Железная руда является основным сырьем для металлургической промышленности всего мира. Ее рынок в той или иной степени оказывает влияние на экономику разных государств. Сегодня добыча железорудных ресурсов ведется более чем в 50 странах, в числе которых находится и Российская Федерация. Она уверенно держит свои позиции в постоянной пятерке мировых лидеров. Вместе они поставляют на мировой рынок до 80% этого сырья.
Месторождения железной руды в России
По территории Российского государства железорудные ресурсы раскинуты неравномерно. Больше половины всех запасов принадлежат к докембрийским осадочным рудам. Они представлены красными, бурыми, магнитными железняками разного качества. И только 12% из них руды высокого качества, где содержание железа составляет не менее 60%. Стоит заметить, что Российское государство по запасам железной руды уступает только Бразилии. Но при этом отечественные месторождения по сравнению с зарубежными (Австралия, Индия, Бразилия) имеют более низкое качество руд и сложные геологические условия их разработки.
Крупные месторождения железной руды в России расположены в Центральном федеральном округе. На его долю приходится около 55% всей добычи сырья. Достаточно значимые месторождения разведанных запасов есть в Карелии и Мурманской области, их добыча составляет 18%. Гусевогорское месторождение Свердловской области дает почти 16% железных руд. Ведутся также разработки Куранахского и Гаринского месторождений в Амурской области, Кимканского и Костеньгинского месторождений в Еврейской АО и другие.
Курская магнитная аномалия
Возглавляют список месторождений железной руды в России карьеры Курской магнитной аномалии (КМА). Площадь ее бассейна составляет более 160 тыс. км 2 и включает территории Орловской, Белгородской, Курской, а также Воронежской областей. По запасам железа, которые исчисляется миллиардами тонн, это самый крупный бассейн мира. На сегодняшний день разведано более 30 млрд тонн богатой железной руды. Ее основная масса представлена магнетитовыми кварцитами с содержанием железа свыше 40%.
Руды КМА определяются многокомпонентной текстурой. Глубина их залегания варьируется от 30 до 650 метров. Промышленная добыча преимущественно проводится в Курской и Белгородской области, где сосредоточена значительная доля запасов руды (месторождение Стойленское, Михайловское, Лебединское и Яковлевское).
Бакчарское месторождение
Бакчарское месторождение - это наиболее исследованная часть Западно-Сибирского железорудного бассейна. Оно было открыто в 1960-е годы при разведке нефтяных залежей в Томской области и на сегодня является одним из крупнейших месторождений железной руды в России. На территории наблюдается четыре рудных пласта, которые местами сливаются в единую залежь. Образования железной руды в основном располагаются на глубине от 190 метров, но к северу погружение доходит и до 300 метров. Содержание железа в рудах местами достигает 57%. В обогащенной руде объем железа существенно прибавляет и доходит до 97%. Площадь Бакчарского месторождения составляет 16 тыс. км 2 .
Характерной особенностью богатого месторождения является присутствие попутных компонентов кобальта, титана, хрома и ванадия, что еще значительней повышает ценность руд. По предварительным оценкам геологического исследования, прогнозируемые запасы Бакчарского месторождения исчисляются почти в 110 млрд тонн. Надо отметить, что рудные горизонты этого участка сильно обводнены и это вызывает сложности в эксплуатации месторождения.
К самым крупным месторождениям железной руды в России относят и Оленегорское месторождение в Мурманской области, которое было открыто в 1932 году. Большая часть его сырьевой базы представлена железистыми кварцитами, основными минералами в которых выступают магнетит и гематит. Наличие железа в среднем составляет 31%. Руда залегает почти к самой поверхности, но рудное тело уходит на глубину более 800 метров с протяженностью 32 км. Руды этого месторождения относятся к легкообогатимым, они имеют минимальное содержание вредных примесей, что позволяет получить металл высокого качества.
По последним оценкам, запасы Оленегорского месторождения Кольского полуострова составляют 700 млн тонн железной руды. Наличие таких значительных запасов содержится в очень глубоких горизонтах, что создает необходимость в дополнительной разведке недр.
Ковдорское месторождение
В силу своей геологической истории Кольский полуостров обладает значительными залежами полезных ископаемых и вносит свой существенный вклад в экономику России. Основные месторождения железных руд в этом регионе стали разрабатывать с 1962 года, хотя открыты они были еще в довоенное время. Ковдорское железорудное месторождение является одним из крупнейших хранилищ в государстве коллекционного сырья. Здесь представлены редкие уникальные минералы, которые больше нигде не встречаются.
Ковдорские залежи разрабатываются с 1962 года, их запасы насчитывают около 650 млн тонн магнетитовых руд. Ширина рудного тела составляет 100-800 метров, а протяженность тянется более километра. Кладовые месторождения были разведаны до глубины 800 метров. Содержание железа в среднем составляет 28-30%. Помимо магнетитового концентрата из руды извлекают бадделеитовый и апатитовый концентраты.
Костомукшское месторождение
Еще одним важным регионом, где находятся месторождения железной руды в России, является Карелия. Здесь наличествует 26 месторождений и около 70 железорудных проявлений самых разных рудных формаций. Более практическое значение имеют формации железистых кварцитов, которые неплохо развиты в Западно-Карельской минерагенической зоне. Пальма первенства принадлежит Костомукшскому месторождению, которое считается самым крупным на Северо-Западе России. Запасы его руды насчитывают свыше одного млрд тонн со средним содержанием железа 32%.
Толща железистых кварцитов Костомукшского месторождения протянута полосой в 15,6 км. Она включает две залежи на глубине до 40 метров - основную и переслаивания. В основной залежи содержится до 70% всех запасов месторождения. Доминирующим рудным минералом выступает магнетит, из вредных примесей присутствует фосфор и сера. Руды Костомукшского месторождения легкообогатимые.
Также не стоит оставлять без внимания следующие железорудные месторождения: Корпангское (400 млн тонн утвержденных запасов), Пудожгорское (прогнозные ресурсы оцениваются в 302 млн тонн) и Койкарское (запасы оценены почти в 3200 тыс. тонн).
Республика Хакасия
В Хакасии располагаются одни из самых старейших месторождений железной руды в России. Ее база представлена Тейско-Балыксинским, Абакано-Анзасским и Верхнеабаканским районами.
Абагасские залежи руды на участке Кузнецкого Алатау и Минусинской котловины были обнаружены в 1933 году, но к их разработке приступили лишь 50 лет спустя. Доминирующим минералом здесь выступает магнетит, второстепенные роли отводятся пириту, гематиту и мушкетовиту. Балансовые запасы сырья насчитывают более 73 млн тонн.
Вблизи города Абаза располагается Абаканское железорудное месторождение. Его залежи представлены легкообогатимыми скарново-магнетитовыми рудами. Балансовые запасы содержат 145 млн тонн руды, средний объем железа составляет 42-45%. Месторождение было изучено до 1300 метров глубины.
Качканарские месторождения
Группа железорудных кладовых в Свердловской области известна достаточно давно, но серьезную разведку стали производить только в 30-е годы прошлого века. Она объединяет два основных месторождения: Гусевогорское и Качканарское. Залежи рудных минералов представлены магнетитом и содержат преимущественно примеси титана и ванадия. Они залегают на большой глубине и имеют очень сложную разработку.
Качканарские месторождения принадлежат к самым крупным месторождениям железной руды в России, им принадлежит 70% от добываемых руд Урала. Прогнозируемые ресурсы составляют более 12 млрд тонн руды, а разведанные запасы насчитывают 7 млрд тонн с объемом железа 16%. При обогащении руды объем железа в полученном концентрате доходит до 61%.
Бакальские месторождения
Бакальская группа железорудных залежей размещена в Саткинском районе Челябинской области. Она сосредоточена на площади в 150 км 2 и насчитывает 24 месторождения, каждое из которых располагает несколькими рудными телами. На месторождениях выделяют два типа разновидности руд: сидеритовые (с содержанием железа32 %) и бурые железняки (с содержанием железа более 50%). В разведанных и оцененных запасах лидирующая роль отводится сидеритовым рудам. Основными минералами этих месторождений являются пистомезит и сидероплезит.
На Бакальском рудном поле в эксплуатации находятся следующие карьеры: Петлинский, Центральный, Новобакальский, Сосновский, Сидеритовый, Шульдинский. Суммарный запас руды составляет один миллиард тонн. По качеству руд и по количеству железа в них Бакальское месторождение входит в число лучших месторождений железной руды в России.
Следует заметить, что железорудный промысел - один из немногих сегментов российской промышленности, который чувствует себя наиболее уверенно даже в условиях кризиса. На государственном балансе учитывается 173 железорудных месторождения. Их балансовые запасы, при сегодняшнем темпе добычи, смогут обеспечить черную металлургию более чем на 200 лет вперед.
Железная руда – это одно из минеральных образований. Среди составляющих его элементов присутствует железо и различные соединения. Если в составе руды большая доля приходится на железо, то она классифицируется, как железная. Основная добыча железной руды приходится на магнитный железняк. В нем соединения железа занимают порядка 70%.
Запасы железной руды в мире
В рамках российского производственного комплекса основная доля приходится на добычу руды. В целом страна привносит в мировую добычу не более 6%. В общей сложности на сегодняшний день на планете находится около 160 миллиардов тонн этого ископаемого. С учетом доли железа в ней, запасы конкретно этого вещества оцениваются в 80 миллиардов тонн.
Запасы железной руды в различных странах мира таковы:
- РФ и Бразилия – по 18%.
- Австралия – 14%.
- Украина – 10%.
- КНР – 9%.
- Канада – 8%.
- США – около 7%.
Оставшиеся 15%, в различных долях распределены между прочими странами мира.
Специалисты подразделяют железорудную продукцию на несколько категорий, а именно:
- с повышенным содержанием железа (более 50% состава);
- рядовые (25–49%);
- бедные (менее 25%).
Наибольшим содержанием железа характеризуется магнитный железняк. На российской территории его запасы располагаются преимущественно в районе Уральских гор. Еще эта руда массово залегает на территории Швеции, в некоторых из штатов США.
Актуальные запасы различной руды в России сегодня составляют порядка 50 миллиардов тон. По ее запасам страна занимает третье место в мире, уступая лишь Австралии и Бразилии.
Способы добычи руды
Сейчас существует несколько основных методик добычи руды. Для каждого случая выбор делается индивидуально. Специалисты в ходе принятия решения оценивают ряд факторов, в том числе экономическую целесообразность эксплуатации определенных машин и агрегатов, особенности расположения железной руды и некоторые другие.
Карьерный способ
Основная масса мест добычи железной руды разрабатывается по карьерной методике. Она предполагает на начальном этапе работы подготовку карьера определенной глубины (в среднем 300 метров). Далее, в работу включается прочее оборудование. Рудная масса вывозится из него посредством крупных самосвалов.
Обычно горная порода сразу же переправляется на специализированные предприятия для дальнейшего изготовления из него железорудной продукции, в том числе стали.
При подготовке карьера при данном способе добычи применяются наиболее крупные и массивные экскаваторы. Как только процесс достигнет своего завершения и техника достигнет нижних слоев рудной массы, осуществляется анализ полученных образцов непосредственно перед началом добычи железной руды. По его результатам определяется конкретная доля железа в его составе.
Решение о начале разработок и добыче железной руды принимается в том случае, если анализ показывает присутствие железа в количестве более 57%. Данный вариант будет выгодным в экономическом плане. В противном случае специальная комиссия решает необходимость добычи такого материала наряду с возможными вариантами улучшения качества производства.
Имеет массу преимуществ. Основной ее недостаток состоит в том, что разработки и извлечение рудных тел могут проводиться на небольших глубинах.
Шахтный способ
На практике руда часто залегает довольно глубоко. Это обуславливает необходимость обустройства шахт. Их глубина достигает нескольких сотен метров – вплоть до километра. Изначально организуется ее ствол, который имеет внешнее сходство с колодцем.
Специализированные коридоры отходят от шахтного ствола. Их именуют штреками. Это один из самых эффективных способов добычи руды. При этом он наиболее затратен в финансовом плане и опасен.
Скважинная гидродобыча
СГД – это гидромеханический способ. В этом случае добыча предполагает организацию глубокой скважины, куда входят снабженные гидромонитором трубы. Далее, посредством струи воды горная порода откалывается и перемещается наверх.
Такой вариант характеризуется небольшой эффективностью при высокой безопасности. На практике его применяют в 3% случаев.
Методы обогащения горной породы
Процедуре обогащения в любом случае предшествует измельчение сырья. На следующем этапе проводится непосредственно обогащение по одной из методик:
- гравитационная сепарация;
- магнитная сепарация;
- флотация;
- комплексная методика.
Наибольшее практическое применение получил вариант гравитационной сепарации. Он отличается минимальной себестоимостью. Для реализации требуются такие машины, как центробежная машина, виброплощадка, спираль.
Благодаря наличию у веществ магнитных свойств, работает вариант магнитной сепарации. Она актуальна в случаях, когда остальные оказываются неэффективными.
На практике чаще требуется комплексное воздействие на руду посредством сразу нескольких способов обогащения.
Видео: Железные руды Урала
Стойленский ГОК в Белгородской области - один из ведущих производителей железорудного сырья: на его долю приходится более 15% производства товарной руды в России. Съемки проводились в течение пяти лет и в сумме заняли более 25 дней. Большой фоторепортаж.
1. Железные руды - это природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объёме, когда промышленное извлечение железа из этих образований целесообразно. Сырье СГОК берет из Стойленского месторождения Курской магнитной аномалии. Со стороны подобные объекты выглядят как большинство производств - какие-то цеха, элеваторы и трубы.
2. Редко, когда на краю чаши карьера делают общественные смотровые площадки. В Стойленском ГОКе подойти к этой огромной воронке, диаметром по поверхности более 3 км и глубиной около 380 метров, можно только по пропускам и согласованиям. Со стороны и не скажешь, что в этой ямке спокойно поместятся небоскребы Москва-сити, и даже торчать не будут) Кликабельно:
3. Добычу ведут открытым способом. Для того, чтобы добраться до богатой руды и кварцитов горняки снимают и вывозят в отвалы десятки миллионов кубометров земли, глины, мела, и песка.
4. Рыхлые породы разрабатывают экскаваторами с «обратной лопатой» и драглайнами. «Обратные лопаты» выглядят как привычные ковши, только в карьере СГОКа они большие – 8 куб. м.
5. В таком ковше свободно разместятся 5-6 человек или 7-8 китайских человек.
6. Рыхлые породы, которые горняки называют вскрышей, перевозятся на отвалы железнодорожными составами. Еженедельно горизонты, на которых производится работа, изменяют свою форму. Из-за этого постоянно приходится перекладывать железнодорожные пути, сеть, переносить железнодорожные переезды и т.д.
7. Драглайн. Ковш на 40-метровой стреле выбрасывается вперед, затем канаты тянут его к экскаватору.
8. Под собственным весом ковш загребает в себя около десяти кубометров грунта за один бросок.
9. Машзал.
10. Машинисту нужна очень большая сноровка, чтобы выгрузить такой ковш в вагон, не повредив борта и не задев высоковольтную линию контактной сети локомотива.
11. Стрела экскаватора.
12. Железнодорожный состав с вагонами думпкарами (это самоопрокидывающиеся вагоны) вывозит вскрышу на отвалы.
14. На отвалах происходит обратная работа - вкрыша из вагонов складируется экскаватором в аккуратные холмы. При этому рыхлые породы не просто сваливают в кучу, а складируют по-отдельности. На языке горняков такие склады называются техногенными месторождениями. Из них берут мел для производства цемента, глину - для производства керамзита, песок - для строительства, чернозем - для рекультивации земель.
15. Горы меловых отложений. Все это не что иное, как отложения доисторических морских обитателей - моллюсков, белемнитов, трилобитов и аммонитов. Около 80 – 100 миллионов лет назад на этом месте плескалось мелководное древнее море.
16. Одна из главных достопримечательностей Стойленского ГОКа - горно-вскрышной комплекс (ГВК) с ключевым агрегатом - шагающим роторным экскаватором KU-800. ГВК изготовили в Чехословакии, два года собирали в карьере СГОКа и запустили в работу в 1973 году.
17. С тех пор роторный экскаватор шагает вдоль бортов карьера и 11-метровым колесом срезает меловые отложения.
18. Высота экскаватора 54 метра, масса - 3 тысячи 350 тонн. Это сравнимо с весом 100 вагонов метро. Из такого количества металла можно было бы сделать 70 танков Т-90. Кликабельно:
19. Экскаватор опирается на поворотную платформу и передвигается с помощью «лыж», которые приводятся в действие гидроцилиндрами. Для работы этого монстра необходимо напряжение в 35 тысяч вольт.
20. Механик Иван Толмачев из тех людей, кто участвовал в пуске KU-800. Больше 40 лет назад, в 1972 году, сразу после окончания Губкинского горного техникума, Ивана Дмитриевича приняли помощником машиниста роторного экскаватора. Вот уж когда пришлось молодому специалисту побегать по лестничным галереям! Дело в том, что электрическая часть экскаватора оказалась далёкой от совершенства, поэтому не одну сотню ступеней нужно было преодолеть, пока найдешь причину отказа того или иного узла. Плюс к этому документы перевели с чешского не полностью. Чтобы вникнуть в схемы, над бумагами приходилось просиживать ночами, ведь к утру нужно было придумать, как устранить ту или иную неисправность.
21. Секрет долголетия KU-800 в его особом режиме работы. Дело в том, что, кроме плановых ремонтов в рабочем сезоне, зимой весь комплекс становится на капитальный ремонт и выполнение перестроек конвейерных линий. Три месяца ГВК готовят к новому сезону. За это время успевают привести в порядок все узлы и агрегаты.
22. Алексей Мартианов в кабине с видом на ротор экскаватора. Вращающееся трехэтажное колесо впечатляет. Вообще от путешествия по галереям KU-800 захватывает дух.
У вас эти впечатления, наверное, уже немного притупились?
- Да, есть такое, конечно. Ведь с 1971 года работаю здесь.
- Так ведь в те годы этого экскаватора еще и не было?
- Была площадка, на которой его только монтировать начинали. Шел он сюда узлами, около трех лет собирали его шеф-монтажники чехи.
- По тем временам это невиданная техника была?
- Да, это четвертая машина, вышедшая с конвейера чехословацкого завода-изготовителя. Газетчики нас тогда прямо-таки атаковали. Даже в журнале «Наука и жизнь» про наш экскаватор писали.
23. Висящие залы электрооборудованием и распредустройства служат противовесом стреле.
Я, конечно, понимаю, что это шагающий экскаватор. Но до сих пор не могу представить, как такая «махина» может ходить фактически?
- Она очень хорошо ходит, хорошо разворачивается. Шаг в два с половиной метра занимает всего полторы минуты. Вот, под рукой, пульт управления шагами: лыжи, база, стоп, поворот экскаватора. Через неделю мы готовимся поменять место дислокации, в обратную сторону пойдем, туда, где конвейер строится.
24. О своем экскаваторе Алексей Мартианов, бригадир машинистов ГВК рассказывает с любовью, как об одушевленном предмете. Говорит, что в этом ему нечего стесняться: каждый из его экипажа также относится к своей машине. Более того, как о живом начинают отзываться и специалисты чешского завода-изготовителя, курирующие крупные ремонты экскаватора.
25. Только на верхней площадке экскаватора, в сорока метрах от земли, ощущаешь его истинные размеры. Кажется, что в лестничных галереях можно заблудиться, а ведь в этих хитросплетениях металла и кабельных коммуникаций есть еще рабочие и машинные отделения, зал с электрооборудованием, распредустройства, отсеки гидравлических агрегатов шагания, поворота, устройства подъёма и выдвижения роторной стрелы, грузоподъемные краны, конвейеры.
При всей металло- и энергоемкости экскаватора в его экипаже работает всего 6 человек.
26. Узкие железные лесенки местами с подвижными ступенями опутывают экскаватор, как лесные тропинки. Бесконечные реки проводов пронизывают экскаватор вдоль и поперек.
27. - Как вы им управляете? Есть ли какие-нибудь свои секреты? Вот придет, к примеру, новый человек, через сколько месяцев его можно будет посадить сюда, в это кресло?
- Это не месяцы, это годы. Научиться в кабине работать, врезаться, шагать - это одно, а машину чувствовать - совсем другое. Ведь расстояние от меня до машиниста погрузочной стрелы 170 метров, и мы должны хорошо слышать и видеть друг друга. Не знаю чем, наверное, спиной чувствовать. Есть здесь, конечно, и громкая связь. Меня слышат все пятеро машинистов. И я их слышу. Знать нужно еще и электросхемы, устройство этой огромной машины. Кто осваивается быстро, а кто только через десять лет становится машинистом.
28. Конструкция KU-800 и сейчас удивляет инженерными решениями. В первую очередь, оптимальными расчетами несущих узлов и деталей. Достаточно сказать, что экскаваторы, аналогичные по производительности чешскому KU-800, имеют значительно большие размеры и массу, они до полутора раз тяжелее.
29. Срезанный ротором мел по системе конвейеров проезжает около 7 километров и с помощью отвалообразователя складируется в меловые горы.
30. За год в отвалы отправляют такой объем мела, которого хватило бы, чтоб насыпать двухполосную дорогу высотой 1 метр и длиной 500 километров.
31. Машинист погрузочной стрелы. Всего на отвалообразователе работает смена из 4 человек.
32. Отвалообразователь - уменьшенная копия KU-800 за исключением отсутствия роторного колеса. Экскаватор наоборот.
34. Сейчас основной полезный минерал в карьере Стойленского ГОКа - это железистые кварциты. Железа в них от 20 до 45%. Те камни, где железа больше 30% активно реагируют на магнит. Этим трюком горняки часто вызывают удивление у гостей: «Как это - обычные с виду камни, и вдруг притягиваются магнитом?»
35. Богатой железной руды в карьере Стойленского ГОКа уже мало. Она покрывала не очень толстым слоем кварциты и её почти выработали. Поэтому кварциты теперь главное железорудное сырье.
37. Чтобы добыть кварциты, их вначале взрывают. Для этого бурят сеть скважин и заливают в них взрывчатку.
38. Глубина скважин достигает 17 метров.
39. В год Стойленский ГОК проводит до 20 взрывов горной породы. При этом масса взрывчатки, использованной при одном взрыве, может достигать 1 000 тонн. Чтобы при этом не получилось сейсмического удара, взрывчатое вещество подрывают волной от скважины к скважине с задержкой в доли секунды.
40. Бадабум!
43. Раздробленную взрывом руду большие экскаваторы перегружают в автосамосвалы. В карьере СГОКа работают около 30 БелАЗов грузоподъемностью по 136 тонн.
44. 136-тонный Белаз заполняется с горочкой за 5-6 оборотов экскаватора.
48. Кликабельно:
49. Гусеница размером с человека.
51. Дмитрий, водитель Белаза, говорит, что управлять этим «слоником» не сложнее Шестерки жигулей.
52. Но права нужно получать отдельно. Главное - чувствовать габариты и никогда не забывать, с каким весом работаешь.
60. Белазы перевозят руду на перегрузочные склады в средней части карьера, где уже другие экскаваторы перегружают её в вагоны думпкары.
63. Загруженные составы из 11 вагонов отправляются на обогатительную фабрику. Электровозам приходится потрудиться, потому что везти по восходящему серпантину 1150 тонн руды – дело нелегкое.
64. Груженые на подъем и пустые на спуск.
66. На обогатительной фабрике руду выгружают в устья огромных дробилок.
67. В процессе обогащения руда проходит несколько этапов дробления. На каждом из них она становится все мельче.
68. Цель процесса - получить руду, истертую почти в мелкий песок.
69. Из этой измельченной массы кварцитов с помощью магнитных сепараторов отбирают магнитную составляющую.
72. Таким образом получают железорудный концентрат с содержанием железа 65 – 66%. Все, что не примагнитилось к сепараторам, горняки называют пустой породой или хвостами.
73. Хвосты смешивают с водой и перекачивают в специальные водоемы - хвостохранилища.
74. Хвостохранилища считают техногенными месторождениями, потому что, возможно, в будущем из них научатся добывать ценные элементы. Чтобы с хвостохранилищ не поднималась ветром пыль, которая вызывает гнев экологов и местных жителей, хвосты постоянно поливают дождиком с радугой. Благо воды из карьера - завались!
75. Чтобы карьер не затопило водой, на глубине около 200 метров под землей пробита опоясывающая сеть штреков дренажной шахты.
76. Из штреков, общая протяженность которых около 40 километров, вверх, в карьер пробурены скважины, которые перехватывают грунтовые воды.
78. Каждый час из дренажной шахты Стойленского ГОКа откачивают 4 500 кубометров воды. Это равно объему 75 железнодорожных цистерн.
80. Большое спасибо за внимание и терпение!
Человечество, по оценкам археологов, научилось обрабатывать железную руду и изготавливать из нее различные изделия еще за 3000 лет до н.э.
В разных странах железная руда обрабатывалась с применением сложных техник, и на протяжении веков люди только совершенствовались в ее обработке и ковке. С течением времени добыча железной руды увеличивалась, и производство качественных изделий выросло до такого уровня, что они стали доступны всем.
На каждом временном этапе человечество использовало железные руды, которые можно было перерабатывать с экономической выгодой на оборудовании того времени: в первом тысячелетии в обработку шли только руды с содержанием железа не менее 80-90%. Но чем более совершенной становилась техника и способы добычи железной руды, тем более бедные железные руды находили использование.
В современном мире отрасли, где железная руда находит постоянное применение - это сталелитейное производство, выплавка чугуна, производство ферросплавов и труб.
В настоящее время все железорудные месторождения делятся по степени содержания Fе на богатые, (57% содержания железа в общей рудной массе) и бедные (не менее 26%). А сама железная руда подразделяется на рядовую (аглоруду), в ней содержание железа находится на среднем уровне, окатыши - это сырая железосодержащая масса, и сепарированная руда с самым низким содержанием железа в общей массе.
К особому типу руды можно отнести магнитный железняк с 70% содержанием окиси и закиси железа. Районом добычи такой железной руды в России является Урал, горы Благодать, Магнитная.
В Норвегии, Швеции тоже имеются такие месторождения. В США магнитный железняк добывают в штате Пенсильвания, но лучшие месторождения по добыче железной руды в этой стране уже фактически выработаны, остались месторождения с рядовым содержанием руды (до 40-50%), такая же ситуация на месторождениях Украины и России.
По этой причине, многим странам, лидирующим по добыче железной руды, приходится постоянно совершенствовать технологии переработки сырья. Богатые месторождения в последние годы найдены только в Австралии, имеются они в Канаде и Мексике. При этом Северная Америка и Западная Европа в суммарном количестве по добыче железной руды уступают Австралии, которая на протяжении нескольких лет является лидером по добыче железной руды.
Такие страны как Германия, Великобритания и Бельгия вынуждены были отказаться от разработок собственных месторождений, поскольку сырье, которое там добывается, относится к третьей группе и его дальнейшая переработка очень затратна. В этих странах добыча железной руды проводилась открытым способом. Прежде всего, при такой разработке бедных месторождений наносится большой ущерб окружающей среде, поскольку на каждую тонну добытого чистого железа, приходится несколько десятков тонн промышленных пустопородных отвалов.
Технология добычи железной руды
На карьере, где на небольшой глубине залегает пласт железорудных пород, проводится выемка верхних слоев грунта на глубину около 500 метров. После того, как верхний слой убран, руду при помощи спецтехники выбирают и вывозят с карьера на перерабатывающие предприятия. Экономическая выгода для производителей в этих странах снижается из-за низкого качества руды, требующей обогащения. Это влечет за собой дополнительные финансовые затраты, а необходимость проводить дорогостоящие восстановительные мероприятия на месте разработки делают добычу таких ископаемых нерентабельной.
В результате такие страны как Франция и Германия на протяжении многих лет входят в десятку стран импортеров железной руды и продуктов ее первичной переработки. Поставки в основном осуществляются из азиатских стран, а также России.
В азиатских странах богатыми месторождениями располагает Индия. В Южной Америке основным местом по добыче железной руды является Бразилия, которая имеет железорудные месторождения с 60% содержанием железных руд и успешно развивает профильные предприятия.
КНР, не смотря на то, что по оценкам специалистов, имеет большие, но бедные месторождения, все равно проводит переработку этой руды. В 2009 году Китай лидировал в сфере экспорта железорудного сырья. В общей мировой добыче железной руды на долю этой страны приходилось 1/3 всего сырья. В сравнении с серединой 20 века основная добыча руды для черной металлургии сместилась из Западной Европы в Азию, Южную Америку и Восточную Европу. На долю азиатских стран в настоящее время приходится около 55% всей добычи.
При этом потребность промышленности в добыче железной руды во всем мире год от года только возрастает. Некоторые страны с развитым автомобильным и промышленным производством, такие как Япония и Южная Корея не имеют своих месторождений. По этой причине становится важным внедрение новых технологий, позволяющих снизить экономические затраты при добыче железорудного сырья. Страны мира, обладающие существенными запасами залежей железной руды, ищут новые технологии обогащения добытого сырья.
На сегодняшний день почти 100 стран имеют такие сырьевые, потенциально готовые к разработке месторождения. На долю Америки (и Северной, и Южной) приходится примерно 267 млрд. тонн, на долю России - 100 млрд. тонн, азиатские страны располагают залежевыми запасами в 110 млрд. тонн, Австралия и Океания (в совокупности) - 82, в Африке около 50 млрд. тонн, в Европе - 56 млрд. тонн.
При этом в пересчете на содержание железа в руде Бразилия и Россия имеют одинаковые в процентном соотношении к общемировым запасы. Каждая из этих стран располагает 18% запасов. Третье место в этом рейтинге принадлежит Австралии с 14 %, четвертое место занимает Украина - 11 %, КНР имеет запасы в 9%, Индия - 5%. Самый маленький запас по содержанию железа в руде из нынешних активных разработчиков месторождений имеют США, всего 3%.
Переработка сырья проводится различными способами: страны Западной Европы, и США благодаря новым научно-техническим методам обогащения бедного сырья добиваются получения конечного продукта лучшего качества. Они проводят агломерацию сырья, но тут следует учесть, что такое сырье не подлежит перевозке и должно перерабатываться на внутреннем рынке.
В вопросе добычи железной руды выигрывают страны производители, поставляющие на экспорт железорудные окатыши, технологии добычи при этом не отличаются от общепринятых, но сырье проходит предварительную обработку. Железорудные окатыши легко транспортировать, а затем на месте, это сырье, благодаря современным технологиям, легко восстанавливается в чистое железо и поступает в дальнейший промышленный процесс.
Сегодня трудно представить себе жизнь без стали, из которой изготовлены многие окружающие нас вещи. Основой этого металла является железо, получаемое при плавке руды. Железная руда отличается по происхождению, качеству, способу добычи, что определяет целесообразность ее извлечения. Также железная руда отличается минеральным составом, процентным соотношением металлов и примесей, а также полезностью самых добавок.
Железо как химический элемент входит в состав многих горных пород, однако, не все они считаются сырьем для добычи. Все зависит от процентного состава вещества. Конкретно железной называют минеральные образования, в которых объем полезного металла делает его извлечение экономически целесообразным.
Добывать такое сырье начали еще 3000 лет назад, так как железо позволяло изготавливать более качественные прочные изделия в сравнении с медью и бронзой (см. ). И уже в то время мастера, имевшие плавильни, отличали виды руды.
Сегодня добывают следующие типы сырья для дальнейшей выплавки металла:
- Титано-магнетитовые;
- Апатит-магнетитовые;
- Магнетитовые;
- Магнетит-гематитовые;
- Гетит-гидрогетитовые.
Богатой считается железная руда, в составе которой имеется не менее 57% железа. Но, разработки могут считаться целесообразными при 26%.
Железо в составе породы находится чаще в виде оксидов, остальные добавки — это кремнеземы, сера и фосфор.
Все ныне известные типы руд образовались тремя способами:
- Магматическим . Такие руды образовывались в результате воздействия высокой температуры магмы или древней вулканической деятельности, то есть переплавки и перемешивания других горных пород. Такие полезные ископаемые — это твердые кристаллические минералы с высоким процентным составом железа. Залежи руд магматического происхождения обычно привязаны к старым зонам горообразования, где расплавленное вещество подходило близко поверхности.
Процесс образования магматических пород таков: расплав различных минералов (магма) — это очень текучее вещество, и при образовании трещин в местах разломов, оно их заполняет, остывая и приобретая кристаллическую структуру. Именно так сформировались пласты с застывшей в земной коре магмой.
- Метаморфическим . Так преобразовываются осадочные типы минералов. Процесс следующий: при перемещениях отдельных участков земной коры, некоторые ее пласты, содержащие необходимые элементы, попадает под залегающие выше породы. На глубине они поддаются воздействию высокой температуры и давлению верхних слоев. В течение миллионов лет такого воздействия здесь происходят химические реакции, преобразующие состав исходного материала, кристаллизация вещества. Потом в процессе очередного перемещения породы оказываются ближе к поверхности.
Обычно железная руда такого происхождения залегает не слишком глубоко и имеет высокий процент состава полезного металла. Например, как яркий образец – магнитный железняк (до 73-75% железа).
- Осадочным . Главными «работниками» процесса образования руд становятся вода и ветер. Разрушающие пласты породы и перемещающие их в низины, где они накапливаются в виде слоев. Плюс вода, как реагент, может видоизменять исходный материал (выщелачивать). В итоге образуется бурый железняк – рассыпчатая и рыхлая руда, содержащая от 30% до 40% железа, с большим количеством различных примесей.
Сырье благодаря разнообразным путям образования часто перемешано в пластах с глинами, известняками и магматическими породами. Иногда разные по происхождению залежи могут быть перемешаны на одном месторождении. Но чаще всего преобладает один из перечисленных типов породы.
Установив путем геологической разведки приблизительную картину происходящих в конкретной местности процессов, определяют возможные места с залеганием железных руд. Как, например, Курская магнитная аномалия, или Криворожский бассейн, где вследствие магматических и метаморфических воздействий образовались ценные в промышленном значении типы железной руды.
Добыча железных руд в промышленных масштабах
Добывать руду человечество начало очень давно, но чаще всего это было сырье низкого качества со значительными примесями серы (осадочные породы, так называемое «болотное» железо). Масштабы разработки и выплавки постоянно увеличивались. Сегодня выстроена целая классификация различных месторождение железистых руд.
Основные типы промышленных месторождений
Все залежи руды делят на типы зависимо от происхождения породы, что в свою очередь позволяет выделить главные и второстепенные железнорудные районы.
Главные типы промышленных залежей железной руды
К ним относят следующие месторождения:
- Залежи различных типов железной руды (железистые кварциты, магнитный железняк), образованной метаморфическим способом, что позволяет добывать на них очень богатые по составу руды. Обычно месторождения связаны с древнейшими процессами образования горных пород земной коры и залегают на образованиях называемых щитами.
Кристаллический щит — это формирования в виде большой изогнутой линзы. Состоит из пород, образованных еще на этапе формирования земной коры 4,5 млрд. лет назад.
Наиболее известные месторождения такого типа: Курская магнитная аномалия, Криворожский бассейн, озеро Верхнее (США/Канада), провинция Хамерсли в Австралии, и железнорудный район Минас-Жерайс в Бразилии.
- Залежи пластовых осадочных пород. Эти месторождения образовались вследствие оседания богатых железом соединений, которые имеются в составе разрушенных ветром и водой минералов. Яркий образец железной руды в таких залежах – бурый железняк.
Наиболее известные и большие месторождения — это Лотарингский бассейн во Франции и Керченский на одноименном полуострове (Россия).
- Скарновые месторождения. Обычно руда имеет магматическое и метаморфическое происхождение, пласты которой после образования были смещены в момент образования гор. То есть железная руда, располагающаяся слоями на глубине, была смята в складки и перемещена на поверхность во время движения литосферных плит. Такие залежи размещаются чаще в складчатых областях в виде пластов или столбов неправильной формы. Образовались магматическим способом. Представители таких месторождений: Магнитогорское (Урал, Россия), Сарбайское (Казахстан), Айрон-Спрингс (США) и прочие.
- Титаномагнетитовые залежи руд. Их происхождение магматическое, чаще всего встречаются на выходах древних коренных пород – щитов. К ним относят бассейны и месторождения в Норвегии, Канаде, России (Качканарское, Кусинское).
К второстепенным месторождениям относят: апатит-магнетитовые, магно-магнетитовые, сидеритовые, железомарганцевые залежи, разрабатываемые на территории России, стран Европы, Кубы и прочих.
Запасы железной руды в мире — страны-лидеры
На сегодня по различным оценкам разведано залежей с суммарным объемом в 160 млрд. тонн руды, с которой можно получить около 80 млрд. тонн металла.
Геологическая служба США представляет данные, по которым на Россию и Бразилию приходится около 18% мировых запасов железорудного сырья.
В пересчете на запасы железа, можно выделить следующие страны-лидеры
Картина мировых запасов руды выглядит следующим образом
Большинство этих стран является и крупнейшими экспортерами железной руды. В общем, объем продаваемого сырья составляет около 960 млн. тонн в год. Наибольшими импортерами являются Япония, Китай, Германия, Южная Корея, Тайвань, Франция.
Обычно добычей и продажей сырья занимаются частные компании. К примеру, крупнейшие в нашей стране Металлинвест и Евразхолдинг, производящие в общей сумме около 100 млн. тонн железорудной продукции.
По оценкам той же Геологической службы США, объемы добычи и производства постоянно растут, за год добывается около 2,5-3 млрд. тонн руды, что снижает ее стоимость на мировом рынке.
Наценка на 1 тонну сегодня приблизительно 40 долларов. Рекордная цена была зафиксирована в 2007 году – 180 долл/ тонну.
Как добывают железную руду?
Пласты железной руды залегают на различной глубине, что и определяет ее способы извлечения из недр.
Карьерный способ. Самый распространенный способ карьерной добычи, используется при нахождении залежей на глубине около 200-300 метров. Разработка происходит путем применения мощных экскаваторов и установок для дробления породы. После чего ее грузят для транспортировки на обогатительные комбинаты.
Шахтный метод. Шахтный метод применяют при более глубинном залегании пластов (600-900 метров). Изначально пробивают створ шахты, от которого вдоль пластов разрабатывают штреки. Откуда раздробленная порода подается «на гора» с помощью транспортеров. Руду из шахт также отправляют на обогатительные предприятия.
Скважинная гидродобыча. Прежде всего, для скважинной гидродобычи бурят скважину до пласта породы. После чего в створ заводят трубы, мощным напором воды дробят руду с дальнейшим извлечением. Но такой метод на сегодня имеет очень низкую эффективность и используется довольно редко. Например, таким приемом добывают 3% сырья, а шахтным 70%.
После добычи железорудный материал нужно переработать, чтобы получить основное сырье для выплавки металла.
Так как в составе руд кроме необходимого железа есть множество примесей, то для получения максимального полезного выхода необходимо очистить породу, подготовив материал (концентрат) для выплавки. Весь процесс осуществляется на горно-обогатительных комбинатах. К различным видам руд, применяются свои приемы и методы очистки и удаление ненужных примесей.
Например, технологическая цепочка обогащения маггнитных железняков следующая:
- Изначально руда проходит стадию дробления на дробильных установках (например, щековых) и подается ленточным транспортером на станции сепарации.
- Используя электромагнитные сепараторы, отделяют части магнитного железняка от пустой ненужной породы.
- После чего рудная масса транспортируется на очередное дробление.
- Измельченные минералы перемещают на очередную станцию очистки, так называемые вибрационные сита, здесь полезная руда просеивается, отделяясь от легкой ненужно породы.
- Следующий этап – бункер мелкой руды, в котором вибрациями отделяются мелкие частицы примесей.
- Последующие циклы включают очередное добавление воды измельчение и прохождение рудной массы через шламовые насосы, удаляющие вместе с жидкостью ненужный шлам (пустую породу), и опять дробление.
- После многократного очищения насосами, руда поступает на так называемый грохот, который гравитационным методом в очередной раз очищает минералы.
- Многократно очищенная смесь поступает на обезвоживатель, удаляющий воду.
- Осушенная руда опять попадает на магнитные сепараторы, и уже потом на газожидкостную станцию.
Бурый железняк очищается несколько по другим принципам, но суть от этого не меняется, ведь главная задача обогащения — получить наиболее чистое сырье для производства.
Результатом обогащения становиться железорудный концентрат, использующийся при плавке.
Что делают из железной руды — применение железной руды
Понятно, что железная руда используется для получения металла. Но, еще две тысячи лет назад металлурги поняли, что в чистом виде железо довольно мягкий материал, изделия из которого немного лучше бронзы. Результатом стало открытие сплава железа с углеродом – стали.
Углерод для стали играет роль цемента, упрочняющего материал. Обычно в составе такого сплава имеется от 0,1 до 2,14% углерода, причем свыше 0,6% — это уже высокоуглеродистая сталь.
Сегодня из этого металла изготавливается огромный список изделий, оборудования и машин. Однако, изобретение стали было связано с развитием оружейного дела, мастера в котором пытались получить материал с прочными характеристиками, но в то же время, с отличной гибкостью, ковкостью, и прочими техническими, физическими и химическими характеристиками. Сегодня высококачественный металл имеет и другие добавки, легирующие его, добавляя твердость износоустойчивость.
Вторым материалом, который производится с железной руды, является чугун. Это также сплав железа с углеродом, которого в составе имеется более чем 2,14%.
Длительное время чугун считался бесполезным материалом, который получался либо при нарушении технологии выплавки стали, или как побочный металл, оседающий на дне плавильных печей. В основном его выбрасывали, его невозможно ковать (хрупкий и практически не пластичный).
До появления артиллерии чугун пытались пристроить в хозяйстве различными способами. Например, в строительстве из него изготавливали фундаментные блоки, в Индии производили гробы, а в Китае изначально даже чеканили монеты. Появление пушек позволило использовать чугун для литья ядер.
Сегодня чугун используют во многих отраслях, особенно в машиностроении. Также этот металл используется для получения стали (мартеновские печи и бессмеровский способ).
С ростом производства требуется все больше материалов, что способствует интенсивной разработке месторождений. Но развитые страны считают более целесообразным импортировать относительно недорогое сырье, сокращая объемы собственного производства. Это позволяет основным странам экспортерам наращивать добычу железной руды с дальнейшим ее обогащением и продажей в качестве концентрата.
