Железные руды

ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ (а. iron ores; н. Eisenerze; ф. minerais de fer; и. minerales de hierro) — природные минеральные образования, содержащие железо в таком количестве и соединениях, из которых промышленное извлечение металла экономически целесообразно. Железные руды разнообразны по минеральному составу, содержанию железа, полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам. Главные рудные минералы: оксиды железа — магнетит, гематит, мартит, гидрооксиды — гётит и гидрогётит, карбонаты — сидерит и сидероплезит, силикаты — шамозит и тюрингит. Содержание железа в промышленных рудах от 16 до 72%. Среди полезных примесей Ni, Co, Mn, W, Mo, Cr, V и др., среди вредных — S, R, Zn, Pb, As, Cu. Месторождения железных руд по генезису подразделяются на эндогенные, экзогенные и метаморфогенные (см. карту).

Месторождение железной руды

Среди эндогенных выделяют: магматические — залежи вкрапленных титано-магнетитовых руд в габбро-пироксенитовых породах (Качканарское месторождение на Урале в CCCP; месторождения Бушвелдского комплекса в ЮАР, Лиганга в Танзании, Тегавус в США, Тельнес в Норвегии, Таберг в Швеции); карбонатитовые вкрапленные в прожилковые перовскит-титаномагнетитовые и апатит- магнетитовые руды в щелочно-ультраосновных интрузиях центрального типа (Ковдорское месторождение в Карелии, CCCP; месторождения Сукулу в Уганде, Дорова в Зимбабве, Люлекоп в ЮАР); скарново-магнетитовые линзо- и пластообразные залежи (Высокогорская и Гороблагодатская группы, Северо-Песчанское месторождение, Сарбайское, Соколовское, Качарское, Таштагольское месторождения, Абаканское месторождение, Тейское и Дашкесанское месторождения и др. — CCCP; Айрон-Спрингс, Адирондак и др. — США; Рудные горы — ГДР и ЧССР; месторождения Болгарии, Италии, Китая, Румынии, Японии и др.); гидротермальные жильные и неправильной формы рудные тела (Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское, Тагарское и др. магномагнетитовые месторождения — CCCP); гидрогётит-сидеритовые (Бильбао — Испания; Эрцберг — Австрия); вулканогенно-осадочные пластовые залежи (Западно-Каражальское в Центральном Казахстане, Холзунское в Горном Алтае, Терсинская группа в Кузнецком Алатау — CCCP; Лан-Дилль в ФРГ; Гара-Джебилет в Алжире).

Экзогенные месторождения представлены осадочными пластовыми сидеритовыми и бурожелезняковыми месторождениями Бакальской группы (см. Бакальское рудоуправление), Керченского железорудного бассейна, Аятского железорудного бассейна, Лисаковского и Западно-Сибирского бассейнов в CCCP, Клинтонского бассейна в США, Бафинг-Бакойского бассейна в Мали, бассейна Северной Австралии; месторождениями гидрогётитовых, тюрингитовых и шамозитовых руд Лотарингского железорудного бассейна Франции, ФРГ, Бельгии и Люксембурга, а также месторождениями Китая; месторождениями выветривания богатых гематит-мартитовых руд Криворожского железорудного бассейна, Курской магнитной аномалии и другими в CCCP, Верхнего озера железорудного бассейна в США и Канаде и другими, пластовых природно-легированных гётит- гидрогётитовых руд, образовавшихся в коре выветривания ультраосновных пород (Орско-Халиловская группа в Актюбинской области Казахской CCP, месторождения Гавайских островов, Филиппин, Гвианы, Суринама, Кубы и др.).

Метаморфогенные месторождения представлены месторождениями железистых кварцитов Кривого Рога, KMA, Кременчугской магнитной аномалии, Костомукщского и Оленегорского районов в Карелии и на Кольском полуострове, Чаро-Токкинского железорудного района в Южной Якутии и др. — CCCP; сюда относятся также район озера Верхнего — США, Канада; месторождения Серда-дус-Каражас и в штате Минас-Жерайс — Бразилия; в штате Майсур и др. — Индия; района хребта Нимба — Либерия; Хамерсли — Западная Австралия и др.

Основные железные руды

Промышленные типы железных руд классифицируются по преобладающему рудному минералу. Магнетитовые руды сложены магнетитом (иногда магнезиальным — магномагнетитом, нередко мартитизированы — превращены в гематит в процессе окисления). Они наиболее характерны для карбонатитовых, скарновых и гидротермальных месторождений. Из карбонатитовых месторождений попутно извлекают апатит и бадделеит, из скарновых — кобальтсодержащий пирит и сульфиды цветных металлов. Особую разновидность магнетитовых руд представляют комплексные (Fe-Ti-V) титаномагнетитовые руды магматических месторождений. Гематитовые руды, сложенные главным образом гематитом, в меньшей степени магнетитом, распространены в коре выветривания железистых кварцитов (мартитовые руды), в скарновых, гидротермальных и вулканогенно-осадочных рудах. Богатые гематитовые руды содержат 55-65% Fe и до 15-18% Mn. Сидеритовые руды подразделяются на кристаллические сидеритовые руды и глинистые шпатовые железняки; они часто магнезиальны (магносидериты). Встречаются в гидротермальных, осадочных и вулканогенно-осадочных месторождениях. Среднее содержание в них Fe 30-35%. После обжига сидеритовых руд, в результате удаления CO₂, получают тонкопористые железооксидные концентраты, содержащие 1-2%, иногда до 10% Mn. В зоне окисления сидеритовые руды превращаются в бурые железняки. Силикатные железные руды сложены железистыми хлоритами (тюрингит, шамозит, лептохлорит и др.), сопровождающимися гидрооксидами железа, иногда сидеритом. Образуют осадочные залежи. Среднее содержание в них Fe 25-40%. Примесь серы незначительна, фосфора до 1%. Часто имеют оолитовую текстуру. В коре выветривания превращаются в бурые, иногда в красные (гидрогематитовые) железняки. Бурые железняки сложены гидрооксидами железа, чаще всего гидрогётитом. Образуют осадочные залежи (морские и континентальные) и месторождения коры выветривания. Осадочные руды часто имеют оолитовую текстуру. Среднее содержание Fe в рудах 30-35%. В бурых железняках некоторых месторождений (Бакальское в CCCP, Бильбао в Испании и др.) содержится до 1-2% Mn и более. В природно-легированных бурых железняках, образовавшихся в корах выветривания ультраосновных пород, содержится 32-48% Fe, до 1% Ni, до 2% Cr, сотые доли процента Co, V. Из таких руд без добавок выплавляются хромоникелевые чугуны и низколегированная сталь. Железистые кварциты (джеспилиты, железистые роговики) — бедные и средние по содержанию железа (12-36%) докембрийские метаморфизованные железные руды, сложенные тонкими чередующимися кварцевыми, магнетитовыми, гематитовыми, магнетит- гематитовыми и сидеритовыми прослоями, местами с примесью силикатов и карбонатов. Отличаются низким содержанием вредных примесей (S и R — сотые доли процента). Месторождения этого типа обычно обладают уникальными (свыше 10 млрд. т) или крупными (свыше 1 млрд. т) запасами руды. В коре выветривания кремнезём выносится, и возникают крупные залежи богатых гематито-мартитовых руд.

Наибольшие запасы и объёмы добычи приходятся на докембрийские железистые кварциты и образованные по ним богатые железные руды, менее распространены осадочные бурожелезняковые руды, а также скарновые, гидротермальные и карбонатитовые магнетитовые руды.

Обогащение железной руды

Различают богатые (свыше 50% Fe) и бедные (меньше 25% Fe) руды, требующие обогащения. Для качественной характеристики богатых руд важное значение имеет содержание и соотношение нерудных примесей (шлакообразующих компонентов), выражающимся коэффициентом основности и кремневым модулем. По величине коэффициент основности (отношение суммы содержаний оксидов кальция и магния к сумме оксидов кремния и алюминия) железных руд и их концентраты подразделяются на кислые (менее 0,7), самофлюсующиеся (0,7-1,1) и основные (более 1,1). Лучшими являются самофлюсующиеся руды: кислые руды по сравнению с основными требуют введения в доменную шихту повышенного количества известняка (флюса). По кремневому модулю (отношение содержаний оксида кремния к оксиду алюминия) использование железных руд ограничивается типами руд с модулем ниже 2. К бедным рудам, требующим обогащения, относятся титаномагнетитовые, магнетитовые, а также магнетитовые кварциты с содержанием Fe магнетитового свыше 10-20%; мартитовые, гематитовые и гематитовые кварциты с содержанием Fe более 30%; сидеритовые, гидрогётитовые и гидрогётит-лептохлоритовые руды с содержанием Fe более 25%. Нижний предел содержаний Fe общего и магнетитового для каждого месторождения с учётом его масштабов, горнотехнических и экономических условий устанавливается кондициями.

Руды, требующие обогащения, подразделяются на легкообогатимые и труднообогатимые, что зависит от их минерального состава и текстурно-структурных особенностей. К легкообогатимым рудам относятся магнетитовые руды и магнетитовые кварцы, к труднообогатимым – железные руды, в которых железо связано со скрытокристаллическими и коллоидальными образованиями, в них при измельчении не удаётся раскрыть рудные минералы из-за их крайне мелких размеров и тонкого прорастания с нерудными минералами. Выбор способов обогащения определяется минеральным составом руд, их текстурно-структурными особенностями, а также характером нерудных минералов и физико-механическими свойствами руд. Магнетитовые руды обогащаются магнитным способом. Применение сухой и мокрой магнитной сепарации обеспечивает получение кондиционных концентратов даже при сравнительно низком содержании железа в исходной руде. При наличии в рудах промышленных содержаний гематита наряду с магнетитом применяется магнитно-флотационный (для тонковкрапленных руд) или магнитно-гравитационный (для крупновкрапленных руд) способы обогащения. Если в магнетитовых рудах содержится в промышленных количествах апатит или сульфиды кобальта, меди и цинка, минералы бора и другие, то для их извлечения из отходов магнитной сепарации применяется флотация. Схемы обогащения титаномагнетитовых и ильменит-титаномагнетитовых руд включают в себя многостадиальную мокрую магнитную сепарацию. С целью выделения ильменита в титановый концентрат проводится обогащение отходов мокрой магнитной сепарации флотацией или гравитационным способом с последующей магнитной сепарацией в поле высокой интенсивности.

Схемы обогащения магнетитовых кварцитов включают дробление, измельчение и магнитное обогащение в слабом поле. Обогащение окисленных железистых кварцитов может производится магнитным (в сильном поле), обжигмагнитным и флотационным способами. Для обогащения гидрогётит-лептохлоритовых оолитовых бурых железняков используется гравитационный или гравитационно-магнитный (в сильном поле) способ, ведутся также исследования по обогащению этих руд обжигмагнитным способом. Глинистые гидрогётитовые и мартитовые (валунчатые) руды обогащаются промывкой. Обогащение сидеритовых руд обычно достигается обжигом. При переработке железистых кварцитов и скарново-магнетитовых руд обычно получают концентраты с содержанием Fe 62-66%; в кондиционных концентратах мокрой магнитной сепарации из апатит-магнетитовых и магномагнетитовых руд железа не менее 62-64%; для электрометаллургического передела выпускаются концентраты с содержанием Fe не ниже 69,5%, SiO₂ не более 2,5%. Концентраты гравитационного и гравитационно-магнитного обогащения оолитовых бурых железняков считаются кондиционными при содержании Fe 48-49%; по мере совершенствования методов обогащения требования к концентратам из руд повышаются.

По способу рудоподготовки и применения в производстве различают мартеновские и доменные руды. К мартеновским рудам, непосредственно используемым для выплавки стали, относят магнетитовые, мартитовые, гематитовые и гидрогематитовые с содержанием Fe более 57%, S и R менее 0,15% каждого, SiO₂ не более 5%, Cu, Zn, Pb, Sn, As, Ni и Cr не более 0,04% каждого, Mn менее 0,5% при мартеновском и менее 2% при конверторном и электроплавильном переделах. В сталеплавильные установки загружается руда с размером кусков от 10 до 250 мм. Содержание крупнокускового класса (10-250 мм) в рудах должно быть не менее 70%. К доменным рудам относятся магнетитовые, мартитовые и гематитовые с содержанием Fe более 50%, а также гидрогематитовые и гидрогётитовые, содержащие более 45% железа. Содержание S и R не должно превышать 0,3% каждого, Cu 0,2%, Pb и Zn 0,1% каждого, SnO 0,08%, As 0,07%. Содержание крупнокускового класса (10-100 мм) в рудах должно быть не менее 70-75%. Мелочь после грохочения доменных руд размером 10-0 мм и кусковатые руды с содержанием S выше кондиций поступают на агломерацию.

Большая часть железных руд используется для выплавки чугуна. Небольшое количество служит природными красками (охры) и утяжелителями буровых глинистых растворов.

Запасы железной руды

По запасам железных руд (балансовым — свыше 100 млрд. т) CCCP занимает 1-е место в мире. Наиболее крупные запасы железных руд в CCCP сосредоточены на Украине, в центральных районах РСФСР, в Северном Казахстане, на Урале, в западной и восточной Сибири. Из общего количества разведанных запасов железных руд 15% — богатых, не требующих обогащения, 67% — обогащаемых по простым магнитным схемам, 18% — требующих сложных методов обогащения.

Наибольшие запасы железных руд (на 1 января 1983; млрд. т), кроме CCCP, сосредоточены в Бразилии (34), Канаде (26), Австралии (21), США (17), Индии (13), ЮАР (9), Швеции (4,5) и Франции (4). На долю этих 8 государств приходится около 80% запасов промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран. Великобритания, Италия, ФРГ и Япония не обладают достаточными запасами железных руд. Они удовлетворяют свои потребности за счёт импорта богатых руд и небольшой добычи бедных руд в своих странах. Небольшие запасы железных руд имеются в Болгарии, Венгрии, ГДР, Польше, Румынии и Чехословакии. Эти страны импортируют железные руды из CCCP, главным образом из месторождений Кривого Рога и KMA. KHP, КНДР и CPB обладают значительным запасами железных руд, достаточными для развития собственной чёрной металлургии. См. также железорудная промышленность.