Общая характеристика железных руд

Сырые материалы для производства чугуна и их подготовка

К сырым материалам металлургического производства относят руды, флюсы и топливо. Топливо применяют не для всех видов производства (без топлива осуществляют ряд вариантов конвертерных процессов, все виды электроплавки). Основой сырых материалов являются руды. Промышленной рудой называют горную породу, из которой при современном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать содержащийся в ней металл. Экономическая целесообразность использования данного материала в качестве руды определяется, прежде всего, содержанием извлекаемого металла, а также физическими свойствами, условиями добычи, способами возможного обогащения руды. Понятие промышленной руды изменяется в зависимости от общего развития экономики, запасов и расходования руд, развития способов извлечения металлов и т д.

Общая характеристика железных руд

Минералы руды, в зернах которых находится извлекаемый металл, называют орудняющими; зерна, не содержащие извлекаемого металла, - пустой породой. Исходным материалом для получения железа и его сплавов (чугунов и сталей) являются железные руды. Железная руда на 60-90 % представляет собой рудный минерал, остальное составляет пустая порода. Кроме того, многие железные руды содержат от сотых долей до нескольких процентов полезных или вредных примесей. В железных рудах, используемых в настоящее время черной металлургией, рудные минералы, как правило, являются оксидами и карбонатами.

Гематит - безводный оксид железа Fe₂O₃. Железная руда, рудообразующим минералом которой является гематит, называется красным железняком. Обычно красные железняки - это богатые железные руды (<55-60 % Fe), содержащие малое количество вредных примесей.

Магнетит - магнитный оксид железа Fe₃O₄, отличается от других железорудных минералов магнитными свойствами. Железные руды, рудообразующим минералом которых является магнетит, называются магнитными железняками. Магнетит можно рассматривать как сложный оксид железа Fe₂О₃^.FeO, в котором наряду с трехвалентным железом имеется значительное количество двухвалентного. Магнитные железняки характеризуются относительно высоким содержанием железа (до 50-55 % Fe), часто содержат вредные примеси, особенно серу.

Гидрооксиды железа Fе₂О₃^.nН₂О в зависимости от значения n образуют различные минералы. Железные руды, рудообразующими минералами которых являются гидрооксиды железа, называют бурыми железняками. Обычно бедные руды (35-50 % Fe), часто содержат повышенное количество фосфора. В бурых железняках иногда присутствуют примеси марганца, хрома, никеля, ванадия, мышьяка.

Сидерит - углекислое железо FeCO₃. Образованная сидеритом железная руда называется шпатовым железняком или сидеритом. Характерной особенностью шпатовых железняков является высокое содержание СО₂ и соответственно пониженное содержание железа (30-40 %). Часто сидериты содержат серу.

Пустой породой железных руд называют смесь минералов, не содержащих железа. Составляющими этих, иногда сложных минералов являются оксиды SiO₂, A1₂O₃, СаО, MgO и др. Количество пустой породы в железных рудах колеблется в переделах 10-40 %.

Вредные примеси (сера, фосфор, мышьяк) ухудшают качество металла. К вредным примесям руд доменщики относят также цинк, так как он способствует разрушению огнеупорной кладки доменной печи.

Полезные примеси (марганец, хром, никель, ванадий и др.) как и вредные находятся в рудах в виде оксидов.

Железные руды являются твердым материалом, представляющим обычно механическую смесь рудообразующих минералов с минералами пустой породы. Размеры вкраплений оксидов железа в пустой породе изменяются от сотых долей до нескольких миллиметров.

Главным фактором, определяющим металлургическую ценность железных руд, является содержание железа. Железные руды по этому признаку делятся на богатые (60-65 %), со средним содержанием железа (45-60 %) и бедные (ниже 45 %). Уменьшение содержания железа снижает металлургическую ценность руды.

Металлургическая ценность руд возрастает с увеличением в пустой породе отношения CaO/SiO₂, так как при этом снижается потребность во флюсе, уменьшается выход шлака с соответствующим снижением удельного расхода кокса и повышением производительности печи. Для получения достаточно жидкого подвижного шлака необходимо, чтобы в руде отношение SiO₂/А1₂О₃ было не менее 3-4. Вредные примеси понижают ценность руды и при значительном их содержании руда непригодна для непосредственного использования в доменном производстве даже при высоком содержании железа. Полезные примеси улучшают металлургическую ценность железных руд вследствие того, что при плавке таких руд получаются природнолегированные чугуны, при последующем переделе которых либо выплавляют стали, для легирования которых не требуется вводить специальные дорогие добавки, либо наряду с металлом получаются другие ценные элементы.

Существенное влияние на рентабельность металлургического передела руд оказывают условия их добычи. Так, если месторождение расположено вблизи поверхности земли и добыча производится дешевым открытым способом, то экономически рентабельно перерабатывать руды с более низким содержанием железа, чем в случае подземной шахтной добычи. В первом случае имеется возможность существенно повысить качество концентрата путем применения сложных (и более дорогих) схем обогащения.

С целью комплексного использования минерального сырья и повышения рентабельности производства в шихте доменных печей часто используют отходы других производств и оборотные продукты доменной плавки, содержащие повышенное количество железа и других ценных элементов: колошниковую пыль (из доменного цеха), пиритные огарки (отходы сернокислотного производства), красные шламы (отходы глиноземного производства), окалину (из прокатных и кузнечных цехов), доменный скрап и др. Эти материалы содержат 30-50 % Fe, а окалина - до 70 % Fe.