Залізна руда - це гірська порода, до складу якої входить природне скупчення різних мінералів і обов'язково, у тому чи іншому співвідношенні, є залізо, яке можна виплавити з руди. Компоненти, що входять до складу руди, можуть бути найрізноманітнішими. Найчастіше вона містить наступні мінерали: гематит, мартит, сидерит, магнетит та інші. Кількісне вміст заліза, що міститься в руді, неоднакове, в середньому воно коливається від 16 до 70%.

Залежно кількості вмісту заліза у руді, її ділять кілька типів. Залізна руда, що містить у собі понад 50% заліза, називається багатою. Звичайні руди до свого складу включають щонайменше 25 % і трохи більше 50 % заліза. Бідні руди мають невеликий вміст заліза, воно становить лише четверту частину від загальної кількості хімічних елементів, що входять до загального вмісту руди.

Із залізних руд, в яких знаходиться достатній вміст заліза, виплавляють, для цього процесу її найчастіше збагачують, але можуть використовувати і в чистому вигляді, це залежить від хімічного складу руди. Щоб зробити , необхідно точне співвідношення певних речовин. Це впливає якість кінцевого продукту. З руди можуть виплавляти та використовувати за призначенням та інші елементи.

Загалом, всі родовища залізняку поділяють на три основні групи, це:

магматогенні родовища (утворені під впливом високих температур);
екзогенні родовища (утворені внаслідок відкладення опадів та вивітрювання гірських порід);
метаморфогенні родовища (утворені в результаті осадової діяльності та подальшого впливу високого тиску та температури).

Ці основні групи родовищ можуть своєю чергою поділятися ще деякі підгрупи.

Дуже багата на родовища залізняку. На її території міститься понад половина загальносвітових покладів залізниці. До найбільш великого родовища належить Бакчарське родовище. Це одне з найбільших джерел покладів залізняку не тільки на території. Російської Федерації, а й у всьому світі. Дане родовище знаходиться в Томській області в районі річок Андрома та Ікси.

Поклади руди тут виявлено 1960 року, під час пошуку нафтових джерел. Родовище розкинулося на дуже велику площу, що становить 1600 кв. метрів. Поклади залізняку розташовуються на глибині 200 метрів.

Бакчарські залізні руди багаті на залізо на 57 %, вони також включають до свого складу та інші корисні хімічні елементи: фосфор, золото, платину, паладій. Об'єм заліза в збагаченій залізній руді сягає 97 %. Загальний запас руди на даному родовищі обчислюється в 28,7 мільярдах тонн. Для видобутку та розробки руди з року в рік удосконалюються технології. Кар'єрний видобуток передбачають замінити свердловинним.

У Красноярському краї, приблизно 200 км від міста Абакана, у західному напрямку, розміщується Абагасское родовище залізняку. Переважний хімічний елемент, що входить до складу тутешніх руд – це магнетит, його доповнює мушкетовіт, гематит, пірит. Загальний склад заліза у руді негаразд великий і становить 28 %. Активні роботи з видобутку руди цьому родовищі ведуться з 80-х, незважаючи на те, що відкрито воно було ще в 1933 році. Родовище складається з двох частин: Південної та Північної. Щороку тут видобують у середньому трохи більше 4 млн. тонн залізняку. Загальна кількість запасів залізняку на Абаському родовищі становить 73 млн. тонн.

У Хакасії, неподалік міста Абаза у районі Західного Саяна, розроблено Абаканське родовище. Відкрито воно було 1856 року, і з того часу видобуток руди ведеться регулярно. За період з 1947 до 1959 року на Абаканському родовищі були зведені спеціальні підприємства з видобутку та збагачення руд. Спочатку видобуток вели відкритим способом, а пізніше перейшли на підземний спосіб, влаштувавши 400-метрову шахту. Місцеві руди багаті на магнетит, пірит, хлорит, кальцит, актиноліт, андезит. Вміст заліза становить від 41,7 до 43,4 % з додаванням сірки і . Рівень щорічного видобутку в середньому дорівнює 2,4 млн тонн. Загальний запас покладів становить 140 млн тонн. В Абазі, Новокузнецьку та Абакані розташовані центри видобутку та переробки залізняку.

Курська магнітна аномалія славиться своїми найбагатшими покладами залізняку. Це найбільший залізний басейн у всьому світі. Тут залягає понад 200 мільярдів тонн руди. Ця сума є вагомим показником, адже вона становить половину запасів залізняку на всій планеті в цілому. Розташовується родовище на території Курської, Орловської та Білгородської областей. Її межі простягаються не більше 160 000 кв. км, включаючи дев'ять центральних і південних областей країни. Магнітна аномалія була виявлена ​​тут дуже давно, ще у XVIII столітті, але більші поклади руди стало можливим виявити тільки в минулому столітті.

Найбагатші запаси залізняку почали активно видобувати тут тільки в 1931 році. У цьому місці зберігається запас залізняку, що дорівнює 25 мільярдам тонн. Вміст заліза у ній коливається від 32 до 66%. Видобуток ведеться і відкритими, і підземними засобами. Курська магнітна аномалія включає до свого складу Приоскольське та Чернянське родовище залізняку.

ГЛАВА 7. ГРУПИ РУДНИХ МІНЕРАЛІВ З ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ. ДІАГНОСТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЕТАЛОННИХ МІНЕРАЛІВ. ТАБЛИЦІ-ВИЗНАЧНИКИ.

СТАНДАРТНІ СХЕМИ ДОСЛІДЖЕННЯ

РУДНОГО МІНЕРАЛУ І АНШЛІФУ

З великої кількості рудних мінералів можна назвати характерні сполуки трьох типів: самородні елементи (метали), сульфіди та подібні їм сполуки і оксиди – сполуки металів з киснем. Вони значно відрізняються за фізичними властивостями, що полегшує діагностику.

1. Самородні елементи, такі як, Au, Ag, Fe, Cu, Pt мають фізичні властивості ідеальних металів, тобто. ковкістю, тягучістю, металевим блиском (непрозорістю для світла), провідністю тепла та електрики, високою щільністю. Властивості їх обумовлені насамперед металевим типом електронного зв'язку між атомами. Тип зв'язку визначає будову кристалічних решіток та оптичні властивості. Для рудних мінералів важливими властивостями є відбивна здатність та твердість. Самородні метали є, як правило, найбільш високовідбиваючі об'єкти і мають низьку твердість. До типових рудних мінералів відноситься також гексагональна модифікація самородного вуглецю - графіт, що відрізняється низьким відображенням.

2. Сульфіди, такі як: галеніт – PbS, сфалерит – ZnS, міллерит – NiS, кіновар – HgS, пірротин – FeS, ковелін – CuS – не мають властивостей металів. Вони переважно крихкі, слабо проводять електричний струм, мають середню відбивну здатність, деякі частково пропускають світло. Електронні зв'язки між хімічними елементами, що входять до кристалічних ґрат сульфідів, мають іонний або змішаний типи, що і зумовлює різку відмінність їх оптичних властивостей. Багато сульфідів мають широку анізотропію фізичних властивостей, у тому числі твердості та відбивної здатності. До цієї групи рудних мінералів відносяться також численні селенисті, телуристі, миш'яковисті та сурм'янисті сполуки, серед яких багато важливих у промисловому відношенні мінералів.

3. Окисли, наприклад магнетит – Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4 , гематит – Fe 2 O 3 , рутил – TiO 2 , куприт – Cu 2 O, ільменіт – FeTiO 3 , хроміт – FeCr 2 O 4 ще більше відрізняються від металів відсутністю пластичності, електропровідності. Окисли, як правило, відрізняються низькою відбивною здатністю та високою твердістю. Багато оксидів пропускають світло. Типи хімічних зв'язків у оксидах різні, що зумовлює їх широкі розбіжності у фізичних властивостях.

Роль самородних металів, сульфідів та оксидів в освіті родовищ різна. Самородні метали винятково рідко утворюють родовища, а сульфіди та оксиди є головними компонентами численних родовищ.

Найважливіші рудні мінерали, що утворюють родовища:

До еталонних мінералів відносяться: пірит, галеніт, бляклі руди, сфалерит. Діагностичні властивості їх наведено у табл. 1.

Таблиця 1

Діагностичні властивості еталонних мінералів

Важливо засвоїти властивості цих мінералів, щоб практично їх впізнавати і використовуватиме діагностики інших мінералів. Головна перевага пропонованої групи еталонів полягає в широкій поширеності в різних родовищах, стійкості їх властивостей, стандартних кольорах, силі відображення та ін. відповідає інтервалу сприйнятливості ока. Це дозволяє легко за методом контакту орієнтуватися в довідкових таблицях. Також закономірно зростає мікротвердість у ряді: галеніт-сфалерит-бляка руда-пірит, (від 2.5 до 6.5), що дозволяє використовувати примітивну схему визначення груп твердості за «методом дряпання». На прикладі еталонів засвоюються такі діагностичні властивості як еталонні кольори: білий (галеніт) та сірий (сфалерит), «внутрішню будову» (трикутники викришування у галеніту) та «внутрішні рефлекси» (сфалерит і блякла руда) та ін.

Властивості інших мінералів, включених до курсу «Рудна мінераграфія», наведені у формі стандартних таблиць-визначників.

Приклад роботи з таблицею-визначником

Як приклад розглянемо таблицю С.А. Юшко та В.В. Іванова (Додаток 4), наведену у роботі С.А. Юшко «Методи лабораторного дослідження руд» (1984). Таблиця складена з використанням основних фізичних властивостей рудних мінералів, які студент визначає у лабораторних умовах. Подані в таблиці мінерали розбиті на 36 груп, залежно від властивостей.

Рекомендується передусім визначити характер анізотропії мінералу. За цією ознакою мінерали поділяються на дві великі групи. Точне визначенняанізотропність дозволить різко обмежити коло пошуку мінералу.

Далі слід визначити рівень відображення. У кожній групі як ізотропних, так і анізотропних мінералів перша вертикальна графа зліва має позначення: «Відображення». Вона поділена на три підрозділи (знизу вгору): «рівна сфалериту і менше», «рівна галеніту і менше» і «більше галеніту». Зразкове визначення коефіцієнта відображення по стандартах дозволяє обмежити пошук мінералу до 3-7 груп.

Визначення кольору мінералу у відбитому світлі не є великі труднощі, Але вирішує ще одне завдання - відокремлює «ясно забарвлені» мінерали, яких, наприклад, серед анізотропних мінералів, не так багато. Ця властивість позначена у другій вертикальній графі таблиці: "Забарвлення мінералу".

Наступна вертикальна графа - "Внутрішні рефлекси в порошку", дозволяє виділити мінерали з ясно вираженими внутрішніми рефлексами, що особливо важливо в групах безбарвних мінералів.

Остання графа перед визначенням номера діагностичної групи – «Твердість». Визначення твердості студентами виконується в

кабінетних умовах швидко двома способами. За методом дряпання мідною та сталевою голками визначається клас твердості: «висока», «середня» та «низька». На мікротвердометр МПТ-3 уточнюється значення мікротвердості.

Визначення діагностичної групи звужує пошук мінералу, але ще вирішує остаточно завдання визначення. Деякі групи є вельми складними за набором мінералів, наприклад №№ 7, 10, 15, 22 та ін. мікрохімічні реакції, за наявності набору стандартних реактивів. Визначення деяких мінералів може бути впевненим лише шляхом аналізу хімічного складу та рентгенограми.

Стандартні схеми дослідження рудного мінералу та аншліфу

Схема дослідження мінералу:

1. Оцінюється коефіцієнт відображення (щодо еталонів) чи вимірюється на спектрофотометрі.

2. Визначаються: колір, анізотропія, двовіддзеркалення, кольорові ефекти, наявність внутрішніх рефлексів, мікротвердість методом дряпання.

3. Перевіряється наявність магнітності.

4. Вивчається форма та внутрішня будова зерен.

5. За таблицею властивостей визначається мінерал та група аналогів.

6. За довідниками уточнюються ознаки та робиться вибір.

7. Якщо визначення утруднене, то уточнюється мікротвердість на приладі ПМТ-3 і таблиці твердості мінералів ще раз визначається мінерал.

8. Якщо мінерал не вдалося визначити за табличними даними:

– готують зразок мікрозондового аналізу для уточнення хімічного складу;

- Готують препарат для рентгенівського вивчення.

Схема опису аншліфу:

1. Визначається макроскопічна текстура зразка.

2. Визначається повний мінеральний склад під мікроскопом.

3. Кількість мінеральних фаз та їх обсяг:

- Головні мінерали (> 1%);

- Другорядні мінерали(< 1 %);

- Рідкісні мінерали (поодинокі зерна).

4. Вимірюються розміри зерен усіх мінералів.

5. Виділяються закономірні зрощення парагенези та асоціації.

6. Аналізуються вікові взаємини між мінералами та асоціаціями.

7. Визначається послідовність освіти, складається її схема.

8.Визначається структура, тип оруднення.

9. Робиться висновок про генезу.

10. Намічаються місця для ілюстрації доказів.

Задавшись питанням - навіщо потрібна залізняк стає зрозуміло, що без неї людина не досягла б висот сучасного розвитку цивілізації. Знаряддя праці та зброю, деталі машин та верстати – все це можна зробити із залізняку. Сьогодні немає жодної галузі народного господарства, що обходиться без сталі чи чавуну.

Залізо відноситься до широко поширених у земній корі хімічним елементам. У земній корі цей елемент у чистому вигляді практично не зустрічається, він знаходиться у вигляді сполук (окисів, карбонатів, солей та іншого). Мінеральні сполуки, які містять значну кількість цього елемента, називають залізними рудами. Промислове використання руд, що містять у своєму складі ≥ 55% заліза, економічно обґрунтовано. Рудні матеріали з меншим вмістом металу піддаються попередньому збагаченню. Методи збагачення при видобутку залізняку постійно удосконалюються. Тому, нині, вимоги до кількості заліза у складі залізняку (бідної) постійно знижуються. Руда складається з сполук рудоутворюючого елемента, мінеральних домішок та порожньої породи.

• руди, що утворилися під дією високої температури, називають магматогенними;
• утворені внаслідок осідання на дні древніх морів – екзогенними;
• під дією екстремального тиску та температури – метаморфогенними.

Походження породи визначає умови видобутку з корисними копалинами і у вигляді міститься залізо у яких.

Головна особливість залізняку – їх широка поширеність і дуже значні запаси в земній корі.

Основні залізовмісні мінеральні сполуки:

• гематит - це найбільш цінне джерело заліза, так як містить близько 68-72% елемента і мінімум шкідливих домішок, поклади гематиту називають червоним залізняком;
• магнетит - головне властивість залізняку цього виду – магнітні характеристики. Нарівні з гематитом відрізняється вмістом заліза рівним 72,5%, а також високим вмістом сірки. Утворює родовища – магнітні залізняки;
• група водних оксидів металу під загальною назвою бурі залізняки. Ці руди мають низький вміст заліза, домішки марганцю, фосфору. Це визначає властивості залізняку даного типу – значну відновлюваність, пористість структури;
• сидерит (карбонат заліза) – відрізняється високим вмістом порожньої породи, самого металу міститься близько 48%.

Застосування залізняку

Залізна руда використовується для виплавки чавунів, сталістого чавуну і сталі. Однак, перш ніж, залізняквикористовують за призначенням, вона піддається збагаченню на гірничо-збагачувальних комбінатах. Це стосується бідних рудних матеріалів, вміст заліза в яких нижче 25-26%. Розроблено кілька методів збагачення бідних руд:

• магнітний спосіб, він полягає у використанні відмінностей магнітної проникності компонентів руди;
• флотаційний спосіб, що використовує різні коефіцієнти змочування частинок руди;
• промивний спосіб, що видаляє порожні домішки струменями рідин під великим тиском;
• гравітаційний спосіб, що застосовує спеціальні суспензії видалення порожньої породи.

В результаті збагачення із залізної руди одержують концентрат, що містить до 66-69% металу.

Як і де використовується залізна руда та концентрати:

• руда використовується в доменному виробництві для виплавки чавунів;
• для отримання сталі прямим способом, минаючи стадію чавуну;
• для отримання феросплавів.

У результаті, з отриманої сталі та чавуну виготовляються профільний та листовий прокат, з яких потім виготовляють необхідні вироби.

Залізна руда є особливим мінеральним утворенням, що включає залізо, а також його сполуки. Руду вважають залізною у тому випадку, якщо вона містить цей елемент у достатніх обсягах для того, щоб економічно було вигідно його витягати.

Основним різновидом залізняку є магнітний залізняк. Він містить майже 70% окису та закису заліза. Ця руда має чорний або сіро-сталевий колір. біля Росії добувають на Уралі. Зустрічається він у надрах Висока, Благодать та Качканар. На території Швеції його знаходять на околицях Фалуня, Даннемору та Геллівара. У - це Пенсільванія, а Норвегії - Арендаль і Персберг.

У чорній металургії залізорудну продукцію поділяють на три види:

сепаровану залізну руду (з низьким вмістом заліза);

Аглоруду (із середнім вмістом заліза);

Окатиші (сиру залізовмісну масу).

Морфологічні типи

Багатими вважаються такі поклади залізняку, які містять понад 57% заліза у своєму складі. До бідних руд відносять ті, у яких щонайменше 26% заліза. Вчені розділили залізну руду на два морфологічні типи: лінійний та плоскоподібний.

Залізна руда лінійного типу є рудними клиноподібними тілами в зонах вигинів і земних розломів. Даний тип відрізняється особливо великим вмістом заліза (від 50 до 69%), але сірка та фосфор у такій руді міститься у невеликій кількості.

Плоскоподібні поклади зустрічаються на вершинах пластів залізистих кварцитів, які є типовою корою вивітрювання.

Залізна руда. Застосування та видобуток

Багата залізна руда застосування знаходить для отримання чавуну і в основному йде на виплавку в конвертерне та мартенівське виробництво або безпосередньо на відновлення заліза. Невелика кількість використовується як природна фарба (охра) та обважнювач глинистих

Обсяг світових запасів розвіданих родовищ становлять 160 млрд. тонн, а заліза міститься близько 80 млрд. тонн. Залізна руда знайдена в Україні, а найбільшими запасами чистого заліза мають Росія та Бразилія.

Обсяги світового видобутку руди зростають з кожним роком. У більшості випадків залізна руда видобувається відкритим методом, суть якого полягає в тому, що всю потрібну техніку доставляють до родовища, і там будують кар'єр. Глибина кар'єру становить середньому близько 500 м, яке діаметр залежить від особливостей знайденого родовища. Після цього за допомогою спеціального обладнання видобувають залізняк, складають на машини, пристосовані для перевезення важких вантажів, і доставляють з кар'єру на підприємства, що займаються переробкою.

Недоліком відкритого методу є можливість добувати руду лише на невеликій глибині. Якщо вона лежить набагато глибше, доводиться зводити шахти. Спочатку роблять стовбур, що нагадує глибоку криницю з добре укріпленими стінками. У різні боки від стовбура відходять коридори, звані штреки. Знайдену в них руду підривають, а потім її шматки піднімають на поверхню за допомогою особливого обладнання. Видобуток залізняку в такий спосіб ефективний, але пов'язаний із серйозною небезпекою та витратами.

Існує ще інший спосіб, за допомогою якого видобувають залізняк. Його називають СГД або свердловинним гідровидобуванням. Руда витягується з-під землі таким чином: бурять свердловину, опускають у неї труби з гідромонітором і дуже потужним водяним струменем дроблять породу, яку потім піднімають на поверхню. Видобуток залізняку цим способом безпечний, проте, на жаль, неефективний. Так вдається видобути лише 3% руди, а 70% видобувається за допомогою шахт. Однак розробка методу СГД удосконалюється, і є більша ймовірність, що в майбутньому цей варіант стане основним, витіснивши шахти та кар'єри.

Залізо є поширеним у природі елементом. Його вміст у земній корі становить 4,2%. Більше міститься у ній лише кисню 49,7%, кремнію 26% та алюмінію 7,45%.

Рудними копалинами або рудами називаються такі мінеральні маси з яких економічно доцільне вилучення металів або необхідного елемента. Відповідно з цим залізними рудаминазиваються гірські породи з яких економічно доцільно виплавляти залізо. Постійна зміна економічних умов внаслідок розвитку методів збагачення руд, зниження вартості їх перевезення змінює уявлення про залізну руду, оскільки нижня межа вмісту в ній заліза постійно знижується.

Промисловим родовищем руд вважається таке накопичення руд, яке економічно доцільно розробляти. Економічність цієї розробки зростає зі збільшенням потужності родовища, оскільки вкладати кошти у будівництво наприклад шахт чи кар'єрів, житла, комунікацій, доцільно лише за досить тривалої експлуатації родовища. Досвід показує, що експлуатація залізорудного родовища є доцільною і має стійку перспективу при запасах близько 250-500 млн. тонн.

Руда складається з рудного та рудоутворюючого мінералу, порожньої породи та домішок. Елемент знаходиться в рудному мінералі.

Рудні мінерали залізних руд являють собою оксиди, карбонати заліза та деякі інші сполуки. Головні їх описані нижче.

Має хімічний склад Fe 2 O 3 - безводний оксид заліза. Гематит містить 70% заліза. Утворена гематитом руда називається червоним залізняком і є найпоширенішим типом руди. Він зазвичай характеризується високим вмістом заліза і малим вмістом шкідливих домішок. Типовим родовищем гематитових руд є Криворізьке.

Малюнок 1 - Загальний виглядмінералу гематиту

Має хімічний склад Fe3O4 - магнітний оксид заліза, що містить 72,4% заліза. Відрізняється від інших мінералів промислових залізних руд магнітними властивостями, які губляться при нагріванні понад 570 про С. Магнетит є змішаним оксидом заліза FeO*Fe 2 O 3 . Руди утворені магнетитом називаються магнітними залізняками чи магнетитами. Вони менш поширені, ніж гематити, характеризуються високим вмістом заліза, зниженою відновлюваністю, що часто супроводжуються сіркою.

Малюнок 2- Вид мінералу магнетиту

Водні оксиди заліза - Fe 2 O 3 *nH 2 O - залежно від значення n утворюють різні видиоксидів, але всі утворювані ними руди називають бурими залізняками. Розрізняють такі водні оксиди заліза:

• n=0,1 - гідрогематит
• n=1 - гетит
• n=1,5 - лемоніт та ін.

Найчастіше зустрічаються бурі залізняки на основі лимоніту - 2Fe 2 O 3 *3H 2 O, які називають лимонітовими.

Бурі залізняки характеризуються зниженим вмістом заліза, пухкі, часто супроводжуються марганцем, фосфором, мають високу пористість і відновлюваність.

Малюнок 3- бурий залізняк на основі лимоніту

Сидерит- має хімічний склад FeCO 3 – карбонат заліза. Містить 48,2% заліза. Утворена сідерітом руда називається шпатовим залізняком, або сідерітом. При значній кількості домішок глини може називатися глинистим залізняком. Сидерити поширені набагато менше, ніж інші руди. Характеризуються високою відновлюваністю, низьким вмістом заліза через незначне його вміст у рудному мінералі та великої кількостіпорожній породі. Під впливом вологи та кисню атмосфери сидерити можуть переходити в бурі залізняки, оскільки оксид заліза (II) у молекулі FeO*CO 2 окислюється та поглинає вологу. Тому зустрічаються родовища, у яких верхні шари руди є бурими залізняками, а нижні корінні сидеритами.

Малюнок 4

Має хімічний склад FeTiO 3 – залізна сіль титанової кислоти. Ільменіт містить 36,8% заліза та 31,8% титану. Зустрічається завжди у зростках зі звичайним магнетитом, тобто. у вигляді FeTiO 3 *Fe 3 O 4 . Утворювані ільменітом руди називаються титаномагнетитами.

Малюнок 5- загальний вигляд мінералу ільменіту

Титаномагнетит є щільною важковідновною рудою, яка дає густі і тугоплавкі титановмісні шлаки. Має магнітні властивості і добре збагачується магнітною сепарацією. Часто супроводжується ваннадієм.

Сульфід заліза FeS 2 у природі знаходиться у вигляді мінералу піриту або сірчаного колчедану. Він містить 46,6% заліза. Пірит залізняку не утворюють. Він використовується у хімічній промисловості, де його спалюють для відділення сірки. Залізо при цьому окислюється і у вигляді піритних недогарків застосовується у виробництві агломерату.