ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ

Железо является распространенным элементом в природе. Так, по распространению в земной коре оно занимает чет­вертое место (4,2%) после кислорода (49,7%), кремния (26%) и алюминия (7,45%). Железо как составная часть входит почти во все горные породы, однако многие нельзя считать рудами.

Конкретизируя понятие "полезные ископаемые" примени­тельно к железосодержащим ископаемым, железными рудами следует называть горные породы, из которых при данном уровне развития техники экономически целесообразно: извле­кать железо.

Железо, как известно, обладает сравнительно большим сродством к кислороду и в силу этого в земной коре не обнаруживается в самородном виде, а находится главным образом в соединениях с кислородом и двуоксидом углерода.

Из большого числа встречающихся в земной коре железо­содержащих минералов промышленное значение имеют минера­лы, в которых железо в основном представлено магнитным оксидом Fe₃0₄ (72,4 % Fe), безводным оксидом Fe₂0₃ (70 % Fe), водными оксидами mFe₂0₃ • лН₂0 с различным количест­вом воды (52,3-62,9 % Fe), карбонатом железа FeC0₃ (48,3 % Fe).

Магнитный оксид железа в рудах представлен минералом магнетитом. Руду, содержащую в основном магнетит, назы­вают магнитным железняком или магнетитовой рудой. Магне­тит Fe₃0₄ можно рассматривать как соединение FeO • Fe₂0₃, содержащее 31,04% FeO и 68,96% Fe₂0₃.

Магнетит под действием влаги и кислорода атмосферы постепенно окисляется. Оксид FeO в Молекуле FeO • Fe₂0₃ реагирует с кислородом воздуха по реакции 4FeO + 0₂ —*■

—*-2Fe₂0₃. Образовавшийся минерал по своему химическому составу является гематитом, однако из-за отличия в крис­таллической решетке называется мартитом.

Таким образом, в природных условиях магнетит в той или иной степени окислен. Для характеристики окисленности магнетита принято пользоваться отношением Fe^^Fe . В

чистом магнетите это отношение равно 72,4:24,3«3,0, а в мартите оно бесконечно велико. Обычно к магнитным желе­знякам относят руды, в которых это отношение меньше 3,5. При отношении, равном 3,5—7,0, руды относят к полумарти-там, а при отношении, большем 7, — к мартитам.

Магнетит характеризуется высокой магнитной восприимчи­востью, и поэтому магнитные железняки пригодны для элект­ромагнитного обогащения, являющегося одним из наиболее эффективных и распространенных способов обогащения желез­ных руд.

Магнитный железняк обычно представлен крепкими, плот­ными кусковыми рудами. Он содержит обычно 55—60 % Fe (иногда лишь 16-30% Fe), 0,02-2,5% S, 0,02-0,7 %Р и чаще всего кислую пустую породу (Si0₂, А1₂0₃).

Безводный оксид железа представлен в рудах минералом гематитом. Руды, содержащие в основном гематит, относят обычно к красным железнякам или гематитовым рудам. Крас­ный железняк— это продукт выветривания магнитных желез­няков, т.е. в значительной мере окисленный магнетит. В нем обычно содержится от 1 до 8 % магнетита.

Красный железняк, применяемый в металлургии, содержит обычно 55-60 % Fe, а некоторые разновидности — до 69,5 % Fe. В ряде случаев в рудах содержится мало: серы и фосфо­ра. Руды бывают кусковые, а иногда пылевидные. Цвет крас­ных железняков колеблется от красного до светло-серого и даже черного, но на фарфоровой пластинке красный железняк всегда дает красную черту. Пустая порода таких руд обычно состоит из Si0₂ и А1₂0₃.

Водные оксиды железа представлены в рудах главным образом минералами лимонитом 2Fe₂0₃ • ЗН₂0 и гетитом Fe₂0₃ • Н₂0. Руды, содержащие в основном эти минералы, называют бурыми железняками. Бурый железняк образуется при выветривании и окислении железных руд других типов. Обычно бурый железняк смешан с глиной или кварцем. В добываемых рудах содержится 37-55%, а чаще 37—40% Fe. Они характеризуются повышенным содержанием фосфора (0,5— 1,5 %), иногда в них присутствует в небольшом количестве ванадий (0,03-0,06%).

Бурый железняк наиболее распространен в земной коре. Обычно он беден и влажен, к тому же трудно поддается обо­гащению, поэтому его используют сравнительно в небольшом количестве.

Карбонат железа представлен в руде минералом сидери­том. Руды, содержащие в основном сидерит, называют шпатовыми железняками. Они обычно встречаются в виде плотных и крепких горных пород или глинистых железняков. В шпатовых железняках содержится 30—40% железа.

Промышленно используемым является также минерал ильме­нит FeTi0₃, встречающийся в сочетании с магнетитом. Руды, в которых преобладает ильменит, называются титаномагнети-тами.

Примеси железных руд

Кроме указанных соединений железа, в рудах присутствуют различные примеси (тоже в виде соединений), которые в зависимости от вида плавки могут быть полезными и вред­ными.

К вредным примесям относят серу, цинк и мышьяк. Сера вызывает красноломкость стали, а процесс ее удаления в доменном и сталеплавильном производствах связан с ухудше­нием технико-экономических показателей. Правда, серу мож­но легко удалить из руд окислительным обжигом и агломера­цией.

Цинк, хотя и не переходит в чугун, но возгоняется и, проникая в швы кладки, приводит к ее росту и разрыву металлического кожуха доменной печи.

Небольшое количество мышьяка можно удалить из руды при агломерации или лучше при специальном обжиге руды, а при доменной и сталеплавильной плавках он переходит в металл. Мышьяк придает стали хладноломкость и ухудшает ее свари­ваемость.

Такие примеси, как фосфор, никель, хром и медь, явля­ются полезными при выплавке чугуна некоторых марок, в остальных же случаях их, особенно фосфор и медь, относят к вредным примесям. Фосфор вызывает хладноломкость стали,

его необходимо удалять при переработке чугуна в сталепла­вильных печах.

Ванадий и титан— полезные примеси.

Пустая порода руд в основном состоит из Si0₂, Al₂0₃, СаО и MgO, которые обычно находятся в виде различных соединений. Для доменной плавки желательно, чтобы отно­шение (СаО + MgO)/(SiO_z + А1₂О_э) * 1. ^{в этом} случае не требуются флюсы. Такую руду называют самоплавкой, однако встречается она очень редко. Чаще всего указанное отноше­ние значительно менее 1, т.е. пустая порода руд является кислой.