Самые крупные месторождения железа в мире. Разработка железной руды открытым способом. Основные железные руды

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.

Железную руду человек начал добывать еще в конце II тысячелетия до нашей эры, уже тогда определив для себя преимущества железа по сравнению с камнем. С тех времен люди стали различать виды железных руд, хотя они еще не имели тех названий, что сегодня.

В природе железо - один из самых распространенных элементов, и в земной коре его содержится по разным данным от четырех до пяти процентов. Это четвертое место по содержанию после кислорода, кремния и алюминия.

Железо представлено не в чистом виде, оно в большем или меньшем количестве содержится в разного вида горных породах. И если по расчетам специалистов добывать железо из такой породы целесообразно и выгодно экономически, ее называют железной рудой.

За последние несколько столетий, на протяжении которых очень активно выплавляется сталь и чугун, железные руды истощаются - ведь металла требуется все больше и больше. Например, если в XVIII веке, на заре промышленной эры руды могли содержать и 65% железа, то сейчас нормальным считается содержание в руде 15 процентов элемента.

Из чего состоит железная руда.

В состав руды входит рудный и рудообразующий минералы, различные примеси и пустая порода. Соотношение этих составляющих отличается от месторождения к месторождению.

Рудный материал содержит главную массу железа, а пустая порода - это минеральные отложения, содержащие железо в очень малых количествах или не содержащие вовсе.

Оксиды, силикаты и карбонаты железа - самые часто встречающиеся рудные минералы железных руд.

Виды железной руды по содержанию железа и по местообразованию.

С низким содержанием железа или сепарированную железную руду, ниже 20%
Со средним содержанием железа или аглоруду
Железосодержащая масса или окатыши - породы с высоким содержанием железа, выше 55%

Железные руды могут быть линейными - то есть залегающие в местах разломов и изгибов земной коры. Именно они наиболее богаты железом и содержат мало фосфора и серы.

Другой вид железных руд - плоскоподобные, которые содержатся на поверхности железосодержащих кварцитов.

Красные, бурые, желтые, черные железняки.

Самым распространенным видом руды является красный железняк, который образуется безводным оксидом железа гематитом, имеющим химическую формулу Fe 2 O 3 . В гематите содержится очень высокий процент железа (до 70 процентов) и мало посторонних примесей, в частности серы и фосфора.

Красные железняки могут находиться в разном физическом состоянии - от плотного до пылевого.

Бурый железняк - это водная окись железа Fe 2 O 3 *nH 2 O. Число n может изменяться в зависимости от основы, составляющей руду. Чаще всего это лимониты. Бурые железняки, в отличие от красных, содержат меньше железа - 25-50 процентов. Их структура рыхлая, пористая, а в руде много других элементов, среди которых - фосфор и марганец. В бурых железняках содержится много адсорбированной влаги, пустая же порода - глинистая. Свое название этот вид руды получил из-за характерного бурого или желтоватого цвета.

Но несмотря на довольно низкое содержание железа, из-за легкой восстановимости перерабатывать такую руду легко. Из них часто выплавляют высокачественный чугун.

Бурый железняк чаще всего нуждается в обогащении.

Магнитными рудами называют те, которые образованы магнетитом, являющимся магнитным оксидом железа Fe 3 O 4. Название подсказывает, что эти руды имеют магнитные свойства, которые утрачиваются при нагревании.

Магнитные железняки реже встречаются, чем красные. Но железа в них может содержаться даже свыше 70 процентов.

По своей структуре он может быть плотным и зернистым, может выглядеть как кристаллы, вкрапленные в породу. Цвет магнетита - черно-синий.

Еще один вид руды, который называется шпатовым железняком. Ее рудосодержащей составляющей является карбонат железа с химическим составом FeCO 3 под названием сидерит. Другое название - глинистый железняк - это если в руде содержится значительное количество глины.

Шпатовые и глинистые железняки встречаются в природе реже других руд и содержат относительно немного железа и много пустой породы. Сидериты могут преобразовываться в бурые железняки под влиянием кислорода, влаги и осадков. Поэтому залежи выглядят так: в верхних слоях это бурый железняк, а в нижних - шпатовый железняк.

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.

Стойленский рудник начали разрабатывать в 1961 году. Это одно из самых крупных месторождений Курской магнитной аномалии . Через 20 лет рядом с рудником построили горно-обогатительный комбинат (ГОК). В 1990-х предприятие акционировали и теперь ГОК входит в группу НЛМК и является одним из трёх главных поставщиков железной руды в России, на его долю приходится более 15 % рынка. Основная продукция комбината - железорудный концентрат и железная агломерационная руда. Они используются для .

Стойленский ГОК (НЛМК)

Год основания: 1961

Месторасположение: Старый Оскол, Белгородская область

Количество сотрудников:
более 6 тысяч

Чтобы добраться до богатой руды и железистых кварцитов, нужно снять и переместить в отвалы миллионы кубометров глины, суглинков, песка и мела. Позднее отработанную породу тоже пускают в дело. Мел используют при производстве цемента, песок - в строительстве, щебень - при производстве дорожных работ.

В карьере работает 24 карьерных самосвала БелАЗ грузоподъёмностью 136 тонн каждый, девять 55-тонных и шесть 10-тонных карьерных самосвалов, 39 экскаваторов и 9 буровых станков, 30 тяговых агрегатов и 12 тепловозов.

Чтобы раздробить скальную породу и железистые кварциты, нужно провести взрыв. Это происходит примерно 18 раз в год. Вначале геологи определяют места для взрывов - блоки. На выбранных блоках бурят сеть из 40–60 скважин, которые располагаются в шахматном порядке на расстоянии трёх-четырёх метров друг от друга. В скважины заливают взрывчатое вещество в виде геля и закладывают детонаторы. Общая масса взрывчатки доходит до тысячи тонн. Детонация передаётся от скважины к скважине с задержкой в доли секунды. Это делается для того, чтобы уменьшить сейсмическое воздействие на грунт.

Взрыв дробит железистые кварциты с содержанием железа 25–29 %. Затем к местам взрыва перегоняют экскаваторы. Объём их ковша составляет 10–12 кубических метров. Экскаваторы грузят раздробленную руду в автосамосвалы БелАЗ грузоподъёмностью 136 тонн. БелАЗы вывозят руду на перегрузочные склады, размещённые в верхней трети глубины карьера.

тонн железорудного концентрата - объём производства
в 2013 году

На перегрузочных складах железистые кварциты высыпают из самосвалов и грузят в вагоны для перевозки в корпус крупного дробления обогатительной фабрики.

Там руду из вагонов высыпают в дробилки крупного дробления, которые перемалывают породу, - получаются куски по 200 миллиметров в диаметре. Раздробленная руда по транспортёрным лентам передаётся в корпус среднего и мелкого дробления для дальнейшего измельчения.

Потом куски руды размером 15–20 миллиметров попадают на обогатительную фабрику. В шаровых мельницах руду снова измельчают уже в порошок. После классификации и разделения он попадает на магнитные сепараторы. Барабаны сепараторов отбирают из порошка магнитную составляющую, а пустая порода в смеси с водой отправляется в хвостохранилища.

В результате получается железорудный концентрат с содержанием железа 66,5 %. Прежде чем передать концентрат на узел отгрузки, из него с помощью вакуум-фильтров удаляют лишнюю влагу.

Железорудный концентрат с заданной влажностью и содержанием железа 66,5 % отгружают потребителям. Он будет использоваться в доменных печах для производства стали наряду с флюсами, окатышами и другими составляющими чугуна.

Фотографии: Иван Гущин

Железная руда — это основное сырье для мировой металлургической промышленности. От рынка этого ископаемого в существенной мере зависит экономика разных стран, поэтому разработке рудников уделяется повышенное внимание во всем мире.

Руда: определение и особенности

Рудами называют горные породы, которые применяются для переработки и извлечения содержащихся в них металлов. Виды этих полезных ископаемых различаются по происхождению, химическому содержанию, концентрации металлов и примесей. В химическом составе руды присутствуют различные его оксиды, гидроксиды и углекислые соли железа.

Интересно! Руда востребована в хозяйстве с древних времен. Археологам удалось выяснить, что изготовление первых предметов из железа датируется II вв. до нашей эры. Впервые этот материал использовали жители Месопотамии.

Железо — распространенный в природе химический элемент. Его содержание в коре земли составляет около 4,2%. Но в чистом виде он почти не встречается, чаще всего в виде соединений — в окислах, карбонатах железа, солях и т.д. Железная руда — это соединение минералов со значительным количеством железа. В народном хозяйстве экономически обоснованным считается применение руд, содержащих более 55% этого элемента.

Что делают из руды

Железорудная промышленность — металлургическая отрасль, которая специализируется на добыче и обработке железной руды. Основное предназначение этого материала на сегодняшний день — производство чугуна и стали.

Всю продукцию, которую делают из железа, можно разделить на группы:

Передельный чугун с повышенной концентрацией углерода (выше 2%).
Литейный чугун.
Сталь в слитках для изготовления проката, железобетона и стальных труб.
Ферросплавы для выплавки стали.

Для чего нужна руда

Материал используется для выплавки чугуна и стали. Сегодня нет практически ни одной промышленной сферы, которая обходится без этих материалов.

Чугун — это сплав углерода и железа с марганцем, серой, кремнием и фосфором. Чугун производится в доменных печах, где при высоких температурах руду выделяют из оксидов железа. Практически 90% полученного чугуна является предельным и используется при выплавке стали.

Применяются различные технологии:

электронно-лучевая выплавка для получения чистого высококачественного материала;
вакуумная обработка;
электро-шлаковый переплав;
рафинирование стали (устранение вредных примесей).

Отличие стали от чугуна — минимальная концентрация примесей. Для очистки применяется окислительная выплавка в мартеновских печах.

Сталь самого высокого качества выплавляется в индукционных электрических печах с экстремально высокой температурой.

Руда отличается по концентрации содержащегося в ней элемента. Она бывает обогащенной (с концентрацией от 55%) и бедной (от 26%). Бедные руды целесообразно применять в производстве только после обогащения.

По происхождению выделяют следующие виды руд:

Магматогенная (эндогенная) — образовавшаяся под воздействием высокой температуры;
Поверхностная — осевшие остатки элемента на дне морских бассейнов;
Метаморфогенная — полученная под воздействием экстремально высокого давления.

Основные соединения минералов с содержанием железа:

Гематит (красный железняк). Самый ценный источник железа с содержанием элемента от 70% и с минимальной концентрацией вредных примесей.
Магнетит. Химический элемент с содержанием металла от 72% отличается высокими магнитными свойствами и добывается на магнитных железняках.
Сидерит (карбонат железа). Отмечается большое содержание пустой породы, самого железа в нем около 45-48%.
Бурые железняки. Группа водных окислов с низким процентом железа, с примесями марганца и фосфора. Элемент с такими свойствами отличается хорошей восстанавливаемостью и пористой структурой.

Вид материала зависит от его состава и содержания дополнительных примесей. Самый распространенный красный железняк с высоким процентом железа может встречаться в разном состоянии — от очень плотного до пылевого.

Бурые железняки имеют рыхлую, слегка пористую структуру бурого или желтоватого цвета. Такой элемент часто нуждается в обогащении, при этом легко перерабатывается в руду (из него получается высококачественный чугун).

Магнитные железняки плотные и зернистые по своей структуре, выглядят как кристаллы, вкрапленные в породу. Оттенок руды — характерный черно-синий.

Как добывают руду

Добыча железной руды — это сложный технический процесс, при котором происходит погружение в земные недра с целью поиска минералов. На сегодняшний день существует два способа добычи руды: открытая и закрытая.

Открытый (карьерный способ) — распространенный и наиболее безопасный вариант по сравнению с закрытой техникой. Метод актуален для тех случаев, когда в рабочей зоне отсутствуют твердые породы, а рядом нет населенных пунктов или инженерных систем.

Сначала вырывается карьер до 350 метров глубиной, после чего со дна большими машинами собирается и вывозится железо. После добычи материал на тепловозах отправляется на заводы по изготовлению стали и чугуна.

Карьеры роются экскаваторами, но такой процесс занимает много времени. Как только машина доберется до первого пласта рудника, материал сдается на экспертизу, чтобы определить процент содержания железа и целесообразность дальнейших работ (если процент выше 55%, работы в этой местности продолжаются).

Интересно! По сравнению с закрытым способом добыча полезных ископаемых в карьерах стоит вдвое дешевле. Такая технология не требует обустройства шахт или создания тоннелей. При этом эффективность работы в открытых карьерах выше в несколько раза, а потери материала в пять раз меньше.

Закрытый способ добычи

Шахтная (закрытая) добыча руды применяется только в том случае, если планируется сохранить целостность ландшафта в той области, где ведется разработка рудных залежей. Также этот способ актуален для работ в горной местности. В этом случае создается сеть тоннелей под землей, что приводит к дополнительным расходам — строительство самой шахты и сложная транспортировка металла на поверхность. Самый главный недостаток — высокий риск для жизни рабочих, шахта может обрушиться и перекрыть доступ на поверхность.

Где добывают руду

Добыча железной руды — одна из ведущих сфер хозяйственного комплекса РФ. Но несмотря на это, доля России в мировой добыче руды составляет всего 5,6%. Мировые запасы составляют около 160 млрд. тонн. Объем чистого железа достигает 80 млрд. тонн.

Страны, богатые рудами

Распределение ископаемых по странам выглядит следующим образом:

Россия — 18%;
Бразилия — 18%;
Австралия — 13%;
Украина — 11%;
Китай — 9%;
Канада — 8%;
США — 7%;
остальные страны — 15%.

Существенные залежи железной руды отмечены в Швеции (города Фалуня и Гелливар). В Америке обнаружено большое количество руды в штате Пенсильвания. В Норвегии металл добывается в Персберге и Арендали.

Руды России

Курская магнитная аномалия — крупное месторождение железной руды в РФ и в мире, в которой объем неочищенного металла достигает 30000 млн. тонн.

Интересно! Аналитики отмечают, что масштабы добычи ископаемых на рудниках КМА сохранятся вплоть до 2020 года, в дальнейшем будет наблюдаться спад.

Площадь рудников Кольского полуострова составляет 115000 кв.км. Здесь добывается железная, никелевая, медная руды, кобальт и апатиты.

Горы Урала также входят в число самых крупных месторождений руды в РФ. Основной район разработок — Качканар. Объем рудных ископаемых составляет 7000 млн. тонн.

В меньшем объеме металл добывается в Западно-Сибирском бассейне, в Хакасии, Керченском бассейне, в Забайкальске и Иркутской области.