Как образуется железная руда

Железо (Fe) — это один из самых распространенных металлов в земной коре. В истории человечества этот металл занимает особое, ключевое место. С началом его освоения связан переход в историческую эпоху железного века (1–2 тыс. лет до нашей эры). Железные руды возникают как в различных геологических условиях, так и практически во всех геологических эпохах, начиная от протерозоя и заканчивая современным временем. Наибольшие запасы железа сосредоточены в метаморфогенных и осадочных железных рудах.

Метаморфогенные руды — так называемые железистые кварциты — сформировались в самые древние геологические эпохи (докембрий — более 540 млн лет назад) и представляют собой гигантские месторождения с запасами, исчисляемыми миллиардами тонн. К таким известнейшим месторождениям относятся Курская магнитная аномалия (Россия), Криворожский бассейн (Украина), железорудный пояс Лабрадора (Канада), месторождения штата Минас-Жерайс (Бразилия), бассейн Хамерсли (Австралия) и пр.

Группа ученых исследует одно из крупнейших месторождений оолитовых железняков в мире — Бакчарское железорудное месторождение, находящееся в Томской области. По предварительным оценкам, ресурсы железа на месторождении составляют более 25 млрд тонн, что позволяет с полной уверенностью относить его к категории уникальных в мире. И, как любое уникальное месторождение, для его формирования должны быть отличительные геологические условия и природные процессы. А учитывая, что Бакчарское месторождение — это всего лишь часть гигантского Западно-Сибирского железорудного бассейна, его изучение может пролить свет на фундаментальные проблемы происхождения подобных железных руд. Пытаясь ответить на глобальные вопросы: откуда и как в этом районе происходило накопление колоссального количества металла, ученые из ТПУ и IIT пришли к определенной гипотезе, отличающейся от ранее устоявшихся представлений.

Железная руда

Фрагмент модели формирования Бакчарского месторождения. Общая схема, показывающая физико-химические условия образования железных руд в морской области древнего моря. Гетит образуется при низком уровне моря в прибрежной насыщенной кислородом воде, в то время как лептохлорит (шамозит или бертиерин), сидерит, пирит образуются в морской воде с дефицитом или полным отсутствием кислорода

В своей недавней статье в журнале Marine and Petroleum Geology исследователи опровергают распространенную теорию, будто железо в месторождениях такого типа поступало в море с размываемых горных областей древних континентов. По их мнению, источником железа могли стать выбросы в придонные морские воды термальных растворов, содержащих железо и циркулирующих через нижележащие мощные осадочные породы Западной Сибири.

Залежи оолитовых железных руд формировались в позднем мелу и раннем палеогене в период от 90 млн до 56 млн лет назад в мелководной и прибрежной обстановке древнего Западно-Сибирского моря. Согласно распространенной теории, принято считать, что железо транспортировалось в море путем размыва древних горных областей речными системами. Но тщательное изучение геологических условий и образцов горных пород с месторождения позволяют не согласиться с этой теорией.

Для начала следует рассмотреть общие геологические факты. Во-первых, на сегодняшний день в районах, которые в период, когда формировалось месторождение, были размываемыми областями, не осталось следов гигантских источников железа. Во-вторых, не обнаружено крупных промежуточных месторождений в районах древних рек, которые должны были бы переносить железо. Хотя примерно в это время подобные месторождения речных условий формировались в Северном Казахстане (ныне разрабатываемое Лисаковское), в районе Пилбара Западной Австралии. В-третьих, береговая линия древнего моря неоднократно смещалась, при этом само Бакчарское месторождение формировалось в конкретной локальной области, хотя его границы также должны были бы смещаться и растягиваться.

Железные руды месторождения сконцентрированы в трех разобщенных во времени горизонтах (пластах), которые залегают друг над другом. Их общая область распространения и является контуром всего Западно-Сибирского железорудного бассейна. И если представить, как изменялась береговая линия моря, в котором происходило накопление руд, то горизонты должны быть разделены в пространстве по воображаемой линии (вектору) от берега к морю. К тому же в латеральном профиле этих горизонтов должна наблюдаться постепенная смена минералов, которые образуются при различных физико-химических условиях морской среды, то есть при различных глубинах моря. В геологии такая особенность (смена) называется «фациальным замещением» (фация — это условия, в которых образуются осадочные породы, в том числе руды).

Фотографии образцов оолитовой железной руды Бакчарского месторождения с их электронными снимками

Но при детальном и комплексном анализе железных руд в различных горизонтах этой смены не наблюдается. Напротив, каждый горизонт отличается от другого некоторой выдержанной спецификой минерального состава (ассоциацией минералов).

Складывается впечатление, что железо поступало импульсно в конкретную область древнего моря, а формирование определенных минералов (содержащих железо) зависело от глубины моря и соответствующих показателей: кислотно-щелочность, окислительно-восстановительный потенциал, соленость, температура морской воды, количество и степень разложения органического вещества и пр. Но если источник железа не на древнем континенте, то где? Вероятно, необходимо анализировать глубинные части осадочного бассейна. То есть источник железа мог быть под самим месторождением на момент его формирования, а точнее под древним морем. На это указывает ряд фактов.

Во-первых, в руде регулярно находятся сульфиды железа, свинца, цинка, серебра, меди, минеральные формы мышьяка, ртути и сульфат бария, тесно связанные с железистыми минералами. Эти минералы нестабильны, их не могла принести речная вода: они бы просто растворились при длительной транспортировке.

Соответственно, элементы для их кристаллизации должны были поступать в место, где формировалась руда, и не исключено, что они поступали совместно с потоками железа. В геологии уже давно известно, что подобные металлы поступают в морской бассейн с гидротермальными растворами, которые циркулируют в пространстве земной коры, насыщаются металлами и разгружаются на определенных геохимических барьерах. Такими барьерами часто служит зона смешения морской воды и термальных растворов, так как физико-химические показатели морской воды отличаются от выходящих растворов, создавая прекрасные градиенты для минералообразования, вплоть до накопления месторождений. Подобным образом, например, образуются так называемые стратифорные (пластовые) свинцово-цинковые месторождения и месторождения медистых песчаников. Нельзя исключать схожий механизм образования и железорудных пластов Бакчарского месторождения.

Во-вторых, устанавливается особенность распределения и отношения ряда редких металлов — например, никеля, кобальта, свинца, цинка, меди, молибдена, мышьяка, ванадия, которые в других морских железистых осадках на планете наблюдаются в условиях воздействия на них выбросов гидротермальных растворов через морское или океаническое дно.

В-третьих, в руде среди железистого карбоната (сидерита) были обнаружены включения пузырьков метана. Подобное «заточение» пузырьков возможно, если через осадок проходили вверх диффундирующие потоки метана, вырывавшиеся из недр.

Не исключено, что вместе с метаном и водой могли поступать и другие элементы, в том числе железо. Так, мы обнаружили в рудных образцах минеральные формы металлов, которые сопутствуют процессу железонакопления — это сульфиды свинца и цинка (галенит и вюртцит), селенид свинца (клаусталит), арсенид кобальта и никеля (скуттерудит) и другие. И вот их происхождение не вызывает сомнений — они попали в породу через эмиссию газожидкостных флюидов из нижележащих слоев.

Если дальнейшие исследования Западно-Сибирского железорудного бассейна подтвердят теорию ученых, это позволит по-новому взглянуть на методы поиска не только подобных месторождений железа, но и генетически связанных с ними полезных ископаемых. К ним относятся, например, значимые для промышленности месторождения свинца и цинка.

Эти комплексные исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований и Российским научным фондом.

Источник: www.mining-portal.ru

Железная руда

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.

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:

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. Пустая порода также может содержать железо, но ее переработка экономически не целесообразна. Наиболее часто встречающиеся минералы представляют собой оксиды, карбонаты и силикаты железа. Следует отметить, что в составе железистых пород может содержаться огромное количество вредных веществ, среди которых можно выделить серу, мышьяк, фосфор и другие.

Типы железных руд

На сегодняшний день выделяется множество видов железных руд, характеристики и названия которых зависят от состава. Наиболее часто в природе встречается такой вид, как красный железняк, в основе которого лежит оксид под названием гематит. Этот оксид содержит в составе количество железа, превышающее 70%, и минимальное количество побочных примесей.

Физическое состояние данного оксида может варьироваться от порошкообразного до плотного.

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:

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.

Источник: sterbrust.tech

Железная руда: типы, способы добычи, сфера применения

Железная руда – важный ископаемый продукт, который человечество стало добывать много столетий назад. С давних времён железо нашло широкое применение в бытовых и прочих условиях жизни человеческого общества. Одно из ключевых преимуществ и свойств железной руды – возможность изготовления стали, получаемой в процессе её плавки.

Руда железа может иметь различные свойства, минеральный состав, а также процентное соотношение примесей и металлов в зависимости от типа и места её разработки. Найти места добычи железорудных минералов с соответствующим техническим оснащением не представляется сложной задачей, поскольку железо составляет более 5% твёрдых залежей земной коры по всей поверхности планеты. Согласно Википедии и другим достоверным источникам, железная руда занимает четвёртое место по распространённости среди полезных ископаемых, добываемых в окружающем мире.

Как выглядит руда железа и что собой представляет?

В качестве ключевого химического элемента железо входит в состав множества горных пород. Тем не менее, далеко не каждая такая порода может быть потенциальным сырьевым продуктом для добычи и разработки. Целесообразность разработки железных руд, как таковых, во многом зависит от процентного состава.

Его добычей плотно занялись более 3 тысяч лет назад, что обусловлено возможностью изготавливать на основе железа более качественных и прочных изделий в сравнении с бронзой и медью, которые стали добываться ещё раньше. Уже в те времена, мастера, работавшие с плавильнями, могли точно различать виды железной руды.

В настоящее время принято выделять несколько типов сырья, пригодного для последующей выплавки полезного металла:

• магнетиновый;
• магнетино-апатитный;
• магнетино-титановый;
• гидрогетит-гетитовый;
• гематито-магнетиновый.

В зависимости от количества побочных примесей, входящих в состав разрабатываемого месторождения железа, требуется большее или меньшее количество энергии на переработку. От этого во многом зависит эффективность производства готовой продукции на основе железа.

Характер происхождения

Большая часть известных рудниковых типов была сформирована под влиянием трёх основных факторов. От них, собственно, зависят особенности и характеристики руды железа.

Магматическое формирование. Магматические составы формировались под воздействием высоких температур магмы либо при условии высокой активности древних вулканов. По сути, имели место естественные процессы перемешивания и переплавки горных пород.

Эта разновидность полезных ископаемых представляет собой кристаллические минеральные ископаемые соединения, отличающиеся высоким процентом содержания железа. Залежи магматических ископаемых, как правило, можно обнаружить в зонах старинного образования гористых местностей. Именно в этих местах расплавленные вещества подходили максимально близко к поверхностным слоям почвы.

Метаморфическое формирование. В процессе такого формирования образуются минералы осадочного типа. Суть этого процесса сводится к передвижению отдельных участков коры Земли при котором определённые пласты, богатые определёнными элементами, попадают под породы, залёгшие выше.

За счёт различной специфики образования метаморфических пород сырьё часто перемешивается внутри пластов с магматической породой, известняком и глиной. В одном и том же месторождении, обозначенном соответствующим знаком на карте, обнаруживаются различные по происхождению залежки, которые перемешаны между собой. Места, предположительно богатые осадочными железными рудами в этом случае определяются в ходе геологических разведочных мероприятий.

Основные свойства и типы. Из какой руды получают железо?

К наиболее распространённому типу принято относить красный железняк, основой которого служит гематитовый оксид. В его составе содержится минимум побочных примесей и свыше 70% железа.

Следующий по распространённости – бурый железняк (лимонит), представляющий собой оксид железа, содержащий в своём составе H2O. Как правило, в состав лимонита входит порядка четверти процентного содержания железа. В природе бурый железняк можно встретить в форме пористых, рыхлых пород, содержащих фосфор и марганец. В качестве пустой породы в руде содержится глина.

Магнитная руда железа содержит в своём составе магнитный оксид, свойства которого теряются в условиях сильного нагрева. В природе встречается намного реже вышеперечисленных пород и по процентному соотношению железа в некоторых случаях не уступает красному железняку.

Создавайте будущее вместе с нами

Присоединяйтесь к нашей команде: мы создаем финтех-сервисы для 28 млн клиентов и опережаем рынок на 5 лет. Работаем на результат и делаем больше, чем от нас ждут.

Помимо оксидов существуют другие железорудные типы, в основу которых входят карбонаты и силикаты.

Географическое расположение ключевых месторождений

Все основные месторождения принято делить на:

1. Метаморфогенные – кварцитовые залежи;
2. Экзогенные – бурый железняк и прочие осадочные породы;
3. Эндогенные – преимущественно титаномагнетитовые составы.

Подобные рудные залежи встречаются практически на каждом континенте. Большая часть железорудных залежей находится на территории стран СНГ, в частности это территория Казахстана, России и Украины. Достаточно большими запасами железорудных скоплений могут похвастать такие государства, как ЮАР, Индия, США, Австралия, Канада и Бразилия. Существуют карты месторождений железной руды, как в мировых масштабах, так и с более подробным указанием залежей на территории конкретного государства.

Значение железной руды и сферы, в которых она используется

По преимуществу все отрасли, в которых задействованы эти полезные ископаемые, связаны с металлургической сферой. По большей части руду железа используют при выплавке чугуна с использованием конверторной или мартеновской печи. В свою очередь чугун широко применим во многих промышленных отраслях.

Сегодня крайне популярен и активно изготавливается и другой сверхпрочный, антикоррозийный сплав – сталь, для чего также используются железорудные ископаемые. Это наиболее популярный промышленный сплав, который славится устойчивостью к коррозии и высокой прочностью.

Стальные и чугунные материалы применяют в следующих отраслях:

• ракетостроительная и военная промышленность, производство специальной техники;
• машиностроение, включая изготовление станков и прочих заводских механизмов;
• автомобильное производство (изготавливаются автомобильные рамы, элементы двигателей, корпуса и прочие механические узлы);
• добывающая промышленность (производство тяжёлого добывающего оборудования и прочей спецтехники);
• строительство – армирующие материалы, создание несущего каркаса.

Способы добычи

Методы и способы извлечения рудных ископаемых ресурсов из недр зависят от глубины, на которой залегает искомый материал. В этом контексте принято выделять три основных способа:

Скважинный метод (гидродобыча) – для работы таким способом специалисты бурят скважины, достигающие пластов пород. В образовавшиеся створы помещаются трубчатые конструкции, через которые мощной водной струёй производится дробление материала и её извлечение. Это наименее эффективный, косный и устаревший метод, который в наши дни используется достаточно редко.

Шахтенный метод – используется при условии, что пласты залегают более глубоко (до 900 метров). Прежде всего прорубаются шахтенные створы – от них по пласту разрабатываются штреки. Порода дробится и поступает на поверхность по специальным транспортёрам.

Карьерный метод – в отличие от скважинного, считается наиболее распространённым. Его используют для работы на средней глубине (до 300 метров). Для разработки применяются мощные экскаваторы и механизмы, дробящие породу. После дробления материал отгружают и транспортируют прямиком на обогатительный комбинат.

Как обогащаются железорудные материалы?

В силу существования различных типов руд по степени того, сколько железа содержится в руде, менее обогащённые материалы отправляются на специальные комбинаты, где они подвергаются сортировке, дроблению, сепарации и агломерации.

В целом можно выделить 4 основных метода рудного обогащения:

Флотация. Специально подготовленная пылеобразная масса погружается в H2O с добавлением воздуха и веществ, которые называются флотационными реагентами. Отсюда и название самого процесса – флотация. Они соединяют частицы железа с пузырьками воздуха и поднимает их на поверхность в пенистом виде. Пустые породы оседают на дне.

Магнитная сепарация. Самый распространённый способ, основанный на разнице воздействия магнетизма на различные составляющие рудной массы. Сепарация может проводиться в случае с мокрыми и сухими породами. В ходе переработки используются барабанные механизмы, оснащённые мощными электромагнитными элементами.

Гравитационная очистка. Для её проведения используются специальные суспензии с плотностью ниже плотности железа и выше плотности пустых пород. Естественные силы гравитации выталкивают побочные составляющие кверху, а суспензия вбирает в себя частицы железа и оставляет их снизу.

Промывка. Используется для устранения из добываемых материалов песков и глины – для их отделения достаточно использовать водную струю под большим напором. Процесс происходит под высоким давлением и обеспечивает до 5% обогащения. Это сравнительно малый показатель, потому этот метод всегда используется в паре с другими способами.

Источник: 2cad.ru