Железная руда - это горная порода, в состав которой входит естественное скопление разных минералов и обязательно, в том или ином соотношении, присутствует железо, которое можно выплавить из руды. Компоненты, входящие в состав руды могут быть самыми разнообразными. Чаще всего, она содержит следующие минералы: гематит, мартит, сидерит, магнетит и другие. Количественное содержание железа, содержащееся в руде, неодинаковое, в среднем оно колеблется от 16 до 70 %.

В зависимости от количества содержания железа в руде, ее делят на несколько типов. Железная руда, содержащая в себе более 50 % железа, называется богатой. Обычные руды в свой состав включают не менее 25 % и не более 50 % железа. Бедные руды имеют небольшое содержание железа, оно составляет всего лишь четвертую часть от общего количества химических элементов, входящих в общее содержание руды.

Из железных руд, в которых находится достаточное содержание железа, выплавляют , для этого процесса ее чаще всего обогащают, но могут использовать и в чистом виде, это зависит от химического состава руды. Для того чтобы произвести , необходимо точное соотношение определенных веществ. Это влияет на качество конечного продукта. Из руды могут выплавлять и использовать по назначению и другие элементы.

В целом, все месторождения железных руд разделяют на три главные группы, это:

Магматогенные месторождения (образованные под воздействием высоких температур);
экзогенные месторождения (образованные в результате отложения осадков и выветривания горных пород);
метаморфогенные месторождения (образованные в результате осадочной деятельности и последующего влияния высокого давления и температуры).

Эти основные группы месторождений могут в свою очередь подразделяться еще на некоторые подгруппы.

Очень богата месторождениями железной руды. На ее территории содержится более половины общемировых залежей железной породы. К наиболее обширному месторождению относится Бакчарское месторождение. Это один из самых крупных источников залежей железных руд не только на территории Российской Федерации, но и во всем мире. Данное месторождение располагается в Томской области в районе рек Андромы и Иксы.

Залежи руды были здесь обнаружены в 1960 году, во время поиска нефтяных источников. Месторождение раскинулось на весьма обширную площадь, составляющую 1600 кв. метров. Залежи железной руды располагаются на глубине 200 метров.

Бакчарские железные руды богаты железом на 57 %, они также включают в свой состав и другие полезные химические элементы: фосфор, золото, платину, палладий. Объем железа в обогащенной железной руде доходит до 97 %. Общий же запас руды на данном месторождении исчисляется в 28,7 миллиардах тонн. Для добычи и разработки руды от года к году усовершенствуются технологии. Карьерную добычу предполагают заменить скважинной.

В Красноярском крае, примерно в 200 км от города Абакана, в западном направлении, размещается Абагасское месторождение железной руды. Преобладающий химический элемент, входящий в состав здешних руд – это магнетит, его дополняет мушкетовит, гематит, пирит. Общий состав железа в руде не так уж велик и составляет 28 %. Активные работы по добыче руды на данном месторождении ведутся с 80-х годов, несмотря на то, что открыто оно было еще в 1933 году. Месторождение состоит из двух частей: Южной и Северной. Каждый год в этом месте добывают в среднем чуть более 4 млн. тонн железной руды. Общее количество запасов железных руд на Абасском месторождении составляет 73 млн. тонн.

В Хакассии, недалеко от города Абаза в районе Западного Саяна, разработано Абаканское месторождение. Открыто оно было в 1856 году, и с тех пор добыча руды ведется регулярно. За период с 1947 по 1959 года на Абаканском месторождении были возведены специальные предприятия по добыче и обогащению руд. Первоначально добычу вели открытым способом, а позднее перешли на подземный способ, устроив 400-метровую шахту. Местные руды богаты магнетитом, пиритом, хлоритом, кальцитом, актинолитом, андезитом. Содержание железа в них составляет от 41,7 до 43,4 % с добавлением серы и . Уровень ежегодной добычи в среднем равен 2,4 млн. тонн. Общий запас залежей составляет 140 млн. тонн. В Абазе, Новокузнецке и Абакане расположены центры добычи и переработки железной руды.

Курская магнитная аномалия славится своими богатейшими залежами железной руды. Это крупнейший железный бассейн во всем мире. Здесь залегает более 200 миллиардов тонн руды. Эта сумма является весомым показателем, ведь она составляет половину запасов железной руды на всей планете в целом. Располагается месторождение на территории Курской, Орловской и Белгородской областей. Ее границы простираются в пределах 160 000 кв. км, включая в себя девять центральных и южных областей страны. Магнитная аномалия была обнаружена здесь очень давно, еще в XVIII веке, но более обширные залежи руды стало возможным обнаружить только в прошлом веке.

Богатейшие запасы железной руды начали активно добывать здесь только в 1931 году. В этом месте хранится запас железной руды, равный 25 миллиардам тонн. Содержание железа в ней колеблется от 32 до 66 %. Добыча ведется и открытыми, и подземными способами. Курская магнитная аномалия включает в свой состав Приоскольское и Чернянское месторождение железной руды.

ГЛАВА 7. ГРУППЫ РУДНЫХ МИНЕРАЛОВ ПО ФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭТАЛОННЫХ МИНЕРАЛОВ. ТАБЛИЦЫ-ОПРЕДЕЛИТЕЛИ.

СТАНДАРТНЫЕ СХЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

РУДНОГО МИНЕРАЛА И АНШЛИФА

Из большого числа рудных минералов можно выделить характерные соединения трех типов: самородные элементы (металлы), сульфиды и подобные им соединения и окислы – соединения металлов с кислородом. Они значительно отличаются по физическим свойствам, что облегчает диагностику.

1. Самородные элементы, такие как, Au, Ag, Fe, Cu, Pt обладают физическими свойствами идеальных металлов, т.е. ковкостью, тягучестью, металлическим блеском (непрозрачностью для света), проводимостью тепла и электричества, высокой плотностью. Свойства их обусловлены, прежде всего, металлическим типом электронной связи между атомами. Тип связи определяет строение кристаллических решеток и оптические свойства. Для рудных минералов важными свойствами являются отражательная способность и твердость. Самородные металлы являются, как правило, наиболее высокоотражающими объектами и имеют низкую твердость. К числу типичных рудных минералов относится также гексагональная модификация самородного углерода – графит, отличающийся низким отражением.

2. Сульфиды, такие как: галенит – PbS, сфалерит – ZnS, миллерит –NiS, киноварь – HgS, пирротин – FeS, ковеллин – CuS – не обладают свойствами металлов. Они в основном хрупкие, слабо проводят электрический ток, обладают средней отражательной способностью, некоторые частично пропускают свет. Электронные связи между химическими элементами, входящими в кристаллические решетки сульфидов, имеют ионный или смешанный типы, что и обусловливает резкое различие их оптических свойств. Многие сульфиды обладают широкой анизотропией физических свойств, в том числе твердости и отражательной способности. В эту группу рудных минералов относятся также многочисленные селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения, среди которых много важных в промышленном отношении минералов.

3. Окислы, например магнетит – Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4 , гематит – Fe 2 O 3 , рутил – TiO 2 , куприт – Cu 2 O, ильменит – FeTiO 3 , хромит – FeCr 2 O 4 , еще больше отличаются от металлов отсутствием пластичности, электропроводности. Окислы, как правило, отличаются низкой отражательной способностью и высокой твердостью. Многие окислы пропускают свет. Типы химических связей в окислах различны, что обусловливает их широкие различия в физических свойствах.

Роль самородных металлов, сульфидов и окислов в образовании месторождений различна. Самородные металлы исключительно редко образуют месторождения, а сульфиды и окислы являются главными компонентами многочисленных месторождений.

Наиболее важные рудные минералы, образующие месторождения:

К эталонным минералам относятся: пирит, галенит, блеклые руды, сфалерит. Диагностические свойства их приведены в табл. 1.

Таблица 1

Диагностические свойства эталонных минералов

Важно усвоить свойства этих минералов, для того чтобы на практике легко их узнавать и использовать для диагностики других минералов. Главное достоинство предлагаемой группы эталонов заключается в широкой распространенности в различных месторождениях, устойчивости их свойств, стандартных цветах, силе отражения и др. Например, уменьшение коэффициента отражения в ряду: пирит-галенит-блеклая руда-сфалерит происходит в интервале 10–15 %, что соответствует интервалу восприимчивости глаза. Это позволяет легко по «методу контакта» ориентироваться в справочных таблицах. Также закономерно возрастает микротвердость в ряду: галенит-сфалерит-блеклая руда-пирит, (от 2.5 до 6.5), что позволяет использовать примитивную схему определения групп твердости по «методу царапания». На примере эталонов усваиваются такие диагностические свойства как эталонные цвета: белый (галенит) и серый (сфалерит), «внутреннее строение» (треугольники выкрошивания у галенита) и «внутренние рефлексы» (сфалерит и блеклая руда) и др.

Свойства других минералов, включенных в курс «Рудная минераграфия» приведены в форме стандартных таблиц-определителей.

Пример работы с таблицей-определителем

В качестве примера рассмотрим таблицу С.А. Юшко и В.В. Иванова (Приложение 4), приведенную в работе С.А. Юшко «Методы лабораторного исследования руд» (1984). Таблица составлена с использованием основных физических свойств рудных минералов, которые студент определяет в лабораторных условиях. Представленные в таблице минералы разбиты на 36 групп в зависимости от свойств.

Рекомендуется, прежде всего, определить характер анизотропии минерала. По этому признаку минералы делятся на две большие группы. Точное определение анизотропности позволит резко ограничить круг поиска минерала.

Далее следует определить степень отражения. В каждой группе как изотропных, так и анизотропных минералов, первая вертикальная графа слева имеет обозначение: «Отражение». Она разделена на три подраздела (снизу вверх): «равная сфалериту и меньше», «равная галениту и меньше» и «больше галенита». Примерное определение коэффициента отражения по эталонам позволяет ограничить поиск минерала до 3-7 групп.

Определение цвета минерала в отраженном свете не представляет большой трудности, но решает еще одну задачу - отделяет «ясно окрашенные» минералы, которых, к примеру, среди анизотропных минералов, не так много. Это свойство обозначено во второй вертикальной графе таблицы: «Окраска минерала».

Следующая вертикальная графа – «Внутренние рефлексы в порошке», позволяет выделить минералы с ясно выраженными внутренними рефлексами, что особено важно в группах бесцветных минералов.

Последняя графа перед определение номера диагностической группы – «Твердость». Определение твердости студентами выполняется в

кабинетных условиях быстро двумя способами. По методу царапания медной и стальной иглами определяется класс твердости: «высокая», «средняя» и «низкая». На микротвердометре МПТ-3 уточняется значение микротвердости.

Определение диагностической группы сужает поиск минерала, но еще не решает окончательно задачу определения. Некоторые группы являются весьма сложными по набору минералов, например №№ 7, 10, 15, 22 и др. Далее следует использовать все дополнительные свойства по справочникам: морфология зерен, внутреннее строение, парагенетические ассоциации, цветовые оттенки, и др. Большую помощь могут оказать микрохимические реации, при наличии набора стандартных реактивов. Определение некоторых минералов может быть уверенным только путем анализа химического состава и рентгенограммы.

Стандартные схемы исследования рудного минерала и аншлифа

Схема исследования минерала :

1. Оценивается коэффициент отражения (относительно эталонов) или измеряется на спектрофотометре.

2. Определяются: цвет, анизотропия, двуотражение, цветные эффекты, наличие внутренних рефлексов, микротвердость методом царапания.

3. Проверяется наличие магнитности.

4. Изучается форма и внутреннее строение зерен.

5. По таблице свойств определяется минерал и группа аналогов.

6. По справочникам уточняются признаки и делается выбор.

7. Если определение затруднено, то уточняется микротвердость на приборе ПМТ-3 и по таблице твердости минералов еще раз определяется минерал.

8. В случае если минерал не удалось определить по табличным данным:

– готовят образец для микрозондового анализа для уточнения химического состава;

– готовят препарат для рентгеновского изучения.

Схема описания аншлифа:

1. Определяется макроскопически текстура образца.

2. Определяется полный минеральный состав под микроскопом.

3. Количество минеральных фаз и их объем:

– главные минералы (> 1 %);

– второстепенные минералы(< 1 %);

– редкие минералы (единичные зерна).

4. Измеряются размеры зерен всех минералов.

5. Выделяются закономерные срастания парагенезисы и ассоциации.

6. Анализируются возрастные взаимоотношения между минералами и ассоциациями.

7.Определяется последовательность образования, составляется ее схема.

8.Определяется структура, тип оруденения.

9.Делается заключение о генезисе.

10. Намечаются места для иллюстрации доказательств.

Задавшись вопросом - для чего нужна железная руда становится понятно, что без нее человек не достиг бы высот современного развития цивилизации. Орудия труда и оружие, детали машин и станки – все это можно сделать из железной руды. Сегодня нет ни одной отрасли народного хозяйства, обходящейся без стали или чугуна.

Железо относится к широко распространенным в земной коре химическим элементам. В земной коре этот элемент в чистом виде практически не встречается, он находится в виде соединений (окислов, карбонатов, солей и прочего). Минеральные соединения, в которых содержится значительное количество этого элемента, называют железными рудами. Промышленное использование руд, содержащих в своем составе ≥ 55% железа экономически обосновано. Рудные материалы с меньшим содержанием металла подвергаются предварительному обогащению. Методы обогащения при добыче железных руд постоянно совершенствуются. Поэтому, в настоящее время, требования к количеству железа в составе железной руды (бедной) постоянно снижаются. Руда состоит из соединений рудообразующего элемента, минеральных примесей и пустой породы.

• руды, образовавшиеся под действием высокой температуры, называют магматогенными;
• образовавшиеся в результате оседания на дне древних морей – экзогенными;
• под действием экстремального давления и температуры – метаморфогенными.

Происхождение породы определяет условия добычи полезных ископаемых и в каком виде содержится железо в них.

Главная особенность железных руд – их широкая распространенность и очень значительные запасы в земной коре.

Основные железосодержащие минеральные соединения это:

• гематит – это наиболее ценный источник железа, так как содержит порядка 68-72% элемента и минимум вредных примесей, залежи гематита называют красным железняком;
• магнетит - главное свойство железной руды данного вида – магнитные свойства. Наравне с гематитом отличается содержанием железа равным 72,5%, а также высоким содержанием серы. Образует месторождения - магнитные железняки;
• группа водных окислов металла под общим названием бурые железняки. Эти руды имеют невысокое содержание железа, примеси марганца, фосфора. Это определяет свойства железной руды данного типа – значительную восстанавливаемость, пористость структуры;
• сидерит (карбонат железа) – отличается высоким содержанием пустой породы, самого металла содержится порядка 48%.

Применение железной руды

Железная руда используется для выплавки из нее чугунов, сталистого чугуна и стали. Однако, прежде чем, железную руду используют по назначению, она подвергается обогащению на горно-обогатительных комбинатах. Это относится к бедным рудным материалам, содержание железа в которых ниже 25-26%. Разработано несколько методов обогащения бедных руд:

• магнитный способ, он заключается в использовании различий магнитной проницаемости компонентов руды;
• флотационный способ, использующий различные коэффициенты смачиваемости частиц руды;
• промывочный способ, удаляющий пустые примеси струями жидкостей под большим давлением;
• гравитационный способ, применяющий специальные суспензии для удаления пустой породы.

В результате обогащения из железной руды получают концентрат, содержащий до 66-69% металла.

Как и где используется железная руда и концентраты:

• руда используется в доменном производстве для выплавки чугунов;
• для получения стали прямым способом, минуя стадию чугуна;
• для получения ферросплавов.

В итоге, из полученной стали и чугуна изготавливаются профильный и листовой прокат, из которых потом изготавливают необходимые изделия.

Железная руда представляют собой особое минеральное образование, включающее железо, а также его соединения. Руду считают железной в том случае, если она содержит этот элемент в достаточных объемах для того, чтобы было экономически выгодно его извлекать.

Основной разновидностью железной руды является магнитный железняк. Он содержит почти 70% окиси и закиси железа. Эта руда имеет черный или серо-стальной цвет. на территории России добывают на Урале. Встречается он в недрах Высокая, Благодать и Качканар. На территории Швеции его находят в окрестностях Фалуня, Даннемора и Гелливара. В США - это Пенсильвания, а в Норвегии - Арендаль и Персберг.

В черной металлургии железорудную продукцию разделяют на три вида:

Сепарированную железную руду (с низким содержанием железа);

Аглоруду (со средним содержанием железа);

Окатыши (сырую железосодержащую массу).

Морфологические типы

Богатыми считаются такие залежи железной руды, которые содержат более 57% железа в своем составе. К бедным рудам относят те, в которых не менее 26% железа. Ученые разделили железную руду на два морфологических типа: линейный и плоскоподобный.

Железная руда линейного типа представляет собой рудные клиновидные тела в зонах изгибов и земных разломов. Данный тип отличается особенно большим содержанием железа (от 50 до 69%), но сера и фосфор в такой руде содержится в небольшом количестве.

Плоскоподобные залежи встречаются на вершинах пластов железистых кварцитов, которые представляют собой типовую кору выветривания.

Железная руда. Применение и добыча

Богатая железная руда применение находит для получения чугуна и в основном идет на выплавку в конвертерное и мартеновское производство или же непосредственно на восстановление железа. Небольшое количество используется как природная краска (охра) и утяжелитель глинистых

Объем мировых запасов разведанных месторождений составляют 160 млрд. тонн, а железа в них содержится около 80 млрд. тонн. Железная руда найдена на Украине, а самыми крупными запасами чистого железа обладают Россия и Бразилиия.

Объемы мировой добычи руды растут с каждым годом. В большинстве случаев железная руда добывается открытым методом, суть которого заключается в том, что всю нужную технику доставляют к месторождению, и там же строят карьер. Глубина карьера составляет в среднем около 500 м, а его диаметр зависит от особенностей найденного месторождения. После этого при помощи специального оборудования добывают железную руду, складывают на машины, приспособленные для перевозки тяжелых грузов, и доставляют из карьера на предприятия, которые занимаются переработкой.

Недостатком открытого метода является возможность добывать руду только на небольшой глубине. Если же она лежит намного глубже, приходится возводить шахты. Вначале делают ствол, напоминающий глубокий колодец с хорошо укрепленными стенками. В разные стороны от ствола отходят коридоры, так называемые штреки. Найденную в них руду взрывают, а потом ее куски поднимают на поверхность с помощью особого оборудования. Добыча железной руды таким способом эффективна, но связана с серьезной опасностью и затратами.

Существует еще другой способ, при помощи которого добывают железную руду. Его называют СГД или скважинной гидродобычей. Руда извлекается из-под земли таким образом: бурят скважину, опускают в нее трубы с гидромонитором и очень мощной водной струей дробят породу, которую потом поднимают на поверхность. Добыча железной руды этим способом безопасна, однако, к сожалению, неэффективна. Так удается добыть лишь 3% руды, а 70% добывается с помощью шахт. Однако разработка метода СГД совершенствуется, и есть большая вероятность, что в будущем этот вариант станет основным, вытеснив шахты и карьеры.

Железо является распространенным в природе элементом. Его содержание в земной коре составляет 4,2%. Больше содержится в ней только кислорода 49,7%, кремния 26% и алюминия 7,45%.

Рудными ископаемыми или рудами называются такие минеральные массы из которых экономически целесообразно извлечение металлов или необходимого элемента. В соответствии с этим железными рудами называются горные породы из которых экономически целесообразно выплавлять железо. Постоянное изменение экономических условий вследствие развития методов обогащения руд, снижение стоимости их перевозки изменяет представление о железной руде, так как нижний предел содержания в ней железа все время снижается.

Промышленном месторождением руд считается такое скопление руд, которое экономически целесообразно разрабатывать. Экономичность этой разработки возрастает с увеличением мощности месторождения, поскольку вкладывать средства в строительство например шахт или карьеров, жилья, комуникаций, целесообразно только при достаточно длительной эксплуатации месторождения. Опыт показывает, что эксплуатация железорудного месторождения целесообразна и имеет устойчивую перспективу при запасах около 250-500 млн. тонн.

Руда состоит из рудного и рудообразующего минерала, пустой породы и примесей. Извлекаемый элемент находится в рудном минерале.

Рудные минералы железных руд представляют собой оксиды, карбонаты железа и некоторые другие соединения. Главные из них описаны ниже.

Имеет хический состав Fe 2 O 3 - безводный оксид железа. Гематит содержит 70% железа. Образованная гематитом руда называется красным железняком и является самым распространенным типом руды. Он обычно характеризуется высоким содержание железа и малым содержанием вредных примесей. Типичным месторождением гематитовых руд является Криворожское.

Рисунок 1 - Общий вид минерала гематита

Имеет химический состав Fe 3 O 4 - магнитный оксид железа, содержащий 72,4% железа. Отличается от других минералов промышленных железных руд магнитными свойствами, которые теряются при нагреве свыше 570 о С. Магнетит представляет собой смешанный оксид железа FeO*Fe 2 O 3 . Руды образованные магнетитом называются магнитными железняками или магнетитами. Они менее распространены, чем гематиты, характеризуются высоким содержанием железа, пониженной восстановимостью, часто сопровождающиеся серой.

Рисунок 2 - Вид минерала магнетита

Водные оксиды железа - Fe 2 O 3 *nH 2 O - в зависимости от значения n образуют различные виды оксидов, но все образуемые ими руды называют бурыми железняками . Различают такие водные оксиды железа:

• n=0,1 - гидрогематит
• n=1 - гетит
• n=1,5 - лемонит и др.

Наиболее часто встречаются бурые железняки на основе лимонита - 2Fe 2 O 3 *3H 2 O которые называют лимонитовыми.

Бурые железняки характеризуются пониженным содержанием железа, рыхлые, часто сопровождаются марганцем, фосфором, обладают высокими пористостью и восстановимостью.

Рисунок 3 - Бурый железняк на основе лимонита

Сидерит - имеет химический состав FeCO 3 - карбонат железа. Содержит 48,2% железа. Образованная сидеритом руда называется шпатовым железняком, или сидеритом. При значительных количествах примесей глины может называться глинистым железняком. Сидериты распространены гораздо меньше чем другие руды. Характеризуются высокой восстановимостью, низким содержанием железа из-за незначительного его содержания в рудном минерале и большого количества пустой породы. Под воздействием влаги и кислорода атмосферы сидериты могут переходить в бурые железняки, так как оксид железа (II) в молекуле FeO*CO 2 окисляется и поглощает влагу. Поэтому встречаются месторождения, в которых верхние слои руды являются бурыми железняками, а нижние коренные сидеритами.

Рисунок 4

Имеет химический состав FeTiO 3 - железная соль титановой кислоты. Ильменит содержит 36,8% железа и 31,8% титана. Встречается всегда в сростках с обычным магнетитом, т.е. в виде FeTiO 3 *Fe 3 O 4 . Образуемые ильменитом руды называются титаномагнетитами.

Рисунок 5 - Общий вид минерала ильменита

Титаномагнетит является плотной трудновосстановимой рудой, которая дает густые и тугоплавкие титансодержащие шлаки. Обладает магнитными свойствами и хорошо обогащается магнитной сепарацией. Часто сопровождается ваннадием.

Сульфид железа FeS 2 в природе находится ввиде минерала пирита или серного колчедана. Он содержит 46,6% железа. Пирит железные руды не образуют. Он используется в химической промышленности, где его сжигают для отделения серы. Железо при этом окисляется и в виде пиритных огарков применяется в производстве агломерата.