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.

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.

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.

Благодаря своим уникальным свойствам – ковкости, прочности, пластичности – металл широко используется любой отраслью промышленности во всем мире. Сырьем для его изготовления являются железосодержащие минералы.

Запасы в мире

Залежи железосодержащих полезных ископаемых есть на каждом материке. Их ресурсы распределены так (по убыванию):

• Европейские государства.
• Страны Азии.
• Африканский континент: ЮАР, Алжир, Либерия, Зимбабве, Ангола, Габон.
• Южная и Северная Америка.

Месторождения железной руды обнаружены на территориях 98 государств. На сегодняшний день их реальная цифра – 212 млрд т. Но ученые считают, что мировые залежи этого стратегического сырья могут исчисляться 790 миллиардами тонн.

В процентном соотношении запасы железной руды по странам мира распределены так:

• Украина – 18%.
• Россия – 16%.
• Бразилия – 13%.
• Австралия – 11%.
• Китай – 13%.
• Индия – 4%.
• Остальные – 25%.

Рудные пласты различаются по содержанию железа. Они бывают богатыми (более 50% Fe), рядовыми (25–50%), бедными (менее 25%). Поэтому в пересчете на содержание железа их запасы распределяются иначе:

• Россия – 19%.
• Бразилия – 18%.
• Австралия – 14%.
• Украина – 11%.
• Китай – 9%.
• Индия – 4%.
• Остальные – 25%.

Из всех добываемых железосодержащих минералов 87% имеют низкое качество (содержание железа 16–40%). Такое сырье требует обогащения. Россия добывает только 12% железистых соединений высокого качества, с содержанием железа более 60%. Самое качественное сырье для металлургии добывают на Австралийском материке (64% Fe).

Подсчитано, что при существующем уровне добычи руды обеспеченность мирового хозяйства железом составит 250 лет.

Крупнейшие залежи

Из всех стран мира самые богатые запасы железной руды в Российской Федерации. Они сосредоточены в нескольких регионах.

Курская магнитная аномалия. Это огромный железорудный район мирового масштаба. Здесь расположено несколько мощных месторождений. Одно из них – Лебединское (14, 6 млрд т) – за свои размеры и объемы выработки дважды заносилось в книгу рекордов Гиннеса.

А также менее богатые регионы:

• Урал.
• Кольский рудный район.
• Карелия.
• Западная Сибирь.

Кроме России, крупные месторождения находятся на территории:

• Австралии (Айрон-Ноб, Западно-Австралийское).
• США (Верхнеозерное).
• Канады (Ньюфаундлендское, Лабрадорское).
• ЮАР (Трансваальское).
• Индии (Сингбхум).
• Швеции (гора Кирунавааре).
• Китая (возле города Аньшань).

Значительные запасы железной руды имеет Украина – более 21 млрд т. Здесь есть 3 месторождения – Криворожское, Белорецкое и Кременчугское. Последнее имеет залежи с низким содержанием железа. Кроме того, они содержат много вредных примесей. На двух других месторождениях добывается железная руда высокого качества.

Богатые железистые соединения (до 68% Fe) добывают в Венесуэле. Ресурс страны составляет 2 200 млн т. На Бразильских месторождениях Каражас, Урукум содержатся более десятка миллиардов тонн богатых залежей (50–69% Fe). Около 3 000 млн т бурого рядового железняка залегает на о. Куба.

В США находятся огромные залежи железистых кварцитов, которые требуют основательного обогащения.

Рейтинг стран мира по добыче железной руды на 2017 год

Добыча руды осуществляется на территории более 50 государств. Лидерами отрасли являются Китай, Австралия, Бразилия, Россия, Индия. Совокупно они добывают 80% всех железосодержащих минералов.

Из года в год увеличиваются объемы железодобывающей отрасли во всем мире, но они не покрывают полностью потребности человечества. Многим государствам с развитыми горнодобывающей и металлургической отраслями промышленности не хватает собственных ресурсов железной руды, и они вынуждены закупать ее за границей.

Крупнейшими импортерами являются Южная Корея, Япония, США, страны Евросоюза. Даже Поднебесная – республика, которая занимает 1 место в мире по добыче руды – вынуждена ее импортировать. Больше всего экспортируют железорудного сырья Австралия, Бразилия и Индия.

Чтобы представить, как развивается железорудная отрасль, представлена сравнительная таблица по добыче руды за год (млн т):

Наблюдается неуклонный рост индийской железорудной промышленности. Предполагается, что к 2020 году ее показатели увеличатся на 35%.

Среди всех горнодобывающих компаний мира основополагающее место занимают 3 рудных гиганта:

• BHP Billiton, самая крупная австралийско-британская компания.
• Vale S. A. (бразильская компания).
• Rio Tinto, транснациональная корпорация.

Они ведут добычу во многих государствах, владеют электростанциями, заводами по обогащению железорудных ископаемых и выплавке стали, осуществляют железнодорожные и морские перевозки собственным транспортом, устанавливают мировые цены на сырье.

Как добывают железо?

Железо - важнейший химический элемент в таблице Менделеева; металл, который применяют в самых разных отраслях промышленности. Добывают его из железной руды, которая залегает в недрах земли.

Как добывают железо: способы

Существует несколько способов добычи железной руды. Выбор того или иного метода будет зависеть от месторасположения залежей, глубины залегания руды и некоторых других факторов.

Железо добывают как открытым, так и закрытым способом:

1. При выборе первого способа необходимо обеспечить подвоз всей необходимой техники непосредственно к самому месторождению. Здесь с ее помощью и будет строиться карьер. В зависимости от ширины залегания руды карьер может быть разного диаметра и до 500 метров в глубину. Этот способ добычи железной руды подходит, если полезное ископаемое находится неглубоко.
2. Более распространенным все же является закрытый способ добычи железной руды. В ходе него роются глубокие колодцы-шахты до 1000 м глубиной, в стороны от которых копаются разветвления (коридоры) - штреки. В них опускается специальное оборудование, посредством которого руда изымается из земли и поднимается на поверхность. По сравнению с открытым, закрытый способ добычи железной руды намного более опасный и затратный.

После изъятия руды из недр земли, ее грузят на специальные грузоподъемные машины, которые доставляют руду на перерабатывающие предприятия.

Переработка железной руды

Железная руда - это горная порода, в составе которой есть железо. Чтобы в дальнейшем направить железо в промышленность, его нужно добыть из породы. Для этого из каменных кусков породы выплавляют само железо, причем делают это при очень высоких температурах (до 1400-1500 градусов).

Обычно добываемая порода состоит из железа, угля и примесей. Ее загружают в доменные печи и нагревают, причем уголь сам поддерживает высокую температуру, а железо при этом приобретает жидкую консистенцию, после чего его разливают в различные формы. Шлаки при этом отделяются, а само железо остается чистым.

Железная руда стала добываться человеком много веков назад. Уже тогда стали очевидными преимущества использования железа.

Найти минеральные образования, содержащие железо, довольно легко, так как этот элемент составляет около пяти процентов земной коры. В целом, железо является четвертым по распространенности элементом в природе.

В чистом виде найти его невозможно, железо содержится в определенном количестве во многих типах горных пород. Наибольшее содержание железа имеет железная руда, добыча металла из которой является наиболее экономично выгодным. От ее происхождения зависит количество содержащегося в ней железа, нормальная доля которого в составе около 15%.

Химический состав

Свойства железной руды, ее ценность и характеристики напрямую зависят от ее химического состава. Железная руда может содержать различное количество железа и других примесей. В зависимости от этого выделяют ее несколько типов:

• очень богатые, когда содержание железа в рудах превышает 65%;
• богатые, процент железа в которой варьируется в диапазоне от 60% до 65%;
• средние, от 45% и выше;
• бедные, в которых процент полезных элементов не превышает 45%.

Чем больше побочных примесей в составе железной руды, тем больше необходимо энергии на ее переработку, и тем менее эффективным является производство готовой продукции.

Состав породы может представлять собой совокупность различных минералов, пустой породы и других побочных примесей, соотношение которых зависит от ее месторождения.

Магнитные руды отличаются тем, что в их основе заложен оксид, имеющий магнитные свойства, но при сильном нагреве они теряются. Количество этого типа породы в природе ограничено, но содержание железа в нем может не уступать красному железняку. Внешне он выглядит как твердые кристаллы черно-синего цвета.

Шпатовый железняк представляет собой рудную породу, в основе которой лежит сидерит. Очень часто имеет в составе значительное количество глины. Этот тип породы относительно тяжело найти в природе, что на фоне малого количества содержимого железа делает его редко используемым. Поэтому отнести их к промышленным типам руд невозможно.

Кроме оксидов в природе содержаться другие руды на основе силикатов и карбонатов. Количество содержимого железа в породе очень важно для ее промышленного использования, но также важно наличие полезных побочных элементов, таких как никель, магний, и молибден.

Отрасли применения

Сфера применения железной руды практически полностью ограничена металлургией. Ее используют, в основном, для выплавки чугуна, который добывают с помощью мартеновских или конверторных печей. На сегодняшний день чугун используется в различных сферах жизнедеятельности человека, в том числе в большинстве видов промышленного производства.

Не в меньшей степени используются различные сплавы на основе железа – наиболее широкое применение обрела сталь благодаря своим прочностным и антикоррозийным свойствам.

Чугун, сталь и различные другие сплавы железа используются в:

1. Машиностроении, для производства различных станков и аппаратов.
2. Автомобилестроении, для изготовления двигателей, корпусов, рам, а также других узлов и деталей.
3. Военной и ракетной промышленности, при производстве спецтехники, оружия и ракет.
4. Строительстве, в качестве армирующего элемента или возведения несущих конструкций.
5. Легкой и пищевой промышлености, в качестве тары, производственных линий, различных агрегатов и аппаратов.
6. Добывающей промышленности, в качестве спецтехники и оборудования.

Месторождения железной руды

Мировые запасы железной руды ограничены в количестве и своем местоположении. Территории скопления запасов руд называют месторождениями. На сегодняшний день месторождения железных руд делят на:

1. Эндогенные. Они характеризуются особым расположением в земной коре, обычно в виде титаномагнетитовых руд. Формы и расположения таких вкраплений разнообразны, могут быть в форме линз, пластов, расположенных в земной коре в виде залежей, вулканообразовных залежей, в виде различных жил и других неправильных форм.
2. Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
3. Метаморфогенные. К которым относятся залежи кварцитов.

Месторождения таких руд можно встретить на территории всей нашей планеты. Наибольшее количество залежей сконцентрировано на территории постсоветских республик. В особенности Украины, России и Казахстана.

Большие запасы железа имеют такие страны как Бразилия, Канада, Австралия, США, Индия и ЮАР. При этом практически в каждой стране на земном шаре имеются свои разрабатываемыми месторождения, в случае дефицита которых, порода импортируется из других стран.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

1. Промывка.

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

1. Гравитационная очистка.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

1. Магнитная сепарация.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

1. Флотация.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Железной рудой называются природные минеральные образования, которые содержат железо в больших количествах и таких химических соединениях, что его извлечение возможно и целесообразно. Важнейшими являются: магнетит, магномагнетит, титаномагнетит, гематит, гидрогематит, гётит, гидрогётит, сидерит, железистые хлориты. Железные руды различаются по минеральному составу, содержанию железа, полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам.

Железные руды разделяют на богатые (более 50% железа), рядовые (50-25%) и бедные (менее 25% железа) В зависимости от химического состава их применяют для выплавки чугуна в естественном виде или после обогащения. Железные руды, использующиеся для производства стали, должны содержать определённые вещества в необходимых пропорциях. От этого зависит качество получаемого продукта. Некоторые химические элементы (помимо железа) могут извлекаться из руды и использоваться для других целей.

Месторождения железной руды разделяют по происхождению. Обычно выделяют 3 группы: магматогенные, экзогенные и метаморфогенные. Они могут подразделяться ещё на несколько групп. Магматогенные образуются в основном при воздействии на различные соединения высоких температур. Экзогенные месторождения возникли в долинах при отложении осадков и Метаморфогенные месторождения — ранее существовавшие осадочные месторождения, преобразовавшиеся в условиях высоких и температур. Наибольшее количество железной руды сосредоточено на территории России.

В состав Курской магнитной аномалии входят Приоскольское железорудное месторождение и Чернянское железорудное месторождение.