Залізні руди

	Залізні руди
	Залізні руди у Вікісховищі

Залі́зні ру́ди — природні мінеральні утворення з вмістом заліза у таких кількостях, за яких його економічно вигідно видобувати.

Головні рудні мінерали залізних руд такі: оксиди заліза — магнетит, гематит, мартит; гідрооксиди — ґетит і гідрогетит; карбонати — сидерит і сидероплезит; силікати — шамозит і тюрингіт.

Загальна характеристика

Загалом відомо понад 300 мінералів, що містять залізо: оксиди, сульфіди, силікати, фосфати, карбонати та ін. Найважливіші мінерали заліза: магнетит Fe₃O₄ (72,4 % Fe), гематит Fe₂O₃ (70 % Fe), гетит FeOOH (62,9 % Fe), лепідокрокіт FeO(OH) (62,9 % Fe), лімоніт — суміш гідрооксидів Fe з SiO₂ та іншими речовинами (40-62 % Fe), сидерит FeCO₃ (48,2 % Fe), ільменіт FeTiO₃ (36,8 % Fe), шамозит (34-42 % FeO), вівіаніт (43,0 % FeO), скородит (34,6 % Fe₂О₃), ярозит (47,9 % Fe₂О₃) та ін.

Вміст заліза в рудах — від 10 до 72 %. Бідні руди (до 46 % заліза) потребують збагачення. Залізні руди містять різні домішки: корисні — нікель, кобальт, марганець, вольфрам, молібден, хром, ванадій та інші і шкідливі — сірка, фосфор, цинк, свинець, арсен, мідь.

Родовища залізних руд промислового значення пов'язані з ендогенною, екзогенною та метаморфогенною серіями. Серед них за генезисом виділяють магматичні, карбонатні, скарнові, вулканогенні гідротермальні, вулканогенно осадові, кори вивітрювання, осадові, метаморфогенні родовища.

Промислові руди. Класифікація

Промислові типи руд класифікують залежно від рудного мінералу, що переважає.

Магнетитові руди складені магнетитом, вони найбільше характерні для карбонатитових, скарнових і гідротермальних родовищ. З карбонатитових родовищ попутно вилучають апатит і бадделеїт, зі скарнових — сульфіди кольорових металів і пірит, що містить кобальт. Особливим різновидом є титаномагнетитові руди магматичних родовищ. Магнетитові руди містять до 72 % заліза.

Гематитові руди складені головним чином гематитом і в меншому ступені магнетитом. Вони поширені в корі вивітрювання залізистих кварцитів, в скарнових, гідротермальних і вулканогенних осадових рудах. Багаті гематитові руди містять 55-65 % заліза і 15-18 % марганцю.

Сидеритові руди підрозділяються на кристалічні сидеритові руди і глинисті шпатові залізняки. Вони зустрічаються в гідротермальних і вулканогенних осадових родовищах. Вміст заліза в сидеритових рудах 30-35 %. Після випалювання сидеритових руд в результаті видалення СО₂, одержують тонкопористі залізооксидні концентрати, які містять 1-2 %, а іноді до 10 % марганцю. В зоні окиснення сидеритові руди перетворюються на бурі залізняки.

Силікатні залізні руди складені залізистими хлоритами (шамозитом, тюрингитом і ін.), які супроводжуються гідрооксидами заліза, іноді сидеритом. Середній вміст заліза в рудах становить 25-40 %, домішка сірки — незначна, фосфору — до 1 %. Вони часто мають оолітову текстуру. В корі вивітрювання силікатні руди перетворюються на бурі, іноді в червоні (гідрогематитові) залізняки.

Бурі залізняки складені гідрооксидами заліза, найчастіше гідроґетитом. Бурі залізняки утворюють осадові поклади (морські і континентальні) і родовища кори вивітрювання. Осадові руди часто мають оолітову текстуру. Середній вміст заліза в рудах становить 30-35 %. В бурих залізняках деяких родовищ міститься до 1-2 % марганцю. В природно-легованих бурих залізняках, що утворилися в корах вивітрювання ультраосновних порід, міститься 32-48 % заліза, до 1 % нікелю, до 2 % хрому, соті частки кобальту і ванадію. З таких руд без домішок виплавляються хромонікелеві чавуни і низьколегована сталь.

Залізисті кварцити складені тонкими кварцовими, магнетитовими, гематитовими, магнетит-гематитовими і сидеритовими прошарками, що чергуються, місцями в прошарках є домішки силікатів і карбонатів. Руди характеризуються вмістом заліза від 12 до 36 % і низьким вмістом шкідливих домішок (вміст сірки і фосфору складає соті частки відсотка). Родовища цього типу мають унікальні (понад 10 млрд т) або крупні (понад 1 млрд т) запаси руди. В корі вивітрювання кремнезем виноситься і утворюються крупні поклади багатих гематито-мартитових руд.

Найбільші запаси і обсяги добування припадають на залізисті кварцити і утворені по ним багаті залізні руди, менше поширені осадові бурозалізнякові руди, а також скарнові, гідротермальні і карбонатитові магнетитові руди.

За вмістом заліза розрізняють багаті (понад 50 % заліза, а кремнезему менше 8-10 %, сірки та фосфору менше 0,15 %) і бідні (менше 25 % заліза) руди, які потребують збагачення. Для якісної характеристики багатих руд важливе значення має вміст і співвідношення нерудних домішок (шлакоутворюючих компонентів), що виражається коефіцієнтом основності і кременевим модулем. За величиною кременевого модуля (відношення суми вмістів оксидів кальцію і магнію до суми оксидів кремнію і алюмінію) залізні руди і їх концентрати підрозділяються на кислі (менше 0,7), самофлюсуючі (0,7-1,1) і основні (понад 1,1). Найкращими є самофлюсуючі руди, кислі в порівняні з основними потребують введення в доменну шихту підвищеної кількості вапняку (флюсу). За величиною кременевого модуля (відношення вмісту оксиду кремнію до вмісту оксиду алюмінію) використання залізних руд обмежується типами руд з модулем нижче 2. До бідних руд, що потребують збагачення, відносять титаномагнетитові, магнетитові руди, а також магнетитові кварцити з вмістом заліза магнетитового понад 10-20 %; мартитові і гематитові руди і гематитові кварцити з вмістом заліза понад 30 %; сидеритові і гідрогетитові руді з вмістом заліза понад 25 %. Нижня межа вмісту заліза спільного і магнетитового для кожного родовища з урахуванням його масштабів, гірничотехнічних і економічних умов установлюється кондиціями.

Руди, що потребують збагачення підрозділяються на легкозбагачувані і важкозбагачувані. Збагачуваність руд залежить від їх мінерального складу і текстурно-структурних особливостей. До легкозбагачуваних руд належать магнетитові руди і магнетитові кварцити, до важкозбагачуваних — залізні руди, в яких залізо зв'язане з приховано-кристалічними і колоїдальними утвореннями. В цих рудах при подрібненні не вдається розкрити рудні мінерали через їх надто дрібні розміри і тонкого пророщення з нерудними мінералами. Вибір способів збагачення визначається мінеральним складом і фізико-механічними властивостями руд, їх текстурно-структурними особливостями, також характером нерудних мінералів. Збагачення залізних руд здійснюється за магнітними, магнітно-гравітаційними і магнітно-флотаційними технологічними схемами, які забезпечують одержання кондиційних концентратів з вмістом заліза до близько 70 %.

За способом рудопідготовки і застосуванням у виробництві розрізняють мартенівські і доменні руди. До мартенівських руд, які безпосередньо використовують для виплавки сталі, належать магнетитові, мартитові, гематитові і гідрогематитові з вмістом заліза понад 57 %, сірки і фосфору менше ніж 0,15 % кожного, кремнезему (SiO2) не більше 5 %, міді, цинку, свинцю, олова, арсену, нікелю і хрому не більше 0,04 % кожного, марганцю менше 0,5 % при мартенівській плавці і менше 2 % при конверторній і електродуговій. Вміст крупного класу руди з розміром грудок від 10 до 250 мм, що завантажується в сталеплавильні агрегати, повинен бути не менше 70 %. До доменних руд відносять магнетитові, мартитові і гематитові з вмістом заліза понад 50 %, а також гідрогематитові і гідрогетитові з вмістом заліза понад 45 %. Вміст сірки і фосфору не повинен перевищувати 0,3 % кожного, міді — 0,2 %, свинцю і цинку 0,1 % кожного, оксиду олова — 0,08 %, арсену — 0,07 %. Вміст крупного класу руди з розміром грудок від 10 до 100 мм, що завантажується в доменну піч, повинен бути не менше 70-75 %. Дріб'язок (0-10 мм) і грудкові руди з підвищеним вмістом сірки (вище кондиційного) поступають на агломерацію.

Більшу частину залізних руд використовують для виплавки чавуну. Невелику кількість застосовують як природні фарби (вохри) і обважнювачі бурових глинистих розчинів.

Основні рудні мінерали

Основні рудні мінерали: магнетит, мартит, гематит, сидерит, залізисті хлорити. Вміст заліза в залізних рудах — від 10 до 72 %. Бідні руди (до 46 % заліза) потребують збагачення. Серед корисних домішок Ni, Co, Mn, W, Мо, Сг, V і інш., серед шкідливих — S, Р, Zn, Pb, As, Cu.

За генезисом залізні руди поділяють на:

ендогенні,
екзогенні і
метаморфогенні.

Залежно від домінуючого мінералу виділяють такі промислові типи руд:

бурі залізняки,
червоні залізняки (або гематито-мартитові),
магнетитові, сидеритові (або карбонатні),
силікатні та ін.

Крім того, розрізняють залізні руди за станом обробки:

сиру,
рядову,
сортовану,
збагачену;

за призначенням:

доменну,
мартенівську,
агломераційну.

Великі запаси залізних руд є в РФ, Казахстані, Бразилії (34 млрд, т), Канаді (26), Австралії (21), США (17), Індії (13), ПАР (9), Швеції (4,5) і Франції (4).

За прогнозами Римського клубу (2000 р) запаси залізних руд будуть вичерпані на Землі (в земній корі, ноокларк) за наступні 173 роки.

Розповсюдження

Родовища залізної руди промислового значення пов'язані з ендогенною, екзогенною та метаморфогенною серіями.

Серед них виділяють магматичні, карбонатні, скарнові, вулканогенні гідротермальні, вулканогенно-осадові, кори вивітрювання, осадові, метаморфогенні.

Магматичні родовища

Магматичні родовища представлені титаномагентитовими та ільменіт-титаномагнетитовими покладами, які розташовані в Карелії (Пудожгірське), на Уралі (Качканарське, Гусівгірське, Першоуральське та ін.), Гірському Алтаї (Харлівське), Східних Саянах (Лисаківське, Кручинівське, Мало-Тагульське), у США (Тегавус), Норвегії (Телнес), Швеції (Таберг). Вміщуючими породами є олівін, піроксен, амфіболи, плагіоклаз, серпентин та інші. Залягають родовища на величезних площах у вигляді лаколітів.

Карбонатитові родовища

Карбонатитові родовища перовськіт-титаномагнетитові та апатит-магнетитові поклади розміщені в лужно-ультраосновних інтрузивах центрального типу, відомі на Балтійському щиті (Африканда, Ковдор), Сибірській платформі (Гулинський масив), Африканській платформі (Сукулу, Уганда; Дорова, Зімбабве; Люлекоп, ПАР). Залізні руди зосереджені переважно в центральній частині інтрузивів із значним розвитком карбонатитів з вмістом апатит-форстеритових, флогопіт-форстератових, апатит-кальцитових і кальцитових утвореннях по ультраосновним породам. Залізорудні тіла в таких масивах являють собою переважно апатит-форстеритові породи з сильним вкрапленням, жилами та прожилками магнетиту, нерівномірним вкрапленням пірохлору і бадделеїту.

Скарнові родовища

Скарнові родовища скарново-магнетитових покладів широко розповсюджені на Уралі (Високогірське, Гороблагодатське та ін.), в Кустанайській області Казахстану (Сарбайське, Соколівське, Качарське та ін.), Західному Сибіру (Таштагольське, Абаканське, Тейське та ін.), Кавказі (Дашкесанське), в США (Айрон-Спрінге, Адирондак та інш.), Центральній Європі (Рудні гори), Італії, Болгарії, Румунії, Японії, Китаї та інших державах. Родовища пов'язані з плагіогранітами, похідних базальтової магми ранньої стадії геосинклінального розвитку. Головним залізорудним мінералом є магнетит, в окремих випадках — гематит у вигляді залізного блиску. У складі рудних метасоматитів беруть участь епідот, актиноліт, ґранати, піроксени, хлорити, цеоліти, кальцит, кварц.

Вулканогенні гідротермальні родовища

Вулканогенні гідротермальні родовища парагенетично пов'язані з трапами, відомі на Сибірській платформі (Коршунівське, Рудногірське, Нерюндінське та Тагорське). Руди представлені зонами вкрапленості в метасоматитах, жильними тілами та платоподібними покладами метасоматичного зміщення карбонатних порід. Роль екранів при утворенні пластоподібних покладів грають пласти аргілітів, тонкозернистих вапняків і трапових сіллів. Рудотвірний магнетит завжди вміщує ізоморфну домішку магнію і належить до різновиду магномагнетиту. Виділяються штоко-, лінзо-, пласто- і стовпоподібні метасоматичні рудні тіла та крутоспадаючі жили суцільного магнетиту.

Вулканогенно-осадові родовища

Вулканогенно-осадові родовища представлені Західним Каражалом у Центральному Казахстані, Холзунським у Гірському Алтаї, Терсинською групою у Кузнецькому Алтаї, Лан і Діль у ФРН, Гора Джебілег та Мешері Абделазіс у Алжирі. Розміщені в синклінальних зонах евгеосинклінальних формацій. Рудні пласти та лінзи деформовані складчастими і розривними дислокаціями разом з вмісною товщею. Руди представлені гематитом, рідше магнетитом і сидеритом. В них зустрічаються сульфіди, хлорит, кварц та інші нерудні мінерали. Промислове значення родовищ цієї групи невелике. Родовища вивітрювання представлені ґетит-гідроґетитовими (бурозалізняковими), мартит-гідроґетитовими зонами окиснення родовищ сидеритових і скарно-магнетитових руд, а також ультраосновних порід. Утворення зон окислення пов'язано з епохами давнього та сучасного вивітрювання. Залізні руди вміщують домішки хрому, нікелю та кобальту і належать до природно легованих утворень. Поклади таких руд представлені Єлізаветським і Серовським на Північному Уралі, Акерманським, Ново-Київським, Ново-Петропавлівським та іншими родовищами на Південному Уралі, Малкінським на Північному Кавказі, а також і екваторіальних областях — на Кубі, Гавайських островах, у Гвінеї, Філіппінах, Гвіані та Суринамі.

Осадові морські родовища

Осадові морські родовища у вигляді сидеритових (у зоні окислення бурозалізнякових) пластових покладів у морських теригенно-карбонатних відкладеннях відомі на західному схилі Південного Уралу в давньому ядрі герцинського антиклінорію. Вони залягають у протерозойських сланцево-карбонатних відкладеннях. Найбільшими з них є Бакальські, а також дрібні родовища в Комарово-Зигзагінському і Катав-Іванівському районах. Бакальська група нараховує понад 200 рудних тіл у вигляді пласто-, лінзо- та гніздоутворених покладів і рудних жил. Геосинклінальні морські гематитові родовища в теригенно-карбонатних відкладах відомі у Ангаро-Пітському залізорудному басейні, в США (Клінтон у Апалачах), Африці (Бафінг-Бакайський басейн в Малі) та Північній Австралії.

Платформні морські родовища

Платформні морські родовища сидерит-лепто-хлорит-гідрогематитових бобово-оолітових руд в карбонатно-теригенових відкладах представлені Керченським, Аятським і Західносибірським басейнами, а також Лотаринзьким басейном мінетових (дрібноолітових) руд на площі Франції, ФРН, Бельгії та Люксембургу. Значно розвинуті вони і в Китаї.

Осадові континентальні родовища

Осадові континентальні родовища гідроґетитових бобово-оолітових озерно-болотистих покладів представлені великою кількістю дрібних відкладів у Тульському та Липецькому районах, у верхів'ї річок Вятка, Кама, Сисола; в північній частині Руської платформи. Руди характеризуються низьким вмістом заліза (30-35 %). Поклади витягнуті на десятки кілометрів уздовж русла палеорічок, представлені основними русловими відкладами — лінзовидними, овальними та неправильної форми пойменними покладами, що супроводжують їх. Сьогодні родовища такої формації втратили промислове значення.

Метаморфогенні родовища

Метаморфогенні родовища включають поклади залізистих кварцитів і багатих метаморфічних руд давніх формацій. Залізисті кварцити притаманні тільки докембрійським складчастим областям. Їх родовища залягають у метаморфізованих осадових комплексах геосинкліналей кристалічних щитів, складчастих фундаментів давніх платформ, в ядрах антикліноріїв молодших складчастих областей. Вини є переважно морськими хемогенними осадами і достатньо чітко відокремлені серед теригенних і вулканогенно-осадових вміщуючих комплексів.

Технологічні характеристики

Для виробництва чавуну використовують залізні руди з вмістом заліза понад 50 %, а також шкідливих домішок: сірки — менше 0,3 %; фосфору — менше 0,2 %; цинку, свинцю, арсену та міді — менше 0,1 % кожного. Для виведення шкідливих домішок при плавці металу використовують флюсові вапняки. При цьому коефіцієнт основності доменної шихти повинен бути близько чи понад 1, а кремнієвий модуль — понад 1,8-3. Тому присутність у руді карбонатів кальцію та магнію бажана, а надлишок кремнезему шкідливий.

Вітчизняні залізорудні родовища

В Україні, яка займає одне з провідних у світі місць за запасами та видобутком залізних руд, вони зосереджені в Криворізькому та Керченському залізорудних басейнах, Криворізько-Кременчуцькій, Білозерсько-Оріхівській, Одесько-Білоцерківській металогенічних зонах, Приазовській та Придніпровській металогенічних областях (сумарно розвідані запаси 40,1 млрд т, прогнозні — 30,4 млрд т, потенційні — 133,5 млрд т). Із 73 відомих родовищ в кінці ХХ ст. експлуатується 23.

Видобуток

Світовий видобуток залізних руд у 2001 р. склав 931 млн т. Найбільші виробники: Бразилія, Австралія, Китай, Росія, Індія, Україна. Світові потоки імпорту-експорту залізних руд на початку XXI ст. знаходяться на рівні 475 млн т.

Залізна руда рядова — залізна руда, не підготовлена за певною крупністю до використання у металургійній переробці. Протилежне — залізна руда сорту.

Залізна руда сортована — залізна руда, підготовлена за певною крупністю до використання у металургійній переробці. Протилежне — залізна руда рядова.

Цікаво

Випробування залізних руд (добування з них заліза) описано в ряді давніх джерел. Наводимо уривок з праці Георга Агріколи De Re Metallica (1556 р.), який саме присвячений опису добування заліза з руди:

...залізну руду ми випробуємо в ковальському горні. Вона обпалюється, дробиться, відмивається, сушиться. У збагачений матеріал встромляють магніт, притягують до себе залізні частинки, які пір'їнкою здувають з нього в тигель. Магніт доти встромляють в матеріал і пір'їнкою здувають прилиплі до нього залізні частинки, поки ще залишається якась їх кількість, яку він міг би до себе притягнути. Всі витягнуті магнітом залізні частинки розігрівають в тиглі разом з селітрою, поки вони не розплавляться ; при цьому виникає залізний корольок. Якщо магніт швидко і легко притягує до себе залізні частинки, ми приходимо до висновку, що руда багата залізом, якщо ж він притягує їх повільно, руда бідна. Якщо магніт зовсім не притягує до себе будь-яких залізних частинок, ясно, що руда містить в собі вельми мало заліза або не містить його зовсім.

Див. також

Література

Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
U.S. Geological Survey, 2020, Mineral commodity summaries 2020: U.S. Geological Survey, 200 p., https://doi.org/10.3133/mcs2020.
Смирнов В. О., Білецький В. С., Шолда Р. О. Переробка корисних копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2013. — 600 с.
Залізні руди/ Фізичні та хімічні основи галузевого виробництва: Навчальний посібник. / Смирнов В.О., Білецький В.С. – «Новий Світ-2000», ФОП Піча С.В., 2022. – 148 с. [Архівовано 12 лютого 2022 у Wayback Machine.]
Галецький Л. С. Атлас «Геологія і корисні копалини України» / Галецький Л. С., Чернієнко Н. М., Брагін Ю. М. [та ін.] ; під ред. Л. С. Галецького. — Київ : УІЦПТ «Геос-ХХІ століття», 2001. — 168 с. — ISBN 966-02-2139-8.
Сивий Мирослав. Географія мінеральних ресурсів України: монографія / Мирослав Сивий, Ігор Паранько, Євген Іванов. Львів: Простір М, 2013. — 683 с.