Полезное ископаемое из которого получают металлы

Руды черных металлов

Чтобы получить металл, нужна руда. Неудивительно, что одно
из самых древних занятий человека — горнорудное производство, т.е. поиск,
разведка, добыча и переработка руд.

К чёрным металлам относят железо, марганец, хром, титан,
ванадий. Руду недостаточно добыть, из неё ещё нужно извлечь полезный компонент,
чтобы выплавить металл. В результате неизбежно происходит загрязнение
окружающей среды. Если в Средние века добыча чёрных металлов была залогом экономического
процветания для многих стран, то сегодня, оберегая и охраняя природу, многие
государства уже отказываются от добычи руды открытым способом, как на Курской
магнитной аномалии, предпочитая закрытый шахтовый метод добычи. Ведь ежегодно
из земли извлекается почти миллиард тонн руды. Пустая порода, извлечённая из
недр при добыче руды, — это большая экологическая проблема для районов, где
идет активная добыча полезных ископаемых — прим. от geoglobus.ru.
Металлургические комбинаты тратят огромные средства на установку очистительных
фильтров, не позволяющих всем вредным отходам производства попадать в
окружающую среду. Однако без добычи руд чёрных металлов не было бы прогресса в
развитии цивилизации.

Благородные металлы — золото, серебро, платина ценились
всегда благодаря изысканному виду, мягкости и уникальным свойствам (золото,
например, очень стойкое; серебро обладает дезинфицирующим свойством).

«Золотая лихорадка»

Едва прослышав о находках золота, тысячи людей теряли покой,
заболевали «золотой лихорадкой» и устремлялись в глухие и дикие края в надежде
разбогатеть. Одна из самых известных «лихорадок» связана с освоением золотых
россыпных месторождений Аляски. Золото в природе может находиться в коренных
месторождениях (жилах — прим. от geoglobus.ru) либо в виде россыпей, когда
драгоценный металл вместе с речным песком из разрушенной жилы перемещается
водой и складируется по берегам рек и ручьёв. Реки впоследствии могут поменять
своё русло, уйти от своего прежнего места, а россыпь останется.

Среди золотого песка могут попасться и самородки —
достаточно крупные куски металла. В 1896 году Америку облетела весть о
богатейших россыпных месторождениях, найденных старателями в долине ручья
Клондайк. На поиски золота устремились многочисленные золотоискатели, многие из
которых были совершенно не подготовлены к тяготам старательского быта. Об
эпопее добычи клондайкских россыпей красочно рассказал Джек Лондон. Но
россыпные месторождения быстро истощаются. Самые богатые россыпи были
выработаны за несколько десятилетий.

Крупнейшее месторождение золота находится в Южной Африке в
провинции Витватерсранд. Отсюда получают до 50% от всего объёма добычи этого
металла в мире.

Цветные руды

К рудам цветных металлов относятся известные с древности
медь, олово, свинец, ртуть, цинк. Они были востребованы на всем протяжении
человеческой истории. Но в последние десятилетия, когда структура экономики
стала более прогрессивной, без них просто не обойтись. Цветные металлы — это
электротехническая, авиационная, космическая промышленность, производство
полупроводников, катализаторов, автомобильных фильтров и др.

Радиоактивность — свойство металлов, о котором стало
известно только в XX веке. Оно связано со способностью некоторых элементов —
урана, тория, радия, циркония — излучать энергию особого типа — прим. от
geoglobus.ru. Это свойство используется в атомной энергетике. Однако выяснилось
также, что отходы такого производства обладают смертоносными свойствами. Пока
проблема ядерных отходов остаётся нерешённой.

К месторождениям металлических полезных ископаемых относятся такие виды минерального сырья, которые перерабатываются плавкой с целью извлечения металлов. Они в основном являются объектами переработки черной и цветной металлургии. Качество руд, относящихся к металлическим полезным ископаемым, определяется содержанием полезных и вредных компонентов.

Среди металлических полезных ископаемых выделяют черные, легирующие, цветные, благородные, редкие, редкоземельные и радиоактивные металлы.

· К черным металлам относятся железо, марганец, хром, титан.

· Легирующие металлы: ванадий, никель, кобальт, вольфрам, молибден.

· К цветным металлам относятся алюминий, медь, свинец, цинк, олово, висмут, ртуть и сурьма.

· К благородным металлам относятся золото, серебро, металлы платиновой группы.

· К редким — литий, рубидий, цезий, бериллий, ниобий, тантал, цирконий.

· К рассеянным металлам относятся – рений, гафний, германий, таллий, селен, теллур, индий, галлий.

· Редкоземельные металлы – группа из 17 химически подобных металлов, которая включает скандий и иттрий и лантаноиды.

· К радиоактивным металлам относятся уран и торий

Черные металлы.

К черным металлам относятся железо, марганец, хром, титан.

ЖЕЛЕЗО

Общие сведения и области применения

Начало применения железа относится к IV- Ш тысячелетию до н.э., когда люди из метеоритов делали орудия труда и охоты, украшения. В I тысячелетии до н.э. люди начали выплавлять железо из руд, на смену бронзовому веку пришел век железа. С развитием металлургии бурые железняки начали плавить в домнах сначала на древесном угле, а с ХIХ в. — на каменном угле и коксе. Из чугуна научились выплавлять сталь, а в ХХ в. — высококачественные легированнные стали путем добавок марганца, хрома, титана, никеля, кобальта, ванадия, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала и других.

Обзор минеральных ресурсов

По объему производства и потребления железо находится на первом месте. В недрах 130 стран общие запасы железных руд оцениваются в 450 млрд. т, разведанные – 229 млрд. т. Наибольшими запасами обладают Россия, Бразилия, Австралия, Украина, Канада и США. Добывают железо 55 стран, наибольшую добычу осуществляют Бразилия, Китай, Австралия, Россия, Украина, Индия, США. Производство железных руд составило в 2002 г. 1008 млн.т.

В России всего 190 железорудных месторождений. Разведанные запасы железных руд составляют 57 млрд. т, общие – 101 млрд. т, добывается 107 млн. т. Основные железорудные районы находятся в пределах девяти главных железорудных провинций: Курской, Уральской, Карело-Кольской, Алтае-Саянской, Ангарской, Ангаро-Енисейской, Забайкальской, Алданской, Дальневосточной. Потенциально рудоносными следует считать Анабарскую, Северо-Восточную, Саяно-Байкальскую и Колпашевскую провинции.

Основные недостатки состояния минерально-сырьевой базы – удаленность сырьевых баз от металлургических комбинатов (Западно-Сибирский работает на рудах Коршуновского месторождения в Иркутской области), необеспеченность собственной сырьевой базой металлургических заводов юга Урала (дефицит покрывается за счет поставки руды из Казахстана и КМА).

Типы руд и кондиции

Железо извлекают из следующих типов руд:

1. Магнетитовые и титаномагнетитовые (главные минералы – магнетит, ильменит, титаномагнетит).

2. Гематитовые и мартитовые (гематит).

3. Бурые железняки (гидроксиды железа – гетит, гидрогетит).

4. Карбонатные (сидерит).

5. Силикатные (железистые хлориты).

Нижнее содержание железа в руде (кондиционной) устанавливается в пределах от 14 до 25%. Содержания серы и фосфора ограничиваются соответственно 0.3 и 0,2%, мышьяка, меди, цинка и свинца менее 0,1% каждого. Богатые железные руды характеризуются содержаниями более 57%, а самые богатые более 68% и малыми содержаниями примесей. Их используют для получения окатышей, которые перерабатываются в сталь электроплавкой.

Геохимия и минералогия

Железо – самый распространенный после алюминия металлический элемент земной коры. Его среднее содержание в земной коре 4,65%. Повышенные концентрации его наблюдаются в ультраосновных, основных и средних интрузивных породах. Железо обладает двумя валентностями: двухвалентное железо связано преимущественно с эндогенными процессами, а трехвалентное – с экзогенными процессами.

Известно более 300 минералов железа. Промышленное значение имеют магнетит FeFe2O4, мартит и гематит Fe2O3, гидрооксиды железа – гетит FeO(OH) и гидрогетит FeO(OH) n H2O, сидерит Fe[CO]3, силикаты железа – шамозит и тюрингит.

Date: 2016-07-05; view: 1432; Нарушение авторских прав

Железная руда – важный ископаемый продукт, который человечество стало добывать много столетий назад. С давних времён железо нашло широкое применение в бытовых и прочих условиях жизни человеческого общества. Одно из ключевых преимуществ и свойств железной руды – возможность изготовления стали, получаемой в процессе её плавки.

Руда железа может иметь различные свойства, минеральный состав, а также процентное соотношение примесей и металлов в зависимости от типа и места её разработки. Найти места добычи железорудных минералов с соответствующим техническим оснащением не представляется сложной задачей, поскольку железо составляет более 5% твёрдых залежей земной коры по всей поверхности планеты. Согласно Википедии и другим достоверным источникам, железная руда занимает четвёртое место по распространённости среди полезных ископаемых, добываемых в окружающем мире.

Тем не менее, найти этот металл в природе в чистом виде не представляется возможным – отыскать его можно в определённых количествах в большинстве известных типов и вида камня (горных пород). Минералы (железорудные) одни из наиболее выгодных в плане добычи. От характера происхождения железной руды зависит количественное содержание в ней железа.

Как выглядит руда железа и что собой представляет?

В качестве ключевого химического элемента железо входит в состав множества горных пород. Тем не менее, далеко не каждая такая порода может быть потенциальным сырьевым продуктом для добычи и разработки. Целесообразность разработки железных руд, как таковых, во многом зависит от процентного состава.

Его добычей плотно занялись более 3 тысяч лет назад, что обусловлено возможностью изготавливать на основе железа более качественных и прочных изделий в сравнении с бронзой и медью, которые стали добываться ещё раньше. Уже в те времена, мастера, работавшие с плавильнями, могли точно различать виды железной руды.

В настоящее время принято выделять несколько типов сырья, пригодного для последующей выплавки полезного металла:

• магнетиновый;
• магнетино-апатитный;
• магнетино-титановый;
• гидрогетит-гетитовый;
• гематито-магнетиновый.

Богатым считается месторождение железной руды с процентным составным содержанием железа 57%. Но, как уже было сказано выше, целесообразными могут быть разработки залежей, в которых руда содержит 26% этого полезного металла. В составе горных пород железо преобладает в виде оксидов. Остальные составляющие представляют собой фосфор, серу и кремнезёмы.

Существуют таблицы железной руды, в которых отражен её сырьевой, химический состав и процентное содержание железа. Если руководствоваться численными показателями большинства таких таблиц, то условно можно разделить ценные руды по степени их богатства и свойствам на 4 категории

• очень богатые – содержание основного металла более 65%;
• умеренно богатые – средний процент железа 60-65%;
• умеренные – от 45% и более;
• бедные – менее 45% добываемых полезных элементов в целом.

В зависимости от количества побочных примесей, входящих в состав разрабатываемого месторождения железа, требуется большее или меньшее количество энергии на переработку. От этого во многом зависит эффективность производства готовой продукции на основе железа.

Характер происхождения

Большая часть известных рудниковых типов была сформирована под влиянием трёх основных факторов. От них, собственно, зависят особенности и характеристики руды железа.

Магматическое формирование. Магматические составы формировались под воздействием высоких температур магмы либо при условии высокой активности древних вулканов. По сути, имели место естественные процессы перемешивания и переплавки горных пород.

Эта разновидность полезных ископаемых представляет собой кристаллические минеральные ископаемые соединения, отличающиеся высоким процентом содержания железа. Залежи магматических ископаемых, как правило, можно обнаружить в зонах старинного образования гористых местностей. Именно в этих местах расплавленные вещества подходили максимально близко к поверхностным слоям почвы.

Метаморфическое формирование. В процессе такого формирования образуются минералы осадочного типа. Суть этого процесса сводится к передвижению отдельных участков коры Земли при котором определённые пласты, богатые определёнными элементами, попадают под породы, залёгшие выше.

Полезные ископаемые, которые образовались при очередном перемещении, мигрируют ближе к земляной поверхности. Железная руда, которая образуется в процессе метаморфического формирования, как правило, имеет высокое процентное содержание полезных металлических соединений и располагается не слишком глубоко от поверхности. Один из наиболее распространённых примеров – железняк магнитный, содержащий в своём составе до 75% железа.

Осадочное формирование. В данном случае основные факторы этого типа формирования рудников – естественные силы природы, в частности ветры и вода. Пласты породы подвергаются разрушению и перемещению в низины – именно здесь они скапливаются, формируя отдельные слои. В качестве реагента выступает вода, которая выщелачивает исходные материалы. В ходе таких процессов формируются залежи бурого железняка, представляющего собой рассыпчатую, разрыхлённую массу с высоким содержанием минеральных примесей и процентным содержанием железа до 35-40%.

За счёт различной специфики образования метаморфических пород сырьё часто перемешивается внутри пластов с магматической породой, известняком и глиной. В одном и том же месторождении, обозначенном соответствующим знаком на карте, обнаруживаются различные по происхождению залежки, которые перемешаны между собой. Места, предположительно богатые осадочными железными рудами в этом случае определяются в ходе геологических разведочных мероприятий.

Основные свойства и типы. Из какой руды получают железо?

К наиболее распространённому типу принято относить красный железняк, основой которого служит гематитовый оксид. В его составе содержится минимум побочных примесей и свыше 70% железа.

Следующий по распространённости – бурый железняк (лимонит), представляющий собой оксид железа, содержащий в своём составе H2O. Как правило, в состав лимонита входит порядка четверти процентного содержания железа. В природе бурый железняк можно встретить в форме пористых, рыхлых пород, содержащих фосфор и марганец. В качестве пустой породы в руде содержится глина.

Магнитная руда железа содержит в своём составе магнитный оксид, свойства которого теряются в условиях сильного нагрева. В природе встречается намного реже вышеперечисленных пород и по процентному соотношению железа в некоторых случаях не уступает красному железняку.

Железняк шпатовый – рудная порода, содержащая сидерит с высоким содержанием глины в составе. Это весьма редкая порода, а за счёт малого содержания железа добывают его намного реже, особенно если речь идёт о промышленном применении.

Помимо оксидов существуют другие железорудные типы, в основу которых входят карбонаты и силикаты.

Географическое расположение ключевых месторождений

Все основные месторождения принято делить на:

1. Метаморфогенные – кварцитовые залежи;
2. Экзогенные – бурый железняк и прочие осадочные породы;
3. Эндогенные – преимущественно титаномагнетитовые составы.

Подобные рудные залежи встречаются практически на каждом континенте. Большая часть железорудных залежей находится на территории стран СНГ, в частности это территория Казахстана, России и Украины. Достаточно большими запасами железорудных скоплений могут похвастать такие государства, как ЮАР, Индия, США, Австралия, Канада и Бразилия. Существуют карты месторождений железной руды, как в мировых масштабах, так и с более подробным указанием залежей на территории конкретного государства.

Значение железной руды и сферы, в которых она используется

По преимуществу все отрасли, в которых задействованы эти полезные ископаемые, связаны с металлургической сферой. По большей части руду железа используют при выплавке чугуна с использованием конверторной или мартеновской печи. В свою очередь чугун широко применим во многих промышленных отраслях.

Сегодня крайне популярен и активно изготавливается и другой сверхпрочный, антикоррозийный сплав – сталь, для чего также используются железорудные ископаемые. Это наиболее популярный промышленный сплав, который славится устойчивостью к коррозии и высокой прочностью.

Стальные и чугунные материалы применяют в следующих отраслях:

• ракетостроительная и военная промышленность, производство специальной техники;
• машиностроение, включая изготовление станков и прочих заводских механизмов;
• автомобильное производство (изготавливаются автомобильные рамы, элементы двигателей, корпуса и прочие механические узлы);
• добывающая промышленность (производство тяжёлого добывающего оборудования и прочей спецтехники);
• строительство – армирующие материалы, создание несущего каркаса.

Способы добычи

Методы и способы извлечения рудных ископаемых ресурсов из недр зависят от глубины, на которой залегает искомый материал. В этом контексте принято выделять три основных способа:

Скважинный метод (гидродобыча) – для работы таким способом специалисты бурят скважины, достигающие пластов пород. В образовавшиеся створы помещаются трубчатые конструкции, через которые мощной водной струёй производится дробление материала и её извлечение. Это наименее эффективный, косный и устаревший метод, который в наши дни используется достаточно редко.

Шахтенный метод – используется при условии, что пласты залегают более глубоко (до 900 метров). Прежде всего прорубаются шахтенные створы – от них по пласту разрабатываются штреки. Порода дробится и поступает на поверхность по специальным транспортёрам.

Карьерный метод – в отличие от скважинного, считается наиболее распространённым. Его используют для работы на средней глубине (до 300 метров). Для разработки применяются мощные экскаваторы и механизмы, дробящие породу. После дробления материал отгружают и транспортируют прямиком на обогатительный комбинат.

Как обогащаются железорудные материалы?

В силу существования различных типов руд по степени того, сколько железа содержится в руде, менее обогащённые материалы отправляются на специальные комбинаты, где они подвергаются сортировке, дроблению, сепарации и агломерации.

В целом можно выделить 4 основных метода рудного обогащения:

Флотация. Специально подготовленная пылеобразная масса погружается в H2O с добавлением воздуха и веществ, которые называются флотационными реагентами. Отсюда и название самого процесса – флотация. Они соединяют частицы железа с пузырьками воздуха и поднимает их на поверхность в пенистом виде. Пустые породы оседают на дне.

Магнитная сепарация. Самый распространённый способ, основанный на разнице воздействия магнетизма на различные составляющие рудной массы. Сепарация может проводиться в случае с мокрыми и сухими породами. В ходе переработки используются барабанные механизмы, оснащённые мощными электромагнитными элементами.

Гравитационная очистка. Для её проведения используются специальные суспензии с плотностью ниже плотности железа и выше плотности пустых пород. Естественные силы гравитации выталкивают побочные составляющие кверху, а суспензия вбирает в себя частицы железа и оставляет их снизу.

Промывка. Используется для устранения из добываемых материалов песков и глины – для их отделения достаточно использовать водную струю под большим напором. Процесс происходит под высоким давлением и обеспечивает до 5% обогащения. Это сравнительно малый показатель, потому этот метод всегда используется в паре с другими способами.