Залізні руди

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 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 в 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 в 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.

Смугастий магнетитовий кварцит з дисперсним гематитом, Кривий Ріг.

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, що безпосередньо використовуються для виплавки сталі, відносять 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.

Більша частина залізних руд використовується для виплавки чавуну. Невелика кількість застосовується як природні фарби (вохри) і обважнювачі бурових глинистих розчинів.

Основні рудні мінерали: магнетит, мартит, гематит, сидерит, залізисті хлорити. Вміст заліза в З.р. — 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 З.р. 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 З.р. за станом обробки:

• сиру,
• рядову,
• сортовану,
• збагачену;

за призначенням:

• доменну,
• мартенівську,
• агломераційну.

Великі запаси З.р. є 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 З.р. будуть вичерпані на Землі (в земній корі, ноокларк) за наступні 173 роки.

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.

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.

В Україні, яка займає одне з провідних у світі місць за запасами та видобутком З.р., 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.

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.

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.

• Багата залізна руда
• Білозерський залізорудний район
• Криворізький залізорудний басейн
• Керченський залізорудний басейн
• Кременчуцька магнітна аномалія
• Технологія збагачення залізних руд
• Ресурси і запаси заліза
• Залізо самородне
• Залізо (частина назви мінералів)
• оксиди заліза
• гідроксиди заліза
• солі заліза

• 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.
• 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.