Места и способы добычи железной. Методы обогащения горной породы

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.

Благодаря своим уникальным свойствам – ковкости, прочности, пластичности – металл широко используется любой отраслью промышленности во всем мире. Сырьем для его изготовления являются железосодержащие минералы.

Запасы в мире

Залежи железосодержащих полезных ископаемых есть на каждом материке. Их ресурсы распределены так (по убыванию):

• Европейские государства.
• Страны Азии.
• Африканский континент: ЮАР, Алжир, Либерия, Зимбабве, Ангола, Габон.
• Южная и Северная Америка.

Месторождения железной руды обнаружены на территориях 98 государств. На сегодняшний день их реальная цифра – 212 млрд т. Но ученые считают, что мировые залежи этого стратегического сырья могут исчисляться 790 миллиардами тонн.

В процентном соотношении запасы железной руды по странам мира распределены так:

• Украина – 18%.
• Россия – 16%.
• Бразилия – 13%.
• Австралия – 11%.
• Китай – 13%.
• Индия – 4%.
• Остальные – 25%.

Рудные пласты различаются по содержанию железа. Они бывают богатыми (более 50% Fe), рядовыми (25–50%), бедными (менее 25%). Поэтому в пересчете на содержание железа их запасы распределяются иначе:

• Россия – 19%.
• Бразилия – 18%.
• Австралия – 14%.
• Украина – 11%.
• Китай – 9%.
• Индия – 4%.
• Остальные – 25%.

Из всех добываемых железосодержащих минералов 87% имеют низкое качество (содержание железа 16–40%). Такое сырье требует обогащения. Россия добывает только 12% железистых соединений высокого качества, с содержанием железа более 60%. Самое качественное сырье для металлургии добывают на Австралийском материке (64% Fe).

Подсчитано, что при существующем уровне добычи руды обеспеченность мирового хозяйства железом составит 250 лет.

Крупнейшие залежи

Из всех стран мира самые богатые запасы железной руды в Российской Федерации. Они сосредоточены в нескольких регионах.

Курская магнитная аномалия. Это огромный железорудный район мирового масштаба. Здесь расположено несколько мощных месторождений. Одно из них – Лебединское (14, 6 млрд т) – за свои размеры и объемы выработки дважды заносилось в книгу рекордов Гиннеса.

А также менее богатые регионы:

• Урал.
• Кольский рудный район.
• Карелия.
• Западная Сибирь.

Кроме России, крупные месторождения находятся на территории:

• Австралии (Айрон-Ноб, Западно-Австралийское).
• США (Верхнеозерное).
• Канады (Ньюфаундлендское, Лабрадорское).
• ЮАР (Трансваальское).
• Индии (Сингбхум).
• Швеции (гора Кирунавааре).
• Китая (возле города Аньшань).

Значительные запасы железной руды имеет Украина – более 21 млрд т. Здесь есть 3 месторождения – Криворожское, Белорецкое и Кременчугское. Последнее имеет залежи с низким содержанием железа. Кроме того, они содержат много вредных примесей. На двух других месторождениях добывается железная руда высокого качества.

Богатые железистые соединения (до 68% Fe) добывают в Венесуэле. Ресурс страны составляет 2 200 млн т. На Бразильских месторождениях Каражас, Урукум содержатся более десятка миллиардов тонн богатых залежей (50–69% Fe). Около 3 000 млн т бурого рядового железняка залегает на о. Куба.

В США находятся огромные залежи железистых кварцитов, которые требуют основательного обогащения.

Рейтинг стран мира по добыче железной руды на 2017 год

Добыча руды осуществляется на территории более 50 государств. Лидерами отрасли являются Китай, Австралия, Бразилия, Россия, Индия. Совокупно они добывают 80% всех железосодержащих минералов.

Из года в год увеличиваются объемы железодобывающей отрасли во всем мире, но они не покрывают полностью потребности человечества. Многим государствам с развитыми горнодобывающей и металлургической отраслями промышленности не хватает собственных ресурсов железной руды, и они вынуждены закупать ее за границей.

Крупнейшими импортерами являются Южная Корея, Япония, США, страны Евросоюза. Даже Поднебесная – республика, которая занимает 1 место в мире по добыче руды – вынуждена ее импортировать. Больше всего экспортируют железорудного сырья Австралия, Бразилия и Индия.

Чтобы представить, как развивается железорудная отрасль, представлена сравнительная таблица по добыче руды за год (млн т):

Наблюдается неуклонный рост индийской железорудной промышленности. Предполагается, что к 2020 году ее показатели увеличатся на 35%.

Среди всех горнодобывающих компаний мира основополагающее место занимают 3 рудных гиганта:

• BHP Billiton, самая крупная австралийско-британская компания.
• Vale S. A. (бразильская компания).
• Rio Tinto, транснациональная корпорация.

Они ведут добычу во многих государствах, владеют электростанциями, заводами по обогащению железорудных ископаемых и выплавке стали, осуществляют железнодорожные и морские перевозки собственным транспортом, устанавливают мировые цены на сырье.

Железные руды - природные минеральные образования, содержащие железо и его соединения в таком объёме, когда промышленное извлечение железа из этих образований целесообразно. Несмотря на то, что железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех горных пород, под названием железных руд понимают только такие скопления железистых соединений, из которых с выгодой в экономическом отношении можно получить металлическое железо.

Железные руды представляют собой особые минеральные образования, в состав которых входит железо и его соединения. Данный тип руды считается железной, если доля этого элемента содержаться в таком объеме, чтобы в ее промышленное извлечение было экономически выгодным.

В черной металлургии используются три основных вида железорудной продукции:

— сепарированная железная руда (низкое содержание железа);

— аглоруда (среднее содержание железа);

— окатыши (сырая железосодержащая массы)

Залежи железной руды считаются богатыми, если доля железа в них составляет более 57%. Бедные железные руды могут содержать минимум 26% железа. Ученные выделяют два основных морфологических типа железной руды; линейные и плоскоподобные.

Линейные залежи железной руды представляют собой клиновидные рудные тела в зонах земных разломов, изгибов в процессе метаморфоза. Данный тип железных руд отличается особо высоким содержанием железа (54-69%) с низким содержанием серы и фосфора.

Плоскоподобные залежи можно найти на вершинах пластов железистых кварцитов. Они относятся к типовым корам выветривания.

Богатые железные руды, в основном, отправляют на выплавку в мартеновское и конверторное производство или же на прямое восстановление железа.

Основные промышленные типы месторождений железной руды:

• — пластовые осадочные месторождения;
• — комплексные титаномагнетитовые месторождения;
• — месторождения железистых кварцитов и богатых руд;
• — скарновые железорудные месторождения;

Второстепенные промышленные типы месторождений железной руды:

• — железорудные сидеритовые месторождения;
• — железорудные пластообразные латеритные месторождения;
• — комплексные карбопатитовые апатит-магнетитовые месторождения;

Мировые запасы разведанных месторождений железной руды составляют 160 миллиардов тонн, в них содержится около 80 миллиардов тонн чистого железа. Крупнейшие месторождения железной руды найдены в Украине, а крупнейшие запасы чистого железа расположены на территории России и Бразилии.

Объем мировой добычи железной руды с каждым годом растет. В 2010 году было добыто более 2,4 млрд тонн железной руды, при этом, Китай, Австралия и Бразилия обеспечили две трети добычи. Если прибавить к ним Россию и Индию, то их суммарная доля на рынке составит более 80%.

Как добывают руду

Рассмотрим несколько основных вариантов добычи железной руды. В каждом конкретном случае выбор в пользу той или иной технологии делается с учетом расположения полезных ископаемых, экономической целесообразности использования того или иного оборудования и т.п.

В большинстве случаев, добыча руды происходит карьерным способом. То есть для организации добычи, сначала вырывается глубокий карьер приблизительно 200-300 метров в глубину. После этого прямо из его дна на больших машинах вывозится железная руда. Которая сразу же после добычи на тепловозах переправляется на различные комбинаты, где из нее изготавливается сталь. На сегодняшний день многие крупные предприятия производят добычу руды, в том случае если у них есть все необходимо оборудование для проведения таких работ.

Рыть карьер следует с использованием больших экскаваторов, однако следует учесть то, что данный процесс может отнять у вас достаточно много лет. После того как экскаваторы дороют до самого первого пласта железной руды, необходимо сдать ее на анализ экспертам, чтобы они смогли определить какой именно процент железа в ней содержится. Если этот процент будет не менее 57, то в таком случае будет экономически выгодным решение о добычи руды в этой местности. Такую руда можно смело перевозить на комбинаты, ведь после переработки из нее обязательно получится сталь высокого качества.

Однако это еще не все, следует очень тщательно проверять сталь, которая появляется в результате переработки железной руды. Если качество добываемой руды не будет соответствовать европейским стандартам, то следует понять, как улучшить качество производства.

Недостаток открытого метода состоит в том, что он позволяет добывать железную руду только на сравнительно небольшой глубине. Поскольку нередко она лежит гораздо глубже – на расстоянии в 600-900 м от поверхности земли – приходится строить шахты. Сначала делают ствол шахты, который напоминает очень глубокий колодец с надежно укрепленными стенками. От ствола в разные стороны отходят коридоры, которые называются штреками. Найденную в них железную руду взрывают, а затем ее куски с помощью специального оборудования поднимают на поверхность. Этот способ добычи железной руды эффективен, но в то же время связан с серьезной опасностью и затратен.

Есть и еще один способ, позволяющий добывать железную руду. Он называется СГД или скважинная гидродобыча. Руду извлекают из-под земли следующим образом: бурят глубокую скважину, опускают туда трубы с гидромонитором и с помощью очень сильной водной струи дробят породу, а затем поднимают ее на поверхность. Этот способ безопасен, однако, к сожалению, он пока неэффективен. Благодаря этому методу удается добыть только около 3% железной руды, в то время как с помощью шахт добывается примерно 70%. Тем не менее, разработкой метода скважинной гидродобычи занимаются специалисты, а потому есть надежда, что в будущем именно этот вариант станет основным, вытеснив карьеры и шахты.

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

Железная руда – это минеральное образование, основным компонентом которого является железо. Для промышленной добычи пригодна и экономически выгодна руда с большим содержанием железа, более 40%, самый высокий процент присутствия железа в магнитном железняке – 70%.

Мировые запасы железной руды

Добыча железной руды – одна из ведущих отраслей производственного комплекса в России. Несмотря на этот факт, наша страна добывает только 5,6% от общей добычи руды в мире. Всего же мировые запасы составляют более 160 миллиардов тонн. По предварительным подсчётам, содержание чистого железа может доходить до 80 миллиардов тонн. Распределение запасов железной руды по странам:

Карта запасов железной руды России

• Российская Федерация – 18%;
• Китайская Народная Республика – 9%;
• Австралия – 14%;
• Бразилия – 18%;
• Украина – 11%
• Канада – 8 %
• США – 7 %
• Остальные страны – 15%.

Железные руды принято различать по содержанию железа, а также по минеральному составу (примеси). Также руды разделяют на богатые железом (больше половины железа), рядовые (от четверти до половины) и бедные (содержание железа менее четверти).

Магнитный железняк, содержащий максимальное количество железа, добывается в России на Урале – в горах Высокая, Магнитная; Качканар, Благодать.

Большие залежи в Швеции близ городов Фалуня, Гелливар и Даннемор. В США значительные залежи в штате Пенсильвания. В Норвегии – Персберг и Арендаль. Россия занимает третье место в мире по числу залежей руд в мире. На первом месте – Бразилия, на втором – Австралия. Запасы железной руды в России на сегодняшний день составляют более 50 миллиардов тонн.

Крупнейшие месторождения

Бакчарское железорудное месторождение расположено в Томской области между двух рек – Андорма и Икса. Является одним из крупнейших не только в России, но и в мире. Запасы приблизительно оцениваются в 28,7 миллиарда тонн. На данный момент для месторождения активно внедряют новые технологии, такие как проведение скважинной гидродобычи, а не карьерной добычи, как ранее.

Курская магнитная аномалия в России является самым крупным железорудным бассейном в мире. По самым скромным оценкам запасы данного месторождения составляют 200 миллиардов тонн. Залежи Курской магнитной аномалии составляют около половины всех мировых запасов железных руд. Этот железорудный бассейн расположен на территории сразу трёх областей: Курской, Орловской и Белгородской. Также в состав Курской магнитной аномалии принято относить Чернянское и Приоскольское месторождения.

Абаканское железорудное месторождение находится недалеко от города Абаза в республике Хакасия. Сначала велись открытые разработки, а затем подземные (шахты). Глубина шахт достигает 400 метров.

Абагасское месторождение железной руды расположено в Красноярском крае. Основные руды: магнезитовые, высокоглиноземистые и магнезиальные. Месторождение делится на две основные зоны: Северная (2300 метров) и Южная (более 2600 метров). Разработка ведётся открытым способом.

Способы добычи

Все способы добычи пород можно разделить на 2 основных вида: открытый (карьеры) и закрытый (шахты). Открытый способ добычи приносит больший урон экологии, в отличие от закрытого способа. Но его применение требует небольших капитальных вложений. Руда, которая залегает неглубоко в земной коре (до 500 м), извлекается карьерным способом.

На первоначальном этапе срезается верхний слой почвы. Дальнейшие действия направлены на выемку породы с помощью ковшей специальной техники, ее погрузку на транспортеры и доставку в обогатительные комбинаты.

Железные руды Урала. Бакальское месторождение

При разработке карьеров используют технологию взрыва, для более легкой выемки породы. Взрывные работы осуществляются с использованием следующих веществ:

• аммиачная селитра;
• эмульгированная нефть.

Взрыв осуществляется за доли секунды и способен разрушить большие площади горной породы. При взрывных работах качество руды никак не страдает. Самый большой карьер не только в России, но и во всем мире расположен в Белгородской области, между Старым Осколом и городом Губкин.

Называется он Лебединский, его дважды заносили в книгу рекордов Гиннеса за размеры и по объемам добычи – глубина 450 м, диаметр – 5 км, по оценкам здесь залегает 14,6 млрд тонн железной руды, в сутки работают около 133 единиц машинной техники, один самосвал способен доставлять до 200 кг руды.

Примечательным фактом о данном карьере является то, что он подвергается затоплению подземными водами. Если бы не производилась их откачка, через месяц этот огромный карьер был бы полон.

Однако использование карьерной разработки месторождений становится невозможным, когда уровень залегания полезной породы ниже 500 метров. В таком случае используют строительство подземных шахт. Иногда их глубина достигает нескольких километров. Под землей копаются штреки – обширные разветвления.

Машины комбайного типа врезаются шипами в горную породу, разламывая ее, затем с помощью погрузчиков она доставляется на поверхность.

Добыча руды шахтным способом довольно затратная, поскольку требует определенной инфраструктуры, а также создания безопасных условий для работы людей и техники. Частые случаи смещения земной породы и обвала шахт, их затопления и прочие катаклизмы. Поэтому этот способ не применяется в России, когда руда содержит небольшой процент железа. Хотя технологии обрабатывающей промышленности постоянно развиваются и дают возможности более продуктивного обогащения руд, содержащих железо в малых количествах.

Методы обогащения горной породы

Прежде чем применить один из методов обогащения полученную руду необходимо измельчить, поскольку пласты могут достигать двух метров. Далее, применяется один или несколько способов обогащения:

• флотация;
• комплексный метод.

Гравитационная сепарация – один из лучших способов добычи. Этот способ стал широко применяться благодаря своей низкой стоимости. Гравитационную сепарацию применяют для разделения крупных и мелких частиц горной породы между собой. Применяют не только для железных, но и для оловянных, свинцовых, цинковых, платиновых и золотых руд. Необходимое оборудование состоит из виброплощадки, центробежной машины и спирали.

Метод магнитной сепарации основан на различии магнитных свойств у веществ. Благодаря этому свойству данный метод становится незаменим на производстве, когда прочие способы не дают нужного эффекта.

Магнитную сепарацию применяют для отделения неметаллических примесей от железной руды. В его основе простой закон физики – железо притягивается к магниту, а примеси смываются водой. Из полученного на магните сырья делают окатыши или горячебрикетированное железо.

Флотация – способ добычи руды, при котором частицы металла соединяются с пузырьками воздуха за счёт протекающей химической реакции. Для проведения флотационного разделения необходимо, чтобы полученная порода была однородной и все частицы были измельчены до одинакового размера.

Также важно учитывать качество реагентов, которые будут взаимодействовать с необходимым химическим элементом. На сегодняшний день флотация в основном используется для обновления концентратов железных руд, полученных в результате магнитной сепарации. В результате этого отработанные ранее руды дают еще 50% металла.

Довольно редко для получения необходимого сырья достаточно только одного способа разделения. Чаще всего применяют несколько способов и методик за один процесс обогащения. Суть комплексного способа заключается в измельчении, очищении спиральным классификатором от крупных примесей горных пород, обработки сырья в магнитном сепараторе. Данный распорядок повторяют несколько раз, пока не будет выработано максимум из сырья.

После обработки железной руды и получения металла в виде ГБЖ (горячебрикетированное железо), он отправляется на электрометаллургический комбинат, в котором выполняется производство металлических заготовок стандартных форм, а также нестандартных, по индивидуальному заказу. Иногда стальные заготовки могут иметь до 12 метров в длину.

Высокое качество металла обеспечивают передовые технологии его восстановления – электродуговая плавка, которая значительной мере снижает количество примесей.

После металлургического комбината сталь оправляется к конечным потребителям – машиностроительным, автомобильным предприятиям, для трубной, подшипниковой и метизной промышленности.

Видео: Железная руда