Определение понятий металлической руды, руд черных и цветных металлов, их классификация и основные месторождения. Методы получения полезного элемента химическим путем: концентрирование, подземного выщелачивания, восстановление, электролиз, рафинирование.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.04.2014 |
| Размер файла | 12,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Металлические руды и их классификация
Металлическая руда – это полезное ископаемое, содержащее ценные металлы в количествах, которые выгодны для промышленной переработки.
К чёрным металлам относят железо, марганец, хром, титан, ванадий. Месторождения железных руд классифицируют как промышленные при содержании металла не менее нескольких десятков миллионов тонн и неглубоком залегании рудных тел. В крупных месторождениях содержание железа исчисляется сотнями миллионов тонн. Больше всего руды (в млн. т) добывается в Китае (250), Бразилии (185), Австралии (более 140), России (78), США и Индии (по 60) и на Украине (45).
Классификация руд черных металлов:
ь Гематитовые руды (красные железняки) представляют собой оксид железа с содержанием железа 51. 66%, влаги — 1,6. 7%.
ь Магнетитовые руды (магнитные железняки) представляют собой сложные оксиды железа. Содержание железа колеблется в пределах 50. 60 %, влаги — 2. 12 %.
ь Бурые железняки – руды гидроксида железа. Среднее содержание железа 30-55 %, влаги 8-18 %.
ь Железный колчедан (пирит, серный колчедан) — руда золотисто-желтого цвета с металлическим блеском, содержит до 44% железа и до 52% серы. руда металл цветной месторождение
Цветные металлы делятся на две основные группы:
· легкие (алюминий, магний, титан);
· тяжелые (медь, цинк, свинец, никель, кобальт).
Среди легких цветных металлов по объемам производства и потребления резко преобладает алюминий. Россия располагает крупными запасами руд цветных металлов. Отличительной их особенностью является чрезвычайно низкий процент содержащегося в них металла. Поэтому руды почти всех цветных металлов подвергаются обогащению. Основные запасы размещаются на территории Урала, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока и других районов страны.
Классификация руд цветных металлов:
ь Ферромарганец – сплав, содержащий более 10% железа и менее 10% марганца
ь Хромовая руда содержит 13-61% хрома, 4-25% алюминия, 7-24% железа, 10-32% магния и другие компоненты
ь Бокситные руды содержат 50.-60% глинозема, в составе кото¬рого имеется до 37 % алюминия.
ь Глинозем — продукт переработки бокситов, полидисперсный порошок белого цвета, благодаря высокому содержанию оксида алюминия является основным сырьем для алюминиевой промыш¬ленности.
Методы получения полезного элемента химическим путем.
Многие руды содержат нежелательные материалы, например глину и гранит, их еще называют пустыми породами. Таким образом, извлечения металла заключается в удалении этой пустой породы.
· 2. Метод подземного выщелачивания
Метод добычи полезного ископаемого избирательным растворением его химическими реагентами в рудном теле на месте залегания с извлечением на поверхность. ПВ применяется для добычи цветных металлов.
Извлечения металлов таким способом заключается в восстановлении их руд до металлического состояния. Металлы, существующие в природе в виде оксидных руд, могут быть восстановлены при помощи углерода или оксида углерода.
Металлы, принадлежащие к верхней части ряда напряжений, обычно восстанавливаются путем электролиза их расплавленных руд. К таким металлам относятся алюминий, магний и натрий.
Очистка металлов от примесей с помощью электролиза, когда неочищенный металл является анодом, а на катоде оседает очищенный.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Основные сведения о методе подземного выщелачивания. Естественная деминерализация остаточных растворов. Добыча урана методом подземного выщелачивания. Получение металлов из забалансовых и потерянных руд из недр Земли. Факторы бактериального выщелачивания.
реферат [134,2 K], добавлен 20.05.2009
Условия применения и эффективность подземного механического дробления руды. Характеристика оборудования дробильных комплексов. Механизация дробления в условиях Горно-Шорского филиала ОАО "Евразруда". Выбор дробилки, классификация и область применения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.11.2015
Анализ рудоподготовительного процесса в горнодобывающей промышленности. Методы обогащения полезных ископаемых. Основные понятия и назначение операций грохочения. Особенности процессов дробления, измельчения. Выбор технологии и оборудования дробления руды.
курсовая работа [738,4 K], добавлен 14.05.2014
Характеристика коренных золотосодержащих руд. Исследование обогатимости руды месторождения "Мурунтау". Расчет схемы дробления с выбором оборудования. Материальный баланс выщелачивание руды цианистым раствором. Расчёт рентабельности продукции и прибыли.
дипломная работа [273,1 K], добавлен 29.06.2012
Определение количества руды и металла в недрах с выяснением распределения запасов по отдельным сортам и по участкам месторождения. Определение качества руды и степени надежности и достоверности цифр подсчета запасов и степени изученности месторождения.
презентация [2,1 M], добавлен 19.12.2013
Нарушение геологической структуры недр. Перегрузка земной поверхности продуктами переработки полезных ископаемых. Руды черных и цветных металлов. Цветные камни: алмаз, малахит, изумруд, родонит, чароит, янтарь и жемчуг. Строительные полезные ископаемые.
реферат [31,8 K], добавлен 16.01.2011
Ознакомление с вещественным составом и физико-механическими свойствами руды Олимпиадинского месторождения. Рассмотрение аппаратурных схем и характеристика основного оборудования, применяемого для подачи, дробления и транспортировки сульфидной руды.
отчет по практике [2,0 M], добавлен 26.09.2014
Геология как наука, объекты исследований и ее научные направления. Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности. Месторождение полезных ископаемых, классификация их по применению в народном хозяйстве. Руды черных и легированных металлов.
контрольная работа [23,0 K], добавлен 20.01.2011
Определение балансовых запасов месторождения полезного ископаемого, производственной мощности и срока существования рудника. Выбор рационального варианта вскрытия и подготовки месторождения. Расчет технологического комплекса отбойки и доставки руды.
курсовая работа [100,5 K], добавлен 26.11.2011
Геологическая характеристика месторождения. Анализ работы обогатительной фабрики. Изучение состава руды, технология ее переработки. Проектирование водоснабжения и хвостового хозяйства. Автоматизация системы контроля и управления технологическим процессом.
курсовая работа [70,3 K], добавлен 23.01.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.
Металлы – это никогда не теряющие своей актуальности материалы. Они широко применяются в быту и в промышленности. Конечно, сегодня придумали массу различных альтернативных веществ, на основе которых получают материалы, не уступающие по качеству металлам. Однако полностью заменить их невозможно. Сложно представить себе заборы и ворота, решетки, крышки люков, инструменты и многое другое из чего-то иного.
Хотя пластик, стекло, силикон, полиэтилен и полипропилен прочно вошли в современную жизнь человека, сложно заменить фундаментальные части конструкций, многочисленные детали автомобилей и других транспортных средств на любую альтернативу металлам. Ее просто нет.
Металлы в Периодической системе
В Периодической системе химических элементов металлы занимают лидирующее положение. Из известных на сегодня 117 позиций к металлам относится более 90. Все эти элементы имеют ряд характерных особенностей, которые позволяют относить их к группе металлов:
- Способны проводить электрический ток.
- Обладают теплопроводностью.
- Ковкие, пластичные, поддаются прокатке в листы и проволоку (не все).
- Обладают серебристым блеском (кроме меди и золота).
Помимо общих свойств каждый подобный элемент обладает и рядом специфических, что и делает его таким востребованным.
Типология
Все металлы как простые вещества можно также разделить на три класса:
К цветным металлам относятся все, кроме драгоценных и железа. То есть это медь, ртуть, палладий, хром, никель, цинк, магний, кальций, алюминий, свинец, олово и так далее.
К драгоценным металлам относят следующие:
Черные металлы – какие к ним относятся?
В данный класс входят:
- железо и все его сплавы;
- марганец;
- хром;
- ванадий;
- титан;
- актиноиды и уран (торий, плутоний, нептуний и другие);
- вольфрам;
- щелочные металлы.
То есть из всего многообразия данных веществ на долю черных металлов приходится меньшая часть. Причем в основном не самые распространенные (за исключением железа) находятся в земной коре и недрах.
Но несмотря на то что черные металлы представлены таким немногочисленным количеством элементов, они очень распространены и объемны в производстве и переработке. Масса изделий, деталей, принадлежностей изготовлена именно из железа и его сплавов.
Металлургия черных металлов достаточно обширна и востребована во всем мире. Добыча и обработка железа – одна передовых технических и экономических задач многих стран мира, в том числе и России.
Месторождения черных металлов на планете
Железо по масштабам добычи стоит на первом месте среди всех металлов. Его массовое содержание в природе, в том числе и в земной коре, исчисляется биллионами. При этом, по данным специалистов, человек на сегодняшний день разведал только сто миллиардов тонн.
Если говорить о мировых месторождениях черных металлов, в первую очередь железа, то следует заметить, что они есть на всех континентах, во всех частях света, кроме точек крайнего Севера. При этом распределение по странам примерно следующее (в порядке убывания):
- Россия (около сорока процентов всех мировых запасов);
- Бразилия;
- Австралия;
- Канада;
- США;
- Китай;
- Индия;
- Швеция.
Месторождения в России
В России черные металлы содержатся практически во всех масштабных федеральных округах.
- Центральный федеральный округ (Курская магнитная аномалия) – свыше 59%.
- Уральский федеральный округ – 14%.
- Сибирский округ – 13%.
- Дальневосточный – 8%.
- Северо-Западный федеральный округ – 4%.
- Приволжский – 0,5%.
В каждом из перечисленных округов находится предприятие, на котором осуществляется металлургия черных металлов. Россия занимает явное лидирующее положение в мире по данному показателю, и, судя по запасам, так будет продолжаться еще очень продолжительное время.
Добыча материала
Производство черного металла сопряжено с несколькими сложными стадийными процессами. Во-первых, черные металлы не встречаются в самородном виде, а входят в состав соответствующих руд (марганцевых, железных и так далее). Поэтому прежде чем получить металл, необходимо извлечь из земли горную породу – руду.
Этот процесс осуществляется горнодобывающей промышленностью. При этом руды, содержащие железо, могут быть богатыми и насыщенными или же скудными на металл. Поэтому после извлечения пласта руды ее кусок берется на химический анализ. Если количественное содержание металла составляет свыше 57-60%, то работы продолжаются. Если же ниже, то прекращаются либо перемещаются на другую территорию для поиска более богатой руды. Иначе этот процесс просто экономически нерентабелен.
Следующий этап, который включает в себя производство черного металла, – это обработка извлеченной руды на специальном заводе. Такой процесс носит название металлургии. Он может быть нескольких видов:
- Гидрометаллургия – в основе техники извлечения и обработки руды лежит использование воды. При этом в процессе выщелачивания металлы из состава руды переходят в раствор, а оттуда методом элетролиза извлекаются в чистом виде. Энергетически и материально данный способ более дорогой, поэтому применяется только для особых металлов.
- Пирометаллургия – в основе техника использования огня. Процессы термической обработки руды в доменных печах с использованием коксованного угля. Самый распространенный способ обработки руды и извлечения металлов. Используется в черной металлургии.
- Биометаллургия. Основана на действии живых организмов, только начинает вводиться в практику, разрабатывается биотехнологами. Суть состоит в способности некоторых микроорганизмов извлекать в процессе жизнедеятельности металлы из состава руд.
Обработка
На перерабатывающем предприятии добытые руды, содержащие черные металлы, подвергаются тщательной обработке. Все эти процессы отражены в представленной ниже таблице.
| Технологический процесс | Суть процесса | Результат |
| 1. Обогащение руды | Получают чистый, богатый черным металлом субстрат, который отправляется на дальнейшую обработку. | |
| 2. Агломерация | Процесс спекания руды. Проводится с целью получения чистого вещества, без примесей газов и пыли и так далее. | |
| 3. Доменный процесс | Коксование руды в доменной печи при использовании в качестве топлива и восстановителя железа из его оксидов угля. | Получают чистое железо, при необходимости уже сплавленное с углеродом, с образованием стали. |
Вот таким образом происходит получение железа и его сплавов. При этом максимум материальных затрат уходит на подготовку и использование кокса (угля). Именно он является для железа восстановителем, топливом, источником тепла, поставщиком углерода. Поэтому в описанном процессе используется довольно большое его количество, отсюда и высокие денежные расходы.
Условия хранения
К черным металлам, прежде всего, относится железо и его сплавы. Следует понимать, что это очень коррозионно нестойкий материал. Поэтому хранение черного металла требует соблюдения определенных правил, особенно если речь идет не о конструкциях и изделиях, а о так называемом ломе черных металлов (отходы, поломанные изделия, листы, прутья, арматуры и так далее):
- Помещение, в котором находится материал, должно быть полностью закрыто от доступа влаги (дождя, снега). Чем меньше влаги, тем дольше срок хранения.
- Территория склада должна быть большой, нельзя хранить листовые структуры черных металлов впритык друг к другу, поскольку это спровоцирует раннюю коррозию.
- Весь имеющийся материал следует рассортировать по маркам и размерам.
При соблюдении этих нехитрых правил можно будет максимально долго сдерживать процессы разрушения структуры металлов.
Сплавы черного металла
К таковым принято относить сплавы железа, которые подразделяются на несколько типов:
- Сталь. Черный металл, сплавленный с углеродом, дает такой результат.
- Чугун. Начальный чугун, который получается в доменных печах при обработке руды, совершенно непригоден в качестве материала для производства приборов и предметов хозяйственного назначения. Он слишком хрупкий. Его нужно подвергнуть дальнейшей обработке в виде насыщения железом и углеродом, чтобы получился отличный прочный материал. Также добавляют другие элементы с целью повышения коррозионной стойкости и улучшения технических характеристик.
- Ферросплавы (силикокальций, феррохром, ферросилиций, силикомарганец). Основное назначение данных сплавов – улучшение технических характеристик конечного материала.
Сталь
Главное место среди всех сплавов черных металлов отводится стали. Сегодня научились добиваться очень значимых результатов в производстве этого материала с заранее заданными важными свойствами. Такого рода сплав – самое важное для промышленности, что дали черные металлы. Какие стали выделяют?
- Низкоуглеродистые – используются для производства различных инструментов.
- Нержавеющие (из них делают трубы, тугоплавкие детали, режущие инструменты, сварная аппаратура и так далее).
- Феррито-хромовые.
- Мартенситно-хромовые.
- Легированные.
- Никелевые.
- Хромовые.
- Хром-ванадиевые.
- Вольфрамовые.
- Молибденовые.
- Марганцевые.
По названиям очевидно, что именно эти компоненты добавляются в смесь железа и углерода в определенном соотношении. Это влияет на существенное изменение свойств получаемых материалов.
Вторичные металлы
К сожалению, как бы нам ни хотелось, вещи не могут служить вечно. Со временем все приходит в негодность – ломается, бьется, стареет и выходит из моды. Так происходит и с конструкциями из черных металлов. Стальные, чугунные и другие изделия, запчасти просто перестают быть нужными.
Тогда их сдают на специальные предприятия, занимающиеся обработкой пришедшего в негодность сырья. Теперь это металлы черные вторичные. Именно так называются вышедшие из строя и ненужные в быту металлические изделия из черных металлов.
Те предприятия, которые осуществляют сбор лома, должны соблюдать определенные правила по его хранению, вывозу и продаже. Законодательством нашей страны по этому вопросу установлен ГОСТ. Черные металлы, так же, как и цветные, находятся под строгим контролем закона.
Вторичные металлы можно переработать и снова пускать в производство. Именно для продажи в таких целях и скупают черный лом металлов посредники-предприниматели.
Сегодня к черным металлам относятся с должным уважением, они занимают лидирующие позиции на рынке соответствующих изделий.
Использование в машиностроении
Стальные и чугунные предметы, детали, различные приспособления находят самое широкое применение в машиностроении. Они востребованы не только на автомобильном, но и на химическом, авиационном производстве, а также в кораблестроении. Все это благодаря особой прочности данных материалов, их термостойкости и коррозионной устойчивости. Черные металлы становятся базовым материалом для выпуска многих типов изделий. Среди наиболее распространенных следующие:
- боковые крышки редукторов;
- подшипники;
- клапаны;
- фитинги;
- втулки;
- трубы;
- цилиндры автомобилей и других транспортных средств;
- зубчатые колеса;
- звенья цепей на тракторах;
- тормозные барабаны;
- каретки;
- кожухи и так далее.
Этот список можно продолжать бесконечно, потому что изделий из черных металлов и их сплавов действительно много.
Применение в других отраслях промышленности
Можно назвать несколько основных сфер, в которых находят применение черные металлы:
- Химическая промышленность.
- Машиностроение.
- Производство мебели специального назначения.
- Выпуск посуды.
- Производство конструкционных деталей.
Это, конечно, далеко не полный список, а лишь самые распространенные области, на долю которых приходится подавляющее большинство продуктов черной металлургии.
Железо. Главные железосодержащие минералы – гематит, магнетит, лимонит, шамозит, тюрингит и сидерит. Месторождения железных руд классифицируют как промышленные при содержании металла не менее нескольких десятков миллионов тонн и неглубоком залегании рудных тел (чтобы можно было вести добычу открытым способом). В крупных месторождениях содержание железа исчисляется сотнями миллионов тонн. Общая мировая добыча железной руды превышает 1 млрд. т (1995). Больше всего руды (в млн. т) добывается в Китае (250), Бразилии (185), Австралии (более 140), России (78), США и Индии (по 60) и на Украине (45). В значительных масштабах добыча железной руды ведется также в Канаде, ЮАР, Швеции, Венесуэле, Либерии и Франции. Общие мировые ресурсы сырой (необогащенной) руды превышают 1400 млрд. т, промышленные – более 360 млрд. т.
В США наибольшее количество железной руды добывается в районе озера Верхнее, основная доля которой поступает из месторождения железистых кварцитов (таконитов) в районе Месаби (шт. Миннесота); на втором месте находится шт. Мичиган, где производятся рудные окатыши. В меньших количествах железная руда добывается в штатах Калифорния, Висконсин и Миссури.
В России общие запасы железных руд составляют 101 млрд. т, при этом 59% запасов сосредоточено в Европейской части, а 41% – к востоку от Урала. Значительная добыча ведется на Украине в районе Криворожского железорудного бассейна. По объему экспорта товарной железной руды первое место в мире занимает Австралия (143 млн. т). Суммарные запасы руды там достигают 28 млрд. т. Добыча ведется в основном (90%) в районе Хаммерсли (округ Пилбара, Западная Австралия). На втором месте находится Бразилия (131 млн. т), располагающая исключительно богатыми месторождениями, многие из которых сосредоточены в железорудном бассейне Минас-Жерайс.
Мировым лидером по выплавке нерафинированной стали в 1988 был СССР (180,4 млн. т), с 1991 по 1996 первое место занимала Япония (101 млн. т), затем следовали США и Китай (по 93 млн. т) и Россия (51 млн. т).
Марганец используется при производстве легированной стали и чугуна, а также в качестве легирующей добавки к сплавам для придания им прочности, вязкости и твердости. Бóльшая часть мировых промышленных запасов марганцевых руд приходится на Украину (42,2%), ЮАР (19,9%), Казахстан (7,3%), Габон (4,7%), Австралию (3,5%), Китай (2,8%) и Россию (2,7%). Значительное количество марганца производится в Бразилии и Индии.
Хром – один из основных компонентов нержавеющей жаропрочной, кислотоупорной стали и важный ингредиент коррозионностойких и жаропрочных суперсплавов. Из 15,3 млрд. т предполагаемых запасов высокосортных хромитовых руд 79% приходится на ЮАР, где добыча в 1995 составила 5,1 млн. т, Казахстан (2,4 млн. т), Индию (1,2 млн. т) и Турцию (0,8 млн. т). Довольно крупное месторождение хрома находится в Армении. В России разрабатывается небольшое месторождение на Урале.
Ванадий – самый редкий представитель черных металлов. Главная область применения ванадия – производство марочных чугунов и сталей. Добавка ванадия обеспечивает высокие характеристики титановых сплавов для аэрокосмической промышленности. Он широко используется также в качестве катализатора при получении серной кислоты. В природе ванадий встречается в составе титаномагнетитовых руд, редко фосфоритов, а также в урансодержащих песчаниках и алевролитах, где его концентрация не превышает 2%. Главные рудные минералы ванадия в таких месторождениях – карнотит и ванадиевый мусковит-роскоэлит. Значительные количества ванадия иногда присутствуют также в бокситах, тяжелых нефтях, бурых углях, битуминозных сланцах и песках. Ванадий обычно получают как побочный продукт при извлечении главных компонентов минерального сырья (например, из титановых шлаков при переработке титаномагнетитовых концентратов, или из золы от сжигания нефти, угля и т.д.).
Основные производители ванадия – ЮАР, США, Россия (главным образом Урал) и Финляндия. По учтенным запасам ванадия лидируют ЮАР, Австралия и Россия.