1.2 Классификация и виды железных и марганцевых руд

Руды железа. За содержимым в земной коре (4,2 %) Ферум занимает четвертое место после Кислорода, Силиция и Алюминия. Он входит в состав минералов и горных пород. Однако не каждая горная порода может быть использована для получения железа. Горную породу, из которой на определенном этапе развития техники экономически целесообразно добывать железо, называют рудой. Железные руды состоят из рудных минералов, которые преимущественно содержат железо, и минералов, что его не содержат или содержат в незначительном количестве. Кроме того, в состав руд входят полезные (Мп, Ni, Сг, Со, Тi и др.) и вредные (Р, S, Аs, Сu, Zп, РЬ) примеси. Пустая (нерудная) порода по большей части состоит из окислов силиция, магния и алюминия, в составе простых или сложных химических соединений. Если в пустой породе преобладают окислы силиция SiO₂ и алюминию А1₂О₃, то ее называют кислой, а если окислы кальция СаО и магнию Мg0 — основной. Отношение

(%СаО+%Мg0)/(%Sі0₂+%А1₂0₃) = В (1.1)

называют основностю руды. Если значение В = 1, то руду называют самоплавкою.

В зависимости от геологических условий образования различают такие руды: осадочные (осаждались в водных бассейнах), магматические (образовались после остывания огнежидкой массы — магмы), метаморфические (образовались в результате постепенного превращения осадочных и магматических руд в процессе изменения температуры, давления и других естественных факторов).

По типу основного рудного минерала руды железа разделяют на такие группы:

магнетит, рудный минерал магнетит — смешанные окислы ферума Fе₃О₄ и Fе₂О₃ имеют сильную магнитную восприимчивость, которая теряется после нагревания к температуре 570 °С;

гематит, рудный минерал гематит — окисел ферума (III) Fе₂О₃;

мартитовые, образованные в результате частичного окисает магнетита к гематиту, рудные минералы Fе₂О₃ и Fе₃О₄;

сидерит, рудный минерал сидерит — карбонат ферума FеСО₃;

бури залізняки, рудные минералы — водные окислы феруму, общая формула каких Fе₂О₃,• nН₂О; к этим минералам принадлежат гидрогематит (n = 0,1), гетит { n = 1,0) и лимонит ( n= 3,0);

титаномагнетиты, химическая формула каких FеTiО₃-Fе₃О₄, рудные минералы — ильменит (содержит 36,8 % Fе и 31,8 % Тi) и магнетит.

Полезные примеси химических элементов в железных рудах. Одним из компонентов чугуна есть марганец, который значительно улучшает механические свойства металла и способствует удалению из него серы. Он поступает в доменную плавку в составе агломерата или кусковой руды мангана. Наличие мангана в достаточном количестве в железной руде дает возможность избежать расходов на манганову руду, то есть снизить себестоимость чугуна. Никель и Хром является легирующими элементами, которые переходят из руды в чугун, а затем и в сталь, которая способствует повышению ее качества.

Вредные примеси разделяют на две группы: примеси, которые растворяются в чугуне и вредно влияют на его свойства, и примеси, которые не растворяются в чугуне, но вредно действуют на футерівку доменной печи.

Сера. В рудах железа Сульфур (сера) находится в виде сульфидов Ферума и сульфатов кальция и бария. Она растворяется в железе и предопределяет красную ломкость стали.

Фосфор. В процессе плавки фосфор почти полностью возобновляется и переходит в чугун, который значительно ухудшает прочность металла при низких температурах.

Арсен. Как и фосфор, арсен также ухудшает прочность металла. Кроме того, он снижает свариваемость стали.

Медь — достаточно вредная примесь в железных рудах, ухудшает свариваемую и предопределяет красную ломкость стали.

Цинк и свинец в чугуне не растворяются. Цинк имеет низкую температуру кипения (903 °С), в нижней части печи испаряющийся и струей газа выносится в верхние горизонты печи, где проникает в поры огнеупорного кирпича и швов футерівки и сублимируется с образованием кристаллов, которое предопределяет увеличение объема футерівки и разрывание металлического тулупа печи. Свинец имеет большую плотность в сравнении с чугуном, а потому накапливается под его слоем и разрушает под печи.

Требования к железорудным материалам и оценка их качества. Высоких технико-экономических показателей работы доменных печей достигают в случае выполнения таких требований:

физические свойства. Крупность — нижний предел 8(5) мм, верхняя — 50(30) мм Как можно меньшее количество мелочи крупностю 5(8) мм Высокая прочность и абразивная стойкость;

физико-химические свойства. Высокая способность к восстановлению, которая предопределяется пористостю и минералогическим составом. Да, за восстановимостю руды размещают в такой последовательности (по мере увеличения): магнитный, красный и бурый залізняки, сидерити;

химический состав руд. Высокое содержимое железа — богатство руды. За содержимым Ферума руды разделяют на бедные (Fе = 23 %), условно бедные (Fе - 23-45 %), рядовые (Fе - 45-60 %), богатые (Fе = 60 %) и очень богатые (Fе — до 70 %). Наличие полезных и ограниченное содержимое вредных примесей. Состав пустой породы. Постоянство химического состава руды.

Руды марганца. В сравнении с Ферумом марганец содержится в земной коре в значительно меньшем количестве — 0,1 %. Он является одним из химических элементов, которые входят в состав чугуна (зеркальный чугун — 10 — 15%) и феромарганец (свыше 75 %). Различают два основных вида манганових руд:

окислы, основными минералами которых является пиролюзит (МпО₂), браунит (Мп₂О₃), псиломелан (МпО₂ -МпО-Н₂0), гаусманит (Мп₃О₄), марганит (Мп₂О₃- Н₂0);

карбонатные, базовый минерал которых, — родохрозит (Мпс03).

В состав пустой породы входят окислы|оксид| силиция и магния, что образуют| сложные минералы. Вредные примеси — фосфор и сера.

Рисунок 1.5. Мировые подтвержденные запасы железных руд — 198,9 млрд. т (поданным ФГУНПП «Аэрогеология», 2000 г.)

Месторождения железных и манганових руд. Черная металлургия Украины полностью обеспечена отечественной железо и марганцерудным сырьем.

Основным месторождением железных руд Криворожское. Гематита и руды магнетита содержат в среднем 55 % железа, 0,04 — 0,05 % серы и фосфора, кислую пустую породу, мелочи размером менее как 10 мм — около 6,8 %. Запасы богатых руд составляют около 1,2 млрд т. Кроме того, в Криворожском бассейне есть значительные залежи бедных (35 — 37 % Fе) руд — кварцитов, запасы которых оценивают в 14,2 млрд т.

Криворожское месторождение гематитовых и мартитовых руд Украины располагается в Днепропетровской области узкой полосой шириной 3-й длиной до 90 км. Глубина залегания руды достигает на отдельных участках 500 м. Добычу ведут шахтным способом и открытыми (~50% всей добычи) разработками. Богатые руды (46—60% Fe), состоящие в большинстве случаев из гематита и кварца, находятся поверх скоплений бедных магнетитовых и гематитовых кварцитов. Руды чрезвычайно чисты по фосфору и сере. Магнетитовые кварциты (<46% Fe) подвергаются измельчению до крупности <75 мкм и магнитной сепарации на горно-обогатительных комбинатах. Концентраты обогащения кварцитов (39—41% Ре) содержат до 65—66% Fe и служат сырьем для изготовления агломерата и окатышей.

Кременчугское месторождение кварцитов магнетита, которые содержат около

ЗО % железа. Запасы — 1,1 млрд т. На базе этого месторождения построен Полтавский горно-обогатительный комбинат (ГОК).

Белозерское месторождение богатых гематитових руд, которые содержат около 64 % железа. Запасы — 200 млн т. На его базе работает Запорожский ГОК.

Керченское месторождение бурых залізняків. Запасы оценивают в 2 млрд т. В рудах содержится 33 — 42 % железа, 2 — 3,5 % мангану, 0,05 ванадию, 0,9 — 1,1 % фосфору, 0,05 — 0,15 % арсену. Пустая (нерудная) порода состоит из кремнезема и глинозема.

В Украине находятся два месторождения манганових руд — Никопольское в Днепропетровской области и Велико-токмацкое в Запорожской. Никопольское месторождение — одно из наибольших в мире, на 80 % состоит из піролюзиту и на 20 % из карбонатных руд. Содержимое марганца в среднем составляет 27 — 28 %. Пустая порода — кремнезем. В рудах Велико-токмацкого месторождения в среднем содержится 20 % марганца. Пустая порода основная. Месторождение разведано, но не эксплуатируется.