный», имеет химическую формулу – Fe2O3.

Оксид железа отличается сложным цветом от черного до вишневого и красного. Непрозрачный, может быть в пылевом состоянии и плотным (во втором случае обладает поверхностным блеском).

Разнообразен по форме – встречается в виде зерна, чешуек, кристаллов и даже розового бутона.

Образование железной руды

По происхождению в природе можно классифицировать полезные для человека железосодержащие минералы на несколько основных групп:

  1. Магматогенные образования — формируются под воздействием высоких температур.
  2. Экзогенные — зародились в речных долинах в результате осадков и выветривании горных пород.
  3. Метаморфогенные — образуются на базе старых осадочных месторождений от высокого давления и жара.

Эти группы в свою очередь делятся на многочисленные подвиды.

Виды железных руд и их характеристики

С экономической точки зрения их классифицируют прежде всего по содержанию железа:

  1. Высокое – более 55%. Это не природные образования, а уже промышленный полуфабрикат.
  2. Среднее. Пример — аглоруда. Получают из богатого железом природного сырья через механическое воздействие.
  3. Низкое – менее 20%. Это полученные в результате магнитного сепарирования.

Экономически немаловажно и место добычи руд:

  1. Линейные — залегают в местах углублений земной поверхности, самые богатые железом, с малым содержанием серы и фосфора.
  2. Плоскоподобные — в природе формируются на поверхности железосодержащих кварцитов.

По геологическим параметрам, помимо гематитов, широко распространены и активно используются:

  1. Бурый железняк (nFe2O3 + nH2O) – окись металла с участием воды на основе, обычно, лимонитов. Характерного грязно-желтоватого цвета, рыхлый, пористый. Ценного металла содержится от четверти до полсотни процентов. Немного — но вещество хорошо восстанавливается. Обогащается для дальнейшего изготовления хорошего чугуна.
  2. Магнитный железняк, магнетит — природный оксид железа (Fe3O4). Распространены меньше гематитовых, но зато железа в них бывает более 70%. Бывают плотными и зернистыми, в виде вкрапленных в породу кристаллов, черно-синего цвета. Изначально соединение обладает магнитными свойствами, воздействие высоких температур их нивелирует.
  3. Шпатовый железняк, содержащий сидерит FeCO3.
  4. В руде бывает большая доля глины, тогда это глинистый железняк. Редкий вид с относительно низким железо-содержанием и пустотами.
Читайте также:  Как сделать интернет провод

Месторождения железной руды в России

Самое крупное месторождение в мире – Курская магнитная аномалия. Природное творение настолько грандиозное, что к его осознанию шли с конца 16 века. Навигационные приборы сходили с ума от мощи электрического поля, воздействующего из-под земли на протяжении более 150 квадратных километров. Рудные запасы исчисляются миллиардным тоннажем.

В Оленегорском месторождении под Муромском разрабатываются залежи магнетитовых кварцитов.

На Кольском полуострове добывают магнетит, оливин, апатит и магнезиоферрит из Еиско-Ковдорского скопления, много рудников в Карелии на территории Костомукшского месторождения.

Одно из старейших мест добычи руды, которое можно обнаружить на карте России, расположено в Свердловской области. Оно поставляет материал с конца 18 столетия и называется Качканарская группа месторождений.

Наследие семьи предпринимателей петровской эпохи Демидовых активно преобразуется. В конце 20 века здесь стали разрабатывать Гусевогорское рудное скопление.

Запасы железной руды в мире

После грандиозного скопления под Курском самое масштабное явление среди подобных на мировой географической карте – полоса железных залежей Криворожского месторождения в Украине.

Карта месторождений железной руды в мире (для увеличения нажмите)

Далее по убыванию следует ресурс магнетитов на территории в районе шведского города Кируна – подарок вулканов, живших в древнейшие времена.

Богатства Лотарингского железорудного бассейна делят между собой три европейские страны – Франция, Люксембург и Бельгия.

В Северной Америке крупные рудники работают в Ньюфаундленде, Бель-Айленде и под Лабрадор-Сити. В Южной — места, богатые рудой, назвали Итабира и Каражас.

На северо-востоке Индии также имеются внушительные запасы руды, а на африканском континенте ее добывают в гвинейском городе Конакри.

Список распределения по странам выглядит так:

Добыча железной руды

Первый критерий способов добычи – где ведутся работы:

  1. На земле: когда ископаемые залегают не более, чем в полукилометре от поверхности. В этом случае экономически выгоднее (и дороже для экологии) разрыть гигантские карьеры посредством взрывных работ и специальной техники. Это открытый способ добычи.
  2. Под землей: большая погруженность руды в земные недра требует создания шахты. Закрытый способ добычи не так травматичен для экологической системы, но более трудоемкий и опасный для человека.

Извлеченную руду транспортируют на комбинат, где сырье измельчают для последующего обогащения. Происходит оттягивание железа из химических соединений с другими элементами.

Иногда для этого приходится пройти не один, а несколько процессов:

  1. Гравитационная сепарация (частицы руды из-за разной физической плотности распадаются за счет механического воздействия на материал – дробления, вибрации, вращения и отсеивания).
  2. Флотация (окисление равномерно измельченного сырья воздухом, присоединяющим к себе металл).
  3. Магнитная сепарация:
    • примесь смывают потоком воды, а металл оттягивают магнитом – получается рудный концентрат;
    • продукт магнитной сепарации проходит флотацию – сырье выявляет еще половину железа в чистом виде.
    • Комплексный метод: использование всех указанных выше процессов, иногда и несколько раз.

    Полученное в итоге горячебрикетированное железо отбывает на электрометаллургический комбинат, где принимает вид металлической заготовки стандартных форм или по индивидуальному заказу до 12 метров. А чугун отправляется в доменное производство.

    Применение железной руды

    Использование по прямому назначению – изготовление чугуна и стали.

    А уж делают из них великое разнообразие самых разных вещей, окружающих нас: автомобили, офисная техника, трубопроводы, посуда и станки, художественная ковка и различные инструменты.

    Заключение

    Запасы железной руды обозначается на картах в виде равнобедренного треугольника с широким основанием черного цвета. Знак передает всю суть черной металлургии: это устойчивая основа современной производственной экономики, которую по-прежнему большинство финансистов считают истинной – в противоположность различным криптовалютным рынкам.