Железо (fe)

Алан-э-Дейл       11.11.2022 г.

Места добычи алюминия в России

В мировом рейтинге по объему добычи алюминиевой руды Россия занимает седьмое место. По всей территории разведано порядка 50 месторождений, среди которых еще есть неразработанные залежи. Самые богатые запасы руды сосредоточены в Ленинградской области и на Урале, где работает одна из самых глубоких «алюминиевых» шахт. Глубина последней достигает 1550 метров.

Несмотря на широко развитую цветную металлургию,и производство алюминия, в частности, полученного объема не хватает для обеспечения промышленности всей страны. Поэтому Россия вынуждена импортировать глинозем из других стран. Эта необходимость еще обусловлена более низким качеством руды. На одном из наиболее прибыльных месторождений на Урале извлекают боксит с 50% содержанием глинозема. В Италии же добывают породу, где содержится 64% оксидов алюминия.

Для получения 1 тонны алюминия

Порядка 80% от общей массы алюминиевой руды в России добывается закрытым способом на шахтах. Достаточно много месторождений находится в Белгородской, Архангельской, Свердловской областях, а также Республике Коми. Помимо бокситовых, добываются и нефелиновые руды. Рентабельность такого вида получения металла меньше, но все же результат отчасти компенсирует дефицит сырья страны.

Особое место в алюминиевой промышленности занимает производство металла из вторичного сырья. Такой способ существенно экономит энергетические и рудные ресурсы, и снижает уровень вреда, нанесенного окружающей среде. Здесь Россия несколько отстает от других стран, но показатели большинства отечественных предприятий ежегодно заметно улучшаются.

Происхождение железной руды

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.

Способы добычи минерала

В зависимости от глубины залегания, руда добывается открытым или закрытым методом. Существуют стандарты, которые определяют целесообразность глубины выработки слоев грунта, применение технологий, снижающих их затратность.

Технология работ включает следующее:

  • применение самоходной техники;
  • производство непосредственно извлечения руды;
  • заполнение материалами образовавшиеся пустоты, чтобы сделать дальнейшие работы безопасными.

При открытом способе ископаемые выбираются слоями, это обеспечивает их наиболее полное использование. Для карьеров большой глубины подойдет технология циклично-поточных работ, это зависит от особенностей залегания слоев.

Отрицательные последствия добычи полезных ископаемых

При залегании пластов на глубине от 500 до 1000 м и глубже, удобен закрытый способ добычи меди. Для этого необходимы вибрационные механизмы, производится сплошная выемка породы и доставка ее на поверхность. Образовавшиеся под землей пустоты заполняют, для этого применяют футерованные резиной или базальтовой смолой трубы.

Промышленность по переработке полезных ископаемых экономически выгодно располагать в непосредственной близости к местам их добычи. Здесь же необходимо строить заводы по утилизации отходов после переработки. Это может способствовать выделению различных полезных продуктов. К примеру, переработка сернистого газа позволяет получить полезные удобрения с содержанием серы.

Основные способы добычи

Способы добычи полезных ископаемых в России

В зависимости от вида ископаемого сырья, форм, в которых содержится, глубины его залегания, используются различные способы добычи.

В России в основном используют два способа – открытый и подземный. Открытый или карьерный метод добычи предусматривает разработку месторождений путем выемки полезной руды с помощью экскаваторов, тракторов и прочей техники.

Перед началом разработки проводятся взрывные работы, порода дробится, в таком виде ее легче добывать и транспортировать. Добыча открытым способом подходит для полезных ископаемых, которые залегают неглубоко под землей.

Карьеры, глубина которых достигает 600 м нельзя более разрабатывать. Таким способом добывается 90% бурого угля, 20% каменного угля, около 70% руд цветных и черных металлов. Многие строительные материалы и торф находятся на поверхности земли, добыча их происходит карьерным способом при полной механизации производственных процессов.

Добыча полезных ископаемых, таких как газ и нефть извлекаются из земных недр с помощью скважин, глубина которых порой достигает нескольких километров. Газ по скважине поднимается на поверхность под собственной энергией, в глубинах земли он скапливается и удерживается большим давлением, а на поверхность стремится, поскольку там оно в несколько раз ниже.

Нефть при первоначальной разработке скважины может некоторое время фонтанировать и таким способом подниматься на поверхность. Когда фонтан прекращается дальнейшая добыча осуществляется газлифтным или механическим способом. Газлифтный метод предусматривает скачивание сжатого газа, таким образом, создавая условия для поднятия нефти. Механизированный способ наиболее часто применяется, он предусматривает использование насосов:

Полезные ископаемые добываются из подземных и поверхностных вод, например, газ и нефть

  • электроцентробежных;
  • электровинтовых;
  • электродиафрагменных;
  • гидропоршневых.

Добыча полезных ископаемых шахтным или подземным способом применяется в случае глубокого залегания полезной породы. Шахта представляет собой тоннель, глубина которого иногда достигает нескольких километров. Этот способ трудоемкий, и довольно затратный.

Для обеспечения безопасных условий работы необходима развернутая инфраструктура и дорогостоящее оборудование. Эксплуатация шахт связана с большими рисками, обвалы породы встречаются в России довольно часто. Однако подземные способы добычи полезных ископаемых оказывают менее губительное воздействие на окружающую среду, по сравнению с карьерными.

Некоторые полезные ископаемые добываются из подземных и поверхностных вод, например, золото, литий, медь. Золотоносные пески можно найти на берегах горных рек, болотах, литий находят в составе подземных водах в виде несложных соединений. Медь также могут осаждать из некоторых подземных вод, растворяя серосодержащие соединения.

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:

Гравитационная сепарация

  • гравитационная сепарация;
  • флотация;
  • магнитная сепарация;
  • 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.

Магнитная сепарация

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.

Способы добычи драгоценного материала из природы

Человечество давно занимается поиском и разработкой драгметаллов, но, несмотря на это, добыча золота на протяжении длительного времени велась примитивными способами, которые хотя редко, но применяются и в современном мире. Они получили название «традиционные».

С развитием машиностроения и ростом научно-технического прогресса появилось множество новых методов извлечения золота, которые считаются «современными». Они представляют собой механизированный процесс и имеют характер промышленных разработок.

Процесс добычи желтого металла не ограничивается его выкапыванием, вырубкой или вымыванием в составе золотоносной руды. Большое значение имеет умение выделять золото из глыб породы и сопутствующих минералов.

Метод ручного просеивания и промывания

В настоящее время такой вариант добычи считается кустарным и встречается редко, хотя является одним из самых древних. Заключается он в пропускании речного песка через сито, деревянный лоток или мешковину. В золотоносных реках старатели зачерпывают речной песок и, высыпая на приспособление, просеивают и промывают его. Частицы драгоценного металла, которые имеют больший размер, чем обычные песчинки, остаются в посуде и собираются в отдельную емкость.

Такая работа является очень сложной, кропотливой, требует больших затрат сил и времени. Кроме того, она сопряжена с длительным нахождением в воде, что также является дополнительным негативным фактором. При этом результат нельзя предугадать заранее.

Механизированные прииски

Современные технологии позволяют облегчить работу старателей с помощью механизации большинства процессов просеивания и промывания речного грунта. Земснаряды, помпы, грохота и другие механизмы дают возможность поднять песок с большой глубины, выдать его на берег и переработать в течение более короткого промежутка времени и с меньшими трудозатратами, чем при работе руками.

Но, несмотря на значительное снижение ручного труда, его процентное соотношение в процессе золотодобычи остается высоким. Поэтому работа на приисках до сих пор считается одной из самых сложных.

Извлечение золота из руды

Извлечение золота из руды

Ранее такая добыча велась вручную и всегда была сопряжена с большим риском для жизни и здоровья золотодобытчика, потому что сопровождалась рытьем шахт, наличием обвалов и обрушений или пребыванием в горных районах.

Сейчас подобная практика получения золота прекращена, и разработки золотоносной руды производятся механизированным способом. Порода извлекается из шахты или карьера мощной техникой, после чего раздробляется и просеивается в специальных механизмах.

Довольно часто, для ускорения выемки грунта, на объектах по добыче золота применяются взрывные и буровзрывные методы, что позволяет за короткие сроки выдать и переработать более значительные объемы породы.

Сравнение с доменным процессом

Возможности переработки бедных железных руд

Доменный процесс обеспечивает получение кондиционного чугуна из железных руд с любым содержанием железа, при этом содержание железа влияет лишь на технико-экономические показатели процесса. Металлизация бедных руд может быть эффективна лишь для получения кричного железа и жидкого металла. Частично металлизованные материалы и губчатое железо получать из бедных руд неэффективно. При получении частично металлизованных материалов из бедных руд необходимо затратить большее количество тепла на нагрев пустой породы и увеличить расход восстановителя. Производство губчатого железа из руд, содержащих более 2,5—3,0 % пустой породы, приводит к резкому росту расхода электроэнергии в процессе плавки металлизованных окатышей из-за резкого увеличения количества шлака.

Наличие примесных элементов

Доменная печь в состоянии полностью обеспечить получение кондиционного по сере чугуна. Удаление из чугуна меди, фосфора, мышьяка в доменной печи невозможно. Низкотемпературные процессы получения губчатого железа не обеспечивают удаления попутных элементов, то есть все попутные элементы, присутствующие в исходной руде, остаются в губчатом железе и попадают в сталеплавильный агрегат. Это же относится к получению кричного металла (здесь возможна некоторая степень удаления серы). Получение жидкого металла позволяет удалить из процесса летучие элементы (цинк, щелочные металлы), а степень удаления серы, мышьяка и фосфора зависит от режима процесса.

Физические свойства руды

В доменной печи перерабатывают исключительно кусковой железорудный материал, причем размер кусков не должен быть менее 3—5 мм. Отсюда вытекает необходимость процесса окускования руд. Это требование остается обязательным для процессов получения губчатого и кричного железа в шахтных и вращающихся печах. Низкотемпературная металлизация измельченных руд возможна в специальных агрегатах (например, аппараты кипящего слоя). Для большинства способов внедоменного получения жидкого металла размер кусков руды не имеет значения, поэтому возможно исключение из металлургического передела дорогостоящих процессов окускования мелких руд.

Использование недефицитных видов топлива

Современные доменные печи в качестве топлива используют только металлургический кокс. Прежде всего это связано с высокими прочностными качествами кокса, сохраняющимися при высоких температурах. Ни один из известных ныне (2007 год) видов твёрдого топлива не может в этом отношении конкурировать с коксом. Большинство известных способов и технологий металлургии железа не требуют использования кокса в качестве компонента шихты. Могут быть использованы полученные различным способом восстановительные газы (в основном при производстве губчатого железа), недефицитные виды каменного угля, бурые угли и продукты их переработки, нефтепродукты и др.

Использование новых видов энергии

Несмотря на то что использование энергии плазмы, атомной и других новых источников энергии для доменного производства не исключается, наибольший эффект от их применения наблюдается при внедоменном получении металла. Это повышает шансы новых технологий в конкуренции с доменным процессом в будущем.

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.

Технология обогащения

Подготовительный процесс

Предварительным этапом обогащения железных руд является дробление и измельчение. Цель этих операций – получить массу нужной величины кусков и частиц, а также отделить пустую породу. Обычно для этого применяется грохочение (просеивание) и классификация (разделение водным потоком частиц по крупности) исходного материала.

Основной процесс

Непосредственно процесс обогащения может включать в себя один из следующих методов:

  • Сухая, мокрая или комбинированная магнитная сепарация. В основу процесса заложена различная магнитная проницаемость химических веществ. В случае мокрой сепарации специальные электромагнитные барабаны забирают минералы, насыщенные ферромагнитами из пульпы. Сухой метод заключается в снятии магнитной фракции из подаваемой шихты, вращающейся лентой.
  • Использование суспензий средней плотности между железом и пустой породой, даёт возможность применять гравитационную сепарацию.
  • Флотационный метод основан на использовании специального реагента, позволяющего формировать воздушно-жидкостную металлическую пену, которая затем снимается и направляется на дальнейшую переработку.
  • Самым простым способам обогащения является промывка. Сама по себе она малоэффективна, поэтому применяется совместно с другими методами. Но в случае загрязнённости исходной породы глиной или песком, без неё не обойтись.

После процесса обогащения концентрат подвергают агломерации и отправляют на доменную, а затем при необходимости, и кислородно-конверторную плавку. Отходы производства могут быть использованы для извлечения редких или цветных металлов, иногда их употребляют при изготовлении песка и щебня.

Вспомогательный процесс

В ходе технологии обогащения часто приходится прибегать к вспомогательным процессам, обеспечивающим удаление ненужных фракций: пыли, шлама, влаги. Сгущение, спекание, фильтрование, сушка дают возможность получить концентрат необходимой готовности для последующего использования.

Дражный способ золотодобычи

Подразумевает использование специального высокопроизводительного приспособления – драги. При разработке россыпей самым популярным способом добычи золота на территории России является именно он. Чаще всего применяется котлованное вскрытие, суть которого состоит в создании так называемого дражного разреза, представляющего собой карьер, заполненный водой.

Уровень воды должен быть достаточным для того, чтобы драга могла быть установлена на любом месте и добывать золото беспрепятственно. Целесообразно использовать этот способ, если золото распределено в толщах песка равномерно, а удаляемый торф имеет небольшую мощность. Кроме котлованного можно выделить еще три способа добычи солнечного металла при помощи драги:

  1. Плотинный. Используют при разработке долинных россыпей с крутым подъемом плотика. Сооружение плотин необходимо для повышения уровня воды и предотвращения ее утечки.
  2. Перевалочный. Строительство упрощенных плотин-перевалов из галечных отвалов, которые отсыпает драга.
  3. Уступный. Применяется на россыпях с большим слоем торфа. Его снимают при помощи специального оборудования (эскалаторы, бульдозеры) или с использованием способа гидромеханизации.

При неравномерном залегании россыпи нередко приходится использовать сразу несколько методов и все они негативно влияют на состояние рек.

Мировые запасы

Мировые подтвержденные запасы меди оцениваются в пределах от 654 млн. до 1600 млн.т.

Медь – цветной металл, который потребляется многими видами промышленности. Самой выгодной рудой для производства является борнит. Это обусловлено его высоким содержанием и большими залежами в мировых недрах. К добыче меди пригодны породы, содержащие ее 0,5–1%. Больше всего распространены руды с добавками никеля. Они составляют 90% всех медесодержащих ископаемых, экономически выгодных для горнодобывающей промышленности.

Крупнейшие месторождения меди расположены в Чили – 34% всех мировых запасов, что составляет 140 млн тонн.

Государства, имеющие самые крупные запасы в мире, это: США – 35 млн тонн, Индонезия – 35, Перу – 30, Австралия – 24, Китай – 26, Россия – 20.

Общемировые запасы медесодержащих руд оцениваются в 467 млн тонн. Геологи утверждают, что в мировом океане находится около 5 млрд тонн залежей такой руды.

Виды хромовых руд

По промышленным типам месторождений выделяют несколько видов хромовых руд. Среди них различают:

  • эндогенные;
  • экзогенные;
  • техногенные.

Эндогенные

По условиям образования эндогенные руды делятся на два типа:

  • Раннемагматические. Месторождения образовались на ранней стадии образования интрузивов (магматические горные породы), залегают в нижних массивах. Руды среднехромистые, сплошные, огнеупорные (ЮАР, Финляндия, США, Индия).
  • Позднемагматические. Руды сформировались в поздний период формирования интрузивов. Главный источник высокохромистых металлургических и огнеупорных руд (Греция, Турция, Югославия, Албания).

Экзогенные (россыпные)

Месторождения возникают в результате разрушений выветривания эндогенных хромитовых рудных залежей. Промышленное значение достаточно ограничено (Япония, Югославия, Филиппины, Куба).

Техногенные

Руды добываются на поверхности Земли или из спецотвалов забалансовых руд, образовавшиеся при разработке месторождений хрома в процессе обогащения руды. Сырье пригодно для промышленного применения. Экономическая выгода заключается в том, что разработка проводится на поверхности.

Получение и применение железа

Промышленное железо получают выплавкой чугуна и стали.

Чугун — это сплав железа с примесями кремния, марганца, серы, фосфора, углерода. Содержание углерода в чугуне превышает 2% (в стали менее 2%).

Чистое железо получают:

  • в кислородных конверторах из чугуна;
  • восстановлением оксидов железа водородом и двухвалентным оксидом углерода;
  • электролизом соответствующих солей.

Чугун получают из железных руд восстановлением оксидов железа. Выплавку чугуна осуществляют в доменных печах. В качестве источника тепла в доменной печи используется кокс.

Доменная печь является очень сложным техническим сооружением высотой в несколько десятков метров. Она выкладывается из огнеупорного кирпича и защищается внешним стальным кожухом. По состоянию на 2013 год самая крупная доменная печь была построена в Южной Корее сталелитейной компанией POSCO на металлургическом заводе в городе Кванъян (объем печи после модернизации составил 6000 кубометров при ежегодной производительности 5 700 000 тонн).

Рис. Доменная печь.

Процесс выплавки чугуна в доменной печи идет непрерывно в течение нескольких десятилетий, пока печь не выработает свой ресурс.

Рис. Процесс выплавки чугуна в доменной печи.

  • обогащенные руды (магнитный, красный, бурый железняк) и кокс засыпаются через колошник, расположенный в самом верху доменной печи;
  • процессы восстановления железа из руды под действием оксида углерода (II) протекают в средней части доменной печи (шахте) при температуре 450-1100°C (оксиды железа восстанавливаются до металла):
    • 450-500°C — 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2;
    • 600°C — Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2;
    • 800°C — FeO + CO = Fe + CO2;
    • часть двухвалентного оксида железа восстанавливается коксом: FeO + C = Fe + CO.
  • параллельно идет процесс восстановления оксидов кремния и марганца (входят в железную руду в виде примесей), кремний и марганец входят в состав выплавляющегося чугуна:
    • SiO2 + 2C = Si + 2CO;
    • Mn2O3 + 3C = 2Mn + 3CO.
  • при термическом разложении известняка (вносится в доменную печь) образуется оксид кальция, который реагирует с оксидами кремния и алюминия, содержащихся в руде:
    • CaCO3 = CaO + CO2;
    • CaO + SiO2 = CaSiO3;
    • CaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2.
  • при 1100°C процесс восстановления железа прекращается;
  • ниже шахты располагается распар, самая широкая часть доменной печи, ниже которой следует заплечник, в котором выгорает кокс и образуются жидкие продукты плавки — чугун и шлаки, накапливающиеся в самом низу печи — горне;
  • в верхней части горна при температуре 1500°C в струе вдуваемого воздуха происходит интенсивное сгорание кокса: C + O2 = CO2;
  • проходя через раскаленный кокс, оксид углерода (IV) превращается в оксид углерода (II), являющийся восстановителем железа (см. выше): CO2 + C = 2CO;
  • шлаки, образованные силикатами и алюмосиликатами кальция, располагаются выше чугуна, защищая его от действия кислорода;
  • через специальные отверстия, расположенные на разных уровнях горна, чугун и шлаки выпускаются наружу;
  • бОльшая часть чугуна идет на дальнейшую переработку — выплавку стали.

Сталь выплавляют из чугуна и металлолома конверторным способом (мартеновский уже устарел, хотя еще и применяется) или электроплавкой (в электропечах, индукционных печах). Суть процесса (передела чугуна) заключается в понижении концентрации углерода и других примесей путем окисления кислородом.

Как уже было сказано выше, концентрация углерода в стали не превышает 2%. Благодаря этому, сталь в отличие от чугуна достаточно легко поддается ковке и прокатке, что позволяет изготавливать из нее разнообразные изделия, обладающие высокой твердостью и прочностью.

Твердость стали зависит от содержания углерода (чем больше углерода, тем тверже сталь) в конкретной марке стали и условий термообработки. При отпуске (медленном охлаждении) сталь становится мягкой; при закалке (быстром охлаждении) сталь получается очень твердой.

Для придания стали нужных специфических свойств в нее добавляют лигирующие добавки: хром, никель, кремний, молибден, ванадий, марганец и проч.

Чугун и сталь являются важнейшими конструкционными материалами в подавляющем большинстве отраслей народного хозяйства.

Биологическая роль железа:

  • в организме взрослого человека содержится около 5 г железа;
  • железо играет важную роль в работе кроветворных органов;
  • железо входит в состав многих сложных белковых комплексов (гемоглобина, миоглобина, различных ферментов).
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.