Железная руда происхождение. Железные руды – основа современного производства. Факторы, определяющие ценность руд

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.

Различаются следующие промышленные типы железных руд:

Существует четыре основных вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии :

• сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда),
• железорудные брикеты .

Химический состав

По химическому составу железные руды представляют собой окиси , гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов , из которых главнейшие: магнетит (магнитный железняк), гематит (железный блеск или красный железняк); лимонит (бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды), сидерит (шпатоватый железняк или железный шпат, и его разновидность - сферосидерит). Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной , известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.

Богатая железная руда

Богатая железная руда имеет содержание железа свыше 57 %, а кремнезёма менее 8-10 %, серы и фосфора менее 0,15 %. Представляет собой продукт природного обогащения железистых кварцитов, созданных за счёт выщелачивания кварца и разложения силикатов при процессах длительного выветривания или метаморфоза. Бедные железные руды могут содержать минимум 26 % железа.

Выделяют два главных морфологических типа залежей богатой железной руды: плоскоподобные и линейные. Плоскоподобные залегают на вершинах крутопадающих пластов железистых кварцитов в виде значительных по площади с карманоподобной подошвой и относятся к типовым корам выветривания. Линейные залежи представляют падающие в глубину клиноподобные рудные тела богатых руд в зонах разломов, трещиноватостей, дробления, изгибов в процессе метаморфоза. Руды характеризуются высоким содержанием железа (54-69 %) и низким содержанием серы и фосфора. Наиболее характерным примером метаморфозных месторождений богатых руд могут быть Первомайское и Жёлтоводское месторождения в северной части Кривбасса .

Богатые железные руды идут на выплавку чугуна в доменных печах , который затем переделывают в сталь в мартеновском , конвертерном или электросталеплавильном производстве. Небольшая часть добываемых богатых железных руд используется в качестве красителей и утяжелителей для буровых глинистых растворов . Отдельно выделяют процессы прямого восстановления железа , одним из продуктом которого является горячебрикетированное железо . Бедные и средние по содержанию железа руды в целях промышленного использования должны предварительно пройти через процесс обогащения .

Факторы, определяющие ценность руд

1. Главным фактором, определяющим металлургическую ценность железных руд, является содержание железа. Железные руды по этому признаку делятся на богатые (60-65 % Fe), со средним содержанием (45-60 %) и бедные (менее 45 %). Снижение количества железа в руде вызывает прогрессивное уменьшение ее металлургической ценности вследствие значительного увеличения в доменной плавке относительного выхода шлака. Практикой работы доменных печей установлено, что с повышением содержания железа в шихте на 1 % (абс.) производительность печи возрастает на 2-2,5 %, а удельный расход кокса снижается на 1-1,5 %.
2. Состав пустой породы оказывает существенное влияние на качество железной руды. При основности пустой породы, равной нулю, количество шлака удваивается по сравнению с количеством пустой породы, вносимой рудой. Если же пустая порода руды самоплавкая, то есть основность руды и шлака равны, то введения флюса не требуется, и количество шлака равно количеству пустой породы, то есть выход его будет вдвое ниже. Пропорционально снижению выхода шлака уменьшается удельный расход кокса и увеличивается производительность доменной печи. Таким образом, металлургическая ценность руд возрастает с увеличением основности пустой породы.
3. Вредные примеси понижают ценность руды, а при значительном количестве делают ее непригодной для непосредственного использования в доменной печи даже при высоком содержании железа.
   • В процессе доменной плавки небольшое количество соединений серы переходит в газ и уносится с ним из печи, но основная масса серы распределяется между чугуном и шлаком. Чтобы перевести максимальное количество серы в шлак и не допустить получения сернистого чугуна, в доменной печи должны быть высоконагретые шлаки с повышенной основностью, что в конечном счёте увеличивает удельный расход кокса и пропорционально снижает производительность печи. Считается, что снижение содержания серы в рудной части шихты на 0,1 % (абс.) сокращает удельный расход кокса на 1,5-2 %, расход флюса - на 6-7 % и на 1,5-2 % повышает производительность доменной печи. Действующие кондиции ограничивают максимальное содержание серы в руде, предназначенной для доменной плавки, величиной 0,2-0,3 %. Однако в связи с тем, что в настоящее время перед подачей в печь основная масса добываемых руд подвергается обогащению с последующей термической переработкой концентратов в процессе агломерации или обжига окатышей , в результате которой значительная доля исходной серы (80-95 %) выгорает, стало возможным использовать железные руды с содержанием серы до 2-2,5 %. При этом руда, в состав которой входит сульфидная сера, при прочих равных условиях обладает большей ценностью по сравнению с рудой, сера в которой находится в виде сульфатов , так как последняя при агломерации и обжиге окатышей удаляется хуже.
   • Ещё хуже при агломерации удаляется мышьяк . В доменной плавке он полностью переходит в чугун. Содержание мышьяка в добываемой руде не должно превышать 0,1-0,2 %, даже если она идет на агломерацию.
   • Фосфор при агломерации не удаляется. В доменной печи он полностью переходит в чугун, поэтому его предельное содержание в руде определяется возможностью выплавки чугуна данного сорта. Так, для бессемеровских (чистых по фосфору) чугунов его количество в руде не должно превышать 0,02 %. Наоборот, при получении фосфористого чугуна для томасовского передела оно должно составлять 1 % и выше. Среднее содержание фосфора, равное 0,3-0,5 %, наиболее неблагоприятно, поскольку для выплавки томасовских чугунов такая концентрация фосфора мала, а для бессемеровских - слишком велика, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей сталеплавильного процесса.
   • Цинк при агломерации не удаляется. Поэтому технические условия ограничивают содержание цинка в проплавляемых рудах величиной 0,08-0,10 %.
4. Полезные примеси повышают металлургическую ценность железных руд по следующим причинам. При проплавке таких руд могут быть получены природнолегированные чугуны, а затем - стали, не требующие введения специальных дорогих добавок для легирования (или сокращающие их расход). Так используются примеси никеля и хрома в рудах. В других случаях одновременно с чугуном получаются иные ценные металлы. Например, при переработке титаномагнетитовых руд в результате металлургического передела, кроме железа, извлекается очень ценный и дорогой металл - ванадий , благодаря чему становится экономически выгодным перерабатывать сырье с низким содержанием железа (см. например Качканарский ГОК ). Повышенное количество марганца в железных рудах позволяет получать марганцовистые чугуны, в которых полнее проходят процессы десульфурации, улучшается качество металла.
5. Способность руды обогащаться (обогатимость руды) - важный признак её металлургической ценности, так как большинство добываемых железных руд подвергается тем или иным методам обогащения в целях повышения содержания в них железа или снижения концентрации вредных примесей. Процесс обогащения заключается в более или менее полном отделении рудного минерала от пустой породы, сульфидов. Обогащение облегчается, если пустая порода почти не содержит железа, а частицы рудного минерала представляют собой относительно крупные зерна. Такие руды относятся к категории легкообогатимых . Тонкая вкрапленность рудных частиц и большое количество железа в пустой породе делают руду труднообогатимой , что значительно снижает ее металметаллургическую ценность. По обогатимости отдельные типы руд можно расположить в следующий ряд в порядке ее ухудшения: магнитные железняки (обогащаются самым дешевым и эффективным способом - магнитной сепарацией), гематитовые и мартитовые руды, бурые железняки, сидериты. Примером легкообогатимой руды могут служить магнетиты Оленегорского месторождения . Магнитная сепарация позволяет легко отделить кварц пустой породы от магнетита. При содержании железа в исходной руде 29,9 % получают концентрат с 65,4 % железа. Также при магнитной сепарации титаномагнетитов Качканарского месторождения , доля железа в которых 16,5 %, получают концентрат с 63-65 % железа. К разряду труднообогатимых руд можно отнести, например, керченские бурые железняки, промывка которых при исходном содержании железа 40,8 % позволяет повышать его в концентрате лишь до 44,7 %. В отмытой от руды пустой породе его доля при этом достигает 29-30 %. Металлургическая ценность железной руды дополнительно повышается, когда при ее обогащении из пустой породы попутно извлекаются другие полезные компоненты. Например, при обогащении руды Ено-Ковдорского месторождения, кроме железорудного концентрата, получают апатитовый концентрат, являющийся сырьем для производства минеральных удобрений. Такая комплексная переработка добываемой из недр железной руды значительно увеличивает рентабельность разработки месторождения.
6. К основным физическим свойствам, влияющим на металлургическую ценность железных руд, относятся: прочность , гранулометрический состав (кусковатость), пористость , влагоемкость и др. Прямое использование малопрочных и пылеватых руд в доменных печах невозможно, так как их мелкие фракции сильно ухудшают газопроницаемость столба шихтовых материалов. Кроме того, поток доменного газа выносит из рабочего пространства печи рудные частицы размером менее 2-3 мм, которые оседают затем в пылеуловителях. При переработке малопрочных руд это приводит к увеличению их удельного расхода на выплавку чугуна. Добыча рыхлых пылеватых руд связана с необходимостью строительства дорогостоящих агломерационных фабрик для их окускования , что значительно обесценивает такие руды. Количество мелочи особенно велико при добыче бурых железняков и гематитовых руд. Так, богатые руды Курской магнитной аномалии при добыче дают до 85 % мелочи, нуждающейся в окусковании. Средний выход фракции крупнее 10 мм (пригодной для доменной плавки) из богатых криворожских руд не превышает 32 %, а выход фракции крупнее 5 мм из добываемых керченских руд - не более 5 %. По условиям доменной плавки нижний предел крупности руды, загружаемой в доменные печи, должен составлять 5-8 мм, однако в связи с трудностью отсеивания на грохотах таких мелких фракций, особенно влажных руд, он повышается до 10-12 мм. Верхний предел размеров кусков определяется восстановимостью руды и не должен превышать 30-50 мм, но на практике бывает и 80-100 мм.
7. Прочность руд при сушке, нагреве и восстановлении. В связи с тем, что в состав руд входят минеральные компоненты с различными коэффициентами термического расширения, при нагреве в кусках руды возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие их разрушение с образованием мелочи. Слишком быстрая сушка может вызвать разрушение кусков руды под действием выделяющегося водяного пара. Снижение прочности железорудных материалов при сушке и нагреве называют декрепитацией.
8. Важным технологическим качеством железных руд считается их размягчаемость. В доменной печи тестообразные массы шлака, образовавшегося при размягчении рудной части шихты, создают большое сопротивление проходу газов. Поэтому желательно использовать руды с наиболее высокой температурой начала размягчения. В этом случае руда не размягчается в шахте доменной печи, что благоприятно сказывается на газопроницаемости столба шихты. Чем короче интервал размягчения руды (разность температур между началом и концом размягчения), тем быстрее размягченные тестообразные массы превращаются в жидкий подвижный расплав, не представляющий большого сопротивления для потока газов. Поэтому руды с коротким интервалом и высокой температурой начала размягчения имеют большую металлургическую ценность.
9. Влагоемкость руды определяет ее влажность. Для различных типов железных руд допустимая влажность с учетом их влагоемкости устанавливается техническими условиями: для бурых железняков - 10-16 %, гематитовых руд - 4-6 %, магнетитов - 2-3 %. Повышение влажности увеличивает транспортные расходы на перевозку руды, а в зимнее время требует затрат на сушку для исключения ее смерзаемости. Таким образом, с ростом влажности и влагоемкосги руд их металлургическая ценность снижается.
10. Характер пористости руды во многом определяет реакционную поверхность взаимодействия газообразных восстановителей с оксидами железа руды. Различают общую и открытую пористость. При одинаковом значении общей пористости с уменьшением размера пор реакционная поверхность кусков руды возрастает. Это при прочих равных условиях повышает восстановимость руды и её металлургическую ценность.
11. Восстановимостыо руды называют ее способность с большей или меньшей скоростью отдавать кислород , связанный с железом в его оксиды, газообразному восстановителю. Чем выше восстановимость руды, тем меньше может быть время ее пребывания в доменной печи, что дает возможность ускорить плавку. При одинаковом времени пребывания в печи легковосстановимые руды отдают печным газам больше кислорода, связанного с железом. Это позволяет снизить степень развития прямого восстановления и удельный расход кокса на выплавку чугуна. Таким образом, с любой точки зрения повышенная восстановимость руды является ее ценным свойством. Наибольшей восстановимостыо обладают обычно рыхлые, высокопористые бурые железняки и сидериты, которые при удалении CO 2 в верхних горизонтах доменной печи или в результате предварительного обжига приобретают высокую пористость. За ними в порядке уменьшения восстановимости следуют более плотные гематитовые и магнетитовые руды.
12. Размеры железорудного месторождения являются важным критерием его оценки, так как с увеличением запасов руды возрастает рентабельность его разработки, повышается экономичность строительства и эксплуатации основных и вспомогательных сооружений (карьеров , шахт , коммуникаций, жилья и т. д.). Доменный цех современного металлургического комбината средней мощности выплавляет 8-10 млн т чугуна в год, а его годовая потребность в руде составляет 15-20 млн т. Для того чтобы компенсировать затраты на строительство, комбинат должен работать не менее 30 лет (амортизационный срок). Это соответствует минимальным запасам месторождения 450-600 млн т.
13. Существенное влияние на определение браковочного предела по содержанию железа оказывают условия добычи, зависящие от характера залегания рудного тела. Глубокое залегание рудных пластов требует строительства дорогостоящих шахт для их разработки, больших эксплуатационных расходов (на вентиляцию, освещение шахт, откачку воды , подъём руды и пустой породы и др.). Примером чрезвычайно неблагоприятных горно-геологических условий залегания рудного тела может служить Яковлевское месторождение КМА , в котором высота кровли над рудой достигает на отдельных участках 560 м. В кровле расположены восемь водоносных пластов, что создает тяжёлые гидрогеологические условия для горных работ и требует отвода подземных вод из района рудной залежи или искусственного замораживания грунта в этом районе. Все это требует больших капитальных и эксплуатационных затрат на добычу руды и снижает ценность руд. Залегание месторождения вблизи от дневной поверхности земли и возможность добычи руды открытым способом (в карьерах) значительно удешевляют добычу руды и повышают ценность месторождения. В этом случае становится рентабельным добывать и перерабатывать руды с более низким содержанием железа, чем при подземной добыче.
14. Наряду с данными о количестве и качестве железной руды важным фактором при оценке того или иного месторождения является его географо-экономическое расположение: удаленность от потребителя, наличие транспортных коммуникаций, трудовых ресурсов и т. п.

Промышленные типы месторождений

Главные промышленные типы железорудных месторождений

• Месторождения железистых кварцитов и богатых руд, образовавшихся по ним

Имеют метаморфогенное происхождение. Руда представлена железистыми кварцитами, или джеспилитами , магнетитовыми , гематит -магнетитовыми и гематит-мартитовыми (в зоне окисления). Бассейны Курской магнитной аномалии (КМА , Россия) и Криворожский (Украина), район озера Верхнего (англ.) русск. (США и Канада), железорудная провинция Хамерсли (Австралия), район Минас-Жерайс (Бразилия).

• Пластовые осадочные месторождения. Имеют хемогенное происхождение, образовались за счет выпадения железа из коллоидных растворов. Это оолитовые , или бобовые, железные руды, представленные преимущественно гетитом и гидрогетитом. Лотарингский бассейн (Франция), Керченский бассейн , Лисаковское и др. (бывший СССР).
• Скарновые железорудные месторождения. Сарбайское, Соколовское, Качарское, гора Благодать, Магнитогорское, Таштагольское.
• Комплексные титаномагнетитовые месторождения. Происхождение магматическое, месторождения приурочены к крупным докембрийским интрузивам. Рудные минералы - магнетит , титаномагнетит . Качканарское , Кусинское месторождения, месторождения Канады, Норвегии.

Второстепенные промышленные типы железорудных месторождений

• Комплексные карбонатитовые апатит-магнетитовые месторождения. Ковдорское .
• Железорудные магно-магнетитовые месторождения. Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское.
• Железорудные сидеритовые месторождения. Бакальское, Россия; Зигерлянд, Германия и др.
• Железорудные и железомарганцевые оксидные пластовые месторождения в вулканогенно-осадочных толщах. Каражальское.
• Железорудные пластообразные латеритные месторождения. Южный Урал; Куба и др.

Запасы

Мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 160 млрд тонн, в которых содержится около 80 млрд тонн чистого железа. По данным Геологической службы США, на долю месторождений железной руды

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.

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.

Содержание железа в промышленных рудах от 16 до 72%. Среди полезных примесей Ni, Co, Mn, W, Mo, Cr, V и др., среди вредных — S, R, Zn, Pb, As, Cu. железных руд по генезису подразделяются на , и (см. карту).

Основные железные руды

Промышленные типы железных руд классифицируются по преобладающему рудному минералу . Магнетитовые руды сложены магнетитом (иногда магнезиальным — магномагнетитом, нередко мартитизированы — превращены в гематит в процессе окисления). Они наиболее характерны для карбонатитовых, скарновых и гидротермальных месторождений . Из карбонатитовых месторождений попутно извлекают апатит и бадделеит , из скарновых — кобальтсодержащий пирит и сульфиды цветных металлов. Особую разновидность магнетитовых руд представляют комплексные (Fe-Ti-V) титаномагнетитовые руды магматических месторождений . Гематитовые руды, сложенные главным образом гематитом, в меньшей степени магнетитом, распространены в коре выветривания железистых кварцитов (мартитовые руды), в скарновых, гидротермальных и вулканогенно-осадочных рудах. Богатые гематитовые руды содержат 55-65% Fe и до 15-18% Mn. Сидеритовые руды подразделяются на кристаллические сидеритовые руды и глинистые шпатовые железняки; они часто магнезиальны (магносидериты). Встречаются в гидротермальных, осадочных и вулканогенно-осадочных месторождениях. Среднее содержание в них Fe 30-35%. После обжига сидеритовых руд, в результате удаления CO 2 , получают тонкопористые железооксидные концентраты , содержащие 1-2%, иногда до 10% Mn. В зоне окисления сидеритовые руды превращаются в бурые железняки. Силикатные железные руды сложены железистыми хлоритами ( , лептохлорит и др.), сопровождающимися гидрооксидами железа, иногда . Образуют осадочные залежи. Среднее содержание в них Fe 25-40%. Примесь серы незначительна, фосфора до 1%. Часто имеют оолитовую текстуру. В коре выветривания превращаются в бурые, иногда в красные (гидрогематитовые) железняки. Бурые железняки сложены гидрооксидами железа, чаще всего гидрогётитом. Образуют осадочные залежи (морские и континентальные) и месторождения коры выветривания. Осадочные руды часто имеют оолитовую текстуру. Среднее содержание Fe в рудах 30-35%. В бурых железняках некоторых месторождений (Бакальское в CCCP, Бильбао в Испании и др.) содержится до 1-2% Mn и более. В природно-легированных бурых железняках, образовавшихся в корах выветривания ультраосновных пород, содержится 32-48% Fe, до 1% Ni, до 2% Cr, сотые доли процента Co, V. Из таких руд без добавок выплавляются хромоникелевые чугуны и низколегированная сталь. ( , железистые ) — бедные и средние по содержанию железа (12-36%) метаморфизованные железные руды, сложенные тонкими чередующимися кварцевыми, магнетитовыми, гематитовыми, магнетит- гематитовыми и сидеритовыми прослоями, местами с примесью силикатов и карбонатов. Отличаются низким содержанием вредных примесей (S и R — сотые доли процента). Месторождения этого типа обычно обладают уникальными (свыше 10 млрд. т) или крупными (свыше 1 млрд. т) запасами руды. В коре выветривания кремнезём выносится, и возникают крупные залежи богатых гематито-мартитовых руд.

Наибольшие запасы и объёмы добычи приходятся на докембрийские железистые кварциты и образованные по ним богатые железные руды, менее распространены осадочные бурожелезняковые руды, а также скарновые, гидротермальные и карбонатитовые магнетитовые руды.

Обогащение железной руды

Различают богатые (свыше 50% Fe) и бедные (меньше 25% Fe) руды, требующие . Для качественной характеристики богатых руд важное значение имеет содержание и соотношение нерудных примесей (шлакообразующих компонентов), выражающимся коэффициентом основности и кремневым модулем. По величине коэффициент основности (отношение суммы содержаний оксидов кальция и магния к сумме оксидов кремния и ) железных руд и их концентраты подразделяются на кислые (менее 0,7), самофлюсующиеся (0,7-1,1) и основные (более 1,1). Лучшими являются самофлюсующиеся руды: кислые руды по сравнению с основными требуют введения в доменную шихту повышенного количества известняка (флюса). По кремневому модулю (отношение содержаний оксида кремния к оксиду алюминия) использование железных руд ограничивается типами руд с модулем ниже 2. К бедным рудам, требующим обогащения, относятся титаномагнетитовые, магнетитовые, а также магнетитовые кварциты с содержанием Fe магнетитового свыше 10-20%; мартитовые, гематитовые и гематитовые кварциты с содержанием Fe более 30%; сидеритовые, гидрогётитовые и гидрогётит-лептохлоритовые руды с содержанием Fe более 25%. Нижний предел содержаний Fe общего и магнетитового для каждого месторождения с учётом его масштабов , горнотехнических и экономических условий устанавливается кондициями.

Руды, требующие обогащения, подразделяются на легкообогатимые и труднообогатимые, что зависит от их минерального состава и текстурно-структурных особенностей. К легкообогатимым рудам относятся магнетитовые руды и магнетитовые кварцы , к труднообогатимым - железные руды, в которых железо связано со скрытокристаллическими и коллоидальными образованиями, в них при измельчении не удаётся раскрыть рудные минералы из-за их крайне мелких размеров и тонкого прорастания с нерудными минералами. Выбор способов обогащения определяется минеральным составом руд, их текстурно-структурными особенностями, а также характером нерудных минералов и физико-механическими свойствами руд. Магнетитовые руды обогащаются магнитным способом. Применение сухой и мокрой магнитной сепарации обеспечивает получение кондиционных концентратов даже при сравнительно низком содержании железа в исходной руде. При наличии в рудах промышленных содержаний гематита наряду с магнетитом применяется магнитно-флотационный (для тонковкрапленных руд) или магнитно-гравитационный (для крупновкрапленных руд) способы обогащения. Если в магнетитовых рудах содержится в промышленных количествах апатит или сульфиды , меди и цинка , минералы бора и другие, то для их извлечения из отходов магнитной сепарации применяется флотация . Схемы обогащения титаномагнетитовых и ильменит-титаномагнетитовых руд включают в себя многостадиальную мокрую магнитную сепарацию. С целью выделения ильменита в титановый концентрат проводится обогащение отходов мокрой магнитной сепарации флотацией или гравитационным способом с последующей магнитной сепарацией в поле высокой интенсивности.

Схемы обогащения магнетитовых кварцитов включают дробление , измельчение и магнитное обогащение в слабом поле. Обогащение окисленных железистых кварцитов может производится магнитным (в сильном поле), обжигмагнитным и флотационным способами. Для обогащения гидрогётит-лептохлоритовых оолитовых бурых железняков используется гравитационный или гравитационно-магнитный (в сильном поле) способ, ведутся также исследования по обогащению этих руд обжигмагнитным способом. Глинистые гидрогётитовые и (валунчатые) руды обогащаются промывкой . Обогащение сидеритовых руд обычно достигается обжигом. При переработке железистых кварцитов и скарново-магнетитовых руд обычно получают концентраты с содержанием Fe 62-66%; в кондиционных концентратах мокрой магнитной сепарации из апатит-магнетитовых и магномагнетитовых руд железа не менее 62-64%; для электрометаллургического передела выпускаются концентраты с содержанием Fe не ниже 69,5%, SiO 2 не более 2,5%. Концентраты гравитационного и гравитационно-магнитного обогащения оолитовых бурых железняков считаются кондиционными при содержании Fe 48-49%; по мере совершенствования методов обогащения требования к концентратам из руд повышаются.

Большая часть железных руд используется для выплавки чугуна. Небольшое количество служит природными красками (охры) и утяжелителями буровых глинистых растворов .

Запасы железной руды

По запасам железных руд (балансовым — свыше 100 млрд. т) CCCP занимает 1-е место в мире. Наиболее крупные запасы железных руд в CCCP сосредоточены на Украине, в центральных районах РСФСР, в Северном Казахстане, на Урале, в западной и восточной Сибири . Из общего количества разведанных запасов железных руд 15% — богатых, не требующих обогащения, 67% — обогащаемых по простым магнитным схемам, 18% — требующих сложных методов обогащения.

KHP , КНДР и CPB обладают значительным запасами железных руд, достаточными для развития собственной чёрной металлургии. См. также