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:
- 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.
- 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 – это минеральное образование, основным компонентом которого является железо. Для промышленной добычи пригодна и экономически выгодна руда с большим содержанием железа, более 40%, самый высокий процент присутствия железа в магнитном железняке – 70%.
Мировые запасы железной руды
Добыча железной руды – одна из ведущих отраслей производственного комплекса в России. Несмотря на этот факт, наша страна добывает только 5,6% от общей добычи руды в мире. Всего же мировые запасы составляют более 160 миллиардов тонн. По предварительным подсчётам, содержание чистого железа может доходить до 80 миллиардов тонн. Распределение запасов железной руды по странам:
Карта запасов железной руды России
- Российская Федерация – 18%;
- Китайская Народная Республика – 9%;
- Австралия – 14%;
- Бразилия – 18%;
- Украина – 11%
- Канада – 8 %
- США – 7 %
- Остальные страны – 15%.
Железные руды принято различать по содержанию железа, а также по минеральному составу (примеси). Также руды разделяют на богатые железом (больше половины железа), рядовые (от четверти до половины) и бедные (содержание железа менее четверти).
Магнитный железняк, содержащий максимальное количество железа, добывается в России на Урале – в горах Высокая, Магнитная; Качканар, Благодать.
Большие залежи в Швеции близ городов Фалуня, Гелливар и Даннемор. В США значительные залежи в штате Пенсильвания. В Норвегии – Персберг и Арендаль. Россия занимает третье место в мире по числу залежей руд в мире. На первом месте – Бразилия, на втором – Австралия. Запасы железной руды в России на сегодняшний день составляют более 50 миллиардов тонн.
Крупнейшие месторождения
Бакчарское железорудное месторождение расположено в Томской области между двух рек – Андорма и Икса. Является одним из крупнейших не только в России, но и в мире. Запасы приблизительно оцениваются в 28,7 миллиарда тонн. На данный момент для месторождения активно внедряют новые технологии, такие как проведение скважинной гидродобычи, а не карьерной добычи, как ранее.
Месторождения железной руды России, где происходит добыча Курская магнитная аномалия в России является самым крупным железорудным бассейном в мире. По самым скромным оценкам запасы данного месторождения составляют 200 миллиардов тонн. Залежи Курской магнитной аномалии составляют около половины всех мировых запасов железных руд. Этот железорудный бассейн расположен на территории сразу трёх областей: Курской, Орловской и Белгородской. Также в состав Курской магнитной аномалии принято относить Чернянское и Приоскольское месторождения.
Абаканское железорудное месторождение находится недалеко от города Абаза в республике Хакасия. Сначала велись открытые разработки, а затем подземные (шахты). Глубина шахт достигает 400 метров.
Абагасское месторождение железной руды расположено в Красноярском крае. Основные руды: магнезитовые, высокоглиноземистые и магнезиальные. Месторождение делится на две основные зоны: Северная (2300 метров) и Южная (более 2600 метров). Разработка ведётся открытым способом.
Способы добычи
Все способы добычи пород можно разделить на 2 основных вида: открытый (карьеры) и закрытый (шахты). Открытый способ добычи приносит больший урон экологии, в отличие от закрытого способа. Но его применение требует небольших капитальных вложений. Руда, которая залегает неглубоко в земной коре (до 500 м), извлекается карьерным способом.
На первоначальном этапе срезается верхний слой почвы. Дальнейшие действия направлены на выемку породы с помощью ковшей специальной техники, ее погрузку на транспортеры и доставку в обогатительные комбинаты.
Железные руды Урала. Бакальское месторождение
При разработке карьеров используют технологию взрыва, для более легкой выемки породы. Взрывные работы осуществляются с использованием следующих веществ:
- аммиачная селитра;
- эмульгированная нефть.
Взрыв осуществляется за доли секунды и способен разрушить большие площади горной породы. При взрывных работах качество руды никак не страдает. Самый большой карьер не только в России, но и во всем мире расположен в Белгородской области, между Старым Осколом и городом Губкин.
Называется он Лебединский, его дважды заносили в книгу рекордов Гиннеса за размеры и по объемам добычи – глубина 450 м, диаметр – 5 км, по оценкам здесь залегает 14,6 млрд тонн железной руды, в сутки работают около 133 единиц машинной техники, один самосвал способен доставлять до 200 кг руды.
Примечательным фактом о данном карьере является то, что он подвергается затоплению подземными водами. Если бы не производилась их откачка, через месяц этот огромный карьер был бы полон.
Однако использование карьерной разработки месторождений становится невозможным, когда уровень залегания полезной породы ниже 500 метров. В таком случае используют строительство подземных шахт. Иногда их глубина достигает нескольких километров. Под землей копаются штреки – обширные разветвления.
Машины комбайного типа врезаются шипами в горную породу, разламывая ее, затем с помощью погрузчиков она доставляется на поверхность.
Добыча руды шахтным способом довольно затратная, поскольку требует определенной инфраструктуры, а также создания безопасных условий для работы людей и техники. Частые случаи смещения земной породы и обвала шахт, их затопления и прочие катаклизмы. Поэтому этот способ не применяется в России, когда руда содержит небольшой процент железа. Хотя технологии обрабатывающей промышленности постоянно развиваются и дают возможности более продуктивного обогащения руд, содержащих железо в малых количествах.
Методы обогащения горной породы
Прежде чем применить один из методов обогащения полученную руду необходимо измельчить, поскольку пласты могут достигать двух метров. Далее, применяется один или несколько способов обогащения:
Гравитационная сепарация - флотация;
- комплексный метод.
Гравитационная сепарация – один из лучших способов добычи. Этот способ стал широко применяться благодаря своей низкой стоимости. Гравитационную сепарацию применяют для разделения крупных и мелких частиц горной породы между собой. Применяют не только для железных, но и для оловянных, свинцовых, цинковых, платиновых и золотых руд. Необходимое оборудование состоит из виброплощадки, центробежной машины и спирали.
Метод магнитной сепарации основан на различии магнитных свойств у веществ. Благодаря этому свойству данный метод становится незаменим на производстве, когда прочие способы не дают нужного эффекта.
Магнитная сепарация Магнитную сепарацию применяют для отделения неметаллических примесей от железной руды. В его основе простой закон физики – железо притягивается к магниту, а примеси смываются водой. Из полученного на магните сырья делают окатыши или горячебрикетированное железо.
Флотация – способ добычи руды, при котором частицы металла соединяются с пузырьками воздуха за счёт протекающей химической реакции. Для проведения флотационного разделения необходимо, чтобы полученная порода была однородной и все частицы были измельчены до одинакового размера.
Также важно учитывать качество реагентов, которые будут взаимодействовать с необходимым химическим элементом. На сегодняшний день флотация в основном используется для обновления концентратов железных руд, полученных в результате магнитной сепарации. В результате этого отработанные ранее руды дают еще 50% металла.
Довольно редко для получения необходимого сырья достаточно только одного способа разделения. Чаще всего применяют несколько способов и методик за один процесс обогащения. Суть комплексного способа заключается в измельчении, очищении спиральным классификатором от крупных примесей горных пород, обработки сырья в магнитном сепараторе. Данный распорядок повторяют несколько раз, пока не будет выработано максимум из сырья.
После обработки железной руды и получения металла в виде ГБЖ (горячебрикетированное железо), он отправляется на электрометаллургический комбинат, в котором выполняется производство металлических заготовок стандартных форм, а также нестандартных, по индивидуальному заказу. Иногда стальные заготовки могут иметь до 12 метров в длину.
Высокое качество металла обеспечивают передовые технологии его восстановления – электродуговая плавка, которая значительной мере снижает количество примесей.
После металлургического комбината сталь оправляется к конечным потребителям – машиностроительным, автомобильным предприятиям, для трубной, подшипниковой и метизной промышленности.
Видео: Железная руда
По наличию прогнозируемых запасов железной руды Россия занимает лишь третье место, уступая Бразилии и Штатам. Общее количество руды в РФ оценивается примерно в 120,9 млрд тонн. Если считать по достоверности «разведданных», то наиболее точно определены запасы (категория Р1) в 92,4 млрд тонн, чуть меньше вероятность добычи в полном объеме у 16,2 млрд тонн (категория Р2) и вероятность добычи разведанной руды – 2,4 млрд тонн (категория Р3). При этом среднее содержание железа составляет 35,7%. Основная часть ресурсов сосредоточена на КМА (Курская магнитная аномалия), расположенной на европейской части России. Меньшее значение имеют месторождения, расположенные в Сибири, на Дальнем Востоке.
Распределение запасов руд по России
Доля высококачественной руды, не требующей обогащения, с количеством железа не менее 60% в России составляет почти 12,4%. В основном руды средние и бедные, с содержанием железа в пределах 16-40%. Тем не менее, большими запасами богатых руд в мире обладает только Австралия. 72% российских запасов относятся к категории рентабельных.
Сегодня в РФ насчитывается 14 крупнейших месторождений. Из них 6 находятся в районе аномалии (т.е., больше половины), что обеспечивает 88% разработки железных руд. Госбаланс РФ на своем учете имеет 198 месторождений, 19 из которых имеет забалансовые запасы. Основные места добычи железной руды, расположенные в убывающем порядке (по объему добываемых полезных ископаемых):
- месторождение Михайловское (в Курской области);
- м. Гусевгорское (в Свердловской обл.);
- м. Лебединское (в белгородской обл.);
- м. Стойленское (в Белгородской обл.);
- м. Костомукшское (Карелия);
- м. Стойло-Лебединское (в Белгородской обл.);
- м. Ковдорское (в Мурманской обл.);
- м. Рудногорское (в Иркутской обл.);
- м. Коробковское (в Белгородской обл.);
- м. Оленегорское (в Мурманской обл.);
- м. Шерегешевское (в Кемеровской обл.);
- м. Таштагольское (в Кемеровской обл.);
- м. Абаканское (Хакасия);
- м. Яковлевское (в Белгородской обл.).
В течение последнего десятилетия в РФ наблюдается рост добычи железной руды. Среднегодовой прирост составляет около 4%. Однако, есть к чему стремиться: доля российской руды в общемировой добыче - менее 5,6%. В основном вся руда в России добывается на КМА (54,6%). В Карелии и Мурманской области объем составляет 18% от общей добычи, в Свердловской области выдают «на гора» 16% руд.
Металлы – это определенный тип химических элементов, главное их отличие от неметаллов, это низкое сопротивление электрическому току, обусловленное наличием свободных электронов. Так же, металлы хорошо поддаются механической обработке, так как обладают пластичностью. Добывают металлы разными способами, но принцип их получения основывается на восстановлении их из химических соединений (оксидов, сульфидов и т.д.).
Вам понадобится
- Печь, магнетит, кокс, известняк, железный сурик, алюминий, марганцовка, магниевая лента, тигель.
Инструкция
Приготовьте шихту. Возьмите определенное количество магнетита (железная руда) и смешайте его с таким же количеством кокса. Затем смешайте эту смесь с известняком.
Далее, хорошо растопите открытую печь и загрузите в нее приготовленную заранее шихту. Температуры горения кокса в печи будет недостаточно, поэтому необходимо принудительно подавать в нее воздух (продувать). Чем выше будет температура подаваемого воздуха, тем эффективнее будет идти процесс, ведь на нагрев воздуха тоже тратится .
Восстановленное из магнетита , как более тяжелый материал, будет опускаться вниз, а шлак поднимется наверх. Магнетит – железа, а при высокой температуре, сравнимой с самого железа и при взаимодействии с углеродом (кокс), он восстановится до железа. Известняк связывает остатки породы и образует шлак.
Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своем составе соединения железа, накопленные в таком объеме, которого достаточно для экономически выгодного его извлечения. Конечно, железо есть в составе всех горных пород. Но железными рудами называют именно те железистые соединения, которые настолько богаты этим веществом, что позволяют промышленную добычу металлического железа.
Типы железных руд и их основные характеристики
Все железные руды сильно отличаются по своему минеральному составу, наличию вредных и полезных примесей. Условиям их образования и, наконец, содержанию железа.
Основные материалы, которые относят к рудным, можно разделить на несколько групп:
- Оксиды железа, к которым относятся гематит, мартит, магнетит.
- Гидроксиды железа - гидрогетит и гетит;
- Силикаты - тюрингит и шамозит;
- Карбонаты - сидероплезит и сидерит.
В промышленных железных рудах железо содержится в различных концентрациях - от 16 до 72%. К полезным примесям, содержащимся в железных рудах, относят: Mn, Ni, Co, Mo, и пр. Есть и вредные примеси, к которым можно отнести: Zn, S, Pb, Cu и др.
Месторождения железных руд и технология добычи
По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:
- Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
- Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
- Метаморфогенные - это месторождения железистых кварцитов.
Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.
При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.
Отрасли применения
Железная руда является основным сырьем для получения чугуна. Он поступает на мартеновское или конвертерное производство, а также на восстановление железа. Из железа, как известно, производят самую различную продукцию, как впрочем, и из чугуна. В этих материалах нуждаются такие отрасли:
- Машиностроение и металлообработка;
- Автомобильная промышленность;
- Ракетная промышленность;
- Военная промышленность;
- Пищевая и легкая промышленность;
- Строительная отрасль;
- Добыча нефти и газа и их транспортировка.
Как добывают руду?
В наше время любое производство зависит от добычи ископаемых. Чтобы произвести, например, какой-нибудь электронный девайс, необходимо добыть множество ресурсов из земли. Самым популярным ресурсом сегодня является нефть, однако различные руды не отстают по популярности, потому что металлы всегда необходимы для любого производства. Без них не было бы машин, зданий и множества других вещей. Однако мало кто знает, как добывают руду в наше время.
Рассмотрим этот интересный вопрос вместе.
Как добывают руду в наше время
Добыча руды - сложное дело, в котором необходимо углубляться в толщи земли и находить месторождения различных металлов и минералов. Прежде чем приступить к самой добыче, сначала находят необходимое место, где находятся залежи руды. После этого начинается сам процесс добычи, который ведется двумя способами:
- Открытая добыча руды.
- Закрытая добыча руды.
Рассмотрим эти два способа, их плюсы и минусы подробно.
Открытая добыча руды
В настоящее время преобладает открытый способ добычи полезный ископаемых. Это более безопасно, чем закрытый способ.
Открытый способ добычи предпочтителен, если в месте нахождения руды нет твердых пород минералов и земли, которые бы могли существенно мешать добыче, а также нет населенных пунктов и коммуникационных систем.
Выделяют пять видов открытой выработки руды:
- Поверхностный способ характеризуется полной выработкой вскрыши и всех минералов, которые будут обнаружены. Вскрышные породы сваливают в отработанные области карьера.
- Глубинная выработка - это выработка вскрышных пород и руды ступенчато слоями вниз.
- Нагорный тип выработки характерен для горной местности, где лучше размещать вскрышные породы на более низкие отметки сверху вниз.
- Нагорно-глубинный способ выработки подойдет только для очень сложных горных рельефов.
- Подводный способ. Если полезные ископаемые находятся на дне водоема, который невозможно вычерпать предварительно, то применяют этот способ выработки руды.
Перед началом работ почву необходимо разрыхлить. Если выработка будет происходить на горной почве, то применяют взрывчатые вещества для дробления каменной почвы.
После добычи руды ее перевозят на транспорте на заводы и другим клиентам.
В данном случае открытая выработка руды экономичнее закрытой, однако будет происходить существенное изменение ландшафта и образование гигантских карьеров.
Закрытая добыча руды
Такой способ применяют, если необходимо не изменять ландшафт поверхности, а нужно провести сеть туннелей под ней и добыть руду. Закрытый способ использовался испокон веков и продолжает иметь место в наше время, особенно в горной местности.
Однако закрытый способ добычи руды более дорогой и менее безопасный для работников, ведь шахта всегда может непредвиденно обвалиться и похоронить под собой шахтеров. К тому же тратится намного больше ресурсов на строительство шахты и доставки руды на поверхность.
Также вы можете прочесть несколько наших статей на эту тему.