Черные металлы

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ ПО ЭТМ

НА ТЕМУ ‘ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ’

 

  ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ 2 КУРСА ГР.ЭП-48

 

ЕЛИСТРАТОВ АНДРЕЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г.Самара  2014

 

 

 

                                                    ПЛАН

 

 

Введение

1. Черные металлы и их сплавы 
             2. Железные руды

3. Марганцевые руды

4. Карбонатные руды

5. Поиск и разведка рудных  месторождений

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               Введение

 

Черные металлы - общее название железа, а также сплавов из него (чугун, сталь, ферросплавы), широко применяемых в промышленности. Многие тысячелетия человечество развивалось благодаря освоению чёрных металлов, в частности, железа. Сегодня, несмотря на развитие высоких технологий и появление огромного количества новых уникальных материалов, именно черные металлы остаются основным конструкционным материалом. Чёрные металлы применяются в рекордном числе отраслей промышленности. Так, широко распространено применение черных металлов в машиностроении, строительстве и т.д.. Особо нужно отметить, что по объемам выработки продукции из чёрных металлов (к черным металлам традиционно относят железную руду, сталь, чугун) Россия занимает лидирующее положение в мире.

К месторождениям чёрных металлов принадлежат месторождения железа, марганца, хрома, титана и ванадия. Запасы наиболее крупных из них составляют миллиарды т с содержанием металла, достигающим нескольких десятков процентов. Месторождения железных руд - наиболее крупные и разнообразные по условиям образования. Самые значительные среди них - метаморфогенные гематитовые и магнетитовые месторождения железистых кварцитов докембрийского возраста (Криворожский железорудный бассейн, Курская магнитная аномалияв, Верхнего озера железорудный район в США, Лабрадора железорудный пояс в Канаде). Важное промышленное значение имеют осадочные буро-железняковые, сидеритовые и железисто-хлоритовые месторождения Керченского железорудного бассейна. Среди месторождений марганцевых руд различают осадочные окисные и карбонатные руды, к которым принадлежат Никопольское месторождение на Украине и Чиатурское в Грузии. Значительны метаморфизованные месторождения Индии, Африки, Бразилии и др.

 

 

1. Черные металлы и их сплавы 

Железо - наиболее распространенный металл в земной коре, но его начали применять позднее некоторых других металлов, например золота, меди, олова, свинца, цинка. Это, по-видимому, объясняется тем, что руды железа мало похожи на металл. Первобытному человеку было трудно догадаться, что из них можно получить металл, пригодный для изготовления нужных ему вещей.

Прошло очень много времени, пока человек научился извлекать железо из руд и делать из него чугун и сталь.

В настоящее время железные руды относятся к тем полезным ископаемым, без которых не может обходиться ни одна сколько-нибудь развитая в промышленном отношении страна. Железные руды служат сырьем для черной металлургии. Мировая добыча этих руд примерно 350 млн. Т в год. 
Из железных руд выплавляются чугун (с содержанием 2,5-4% углерода), сталь (1,5-0,2% углерода) и железо (0,2-0,4% углерода), а также сталистые чугуны (2,5-1,5% углерода).

Наиболее широко применяется в промышленности сталь, значительно меньше - чугун и железо.

Чугун выплавляется из железных руд в домнах, работающих на коксе или каменном угле; сталь и железо переплавляются из чугуна в бессемеровских конверторах, в отражательных мартеновских печах или по способу Томаса.

Значение черных металлов и их сплавов в жизни человеческого общества исключительно велико. Сотни миллионов тонн чугуна и стали 
используются для строительства железных дорог, мостов, железобетонных зданий, для производства различных машин, электровозов, вагонов, автомобилей, тракторов, кораблей. Из железа изготовляются всевозможные предметы широкого потребления. Нет такой отрасли промышленности и сельского хозяйства, где не применялись бы железо и его сплавы.

В природе встречаются сотни минералов, в состав которых входит железо, но лишь немногие из них являются железной рудой. Это магнетит, гематит, бурый железняк и некоторые другие, которые образуют крупные месторождения, занимающие площади в десятки и сотни квадратных километров.

Магнитный железняк, или магнетит, в химическом отношении представляет соединение окиси железа с закисью железа. В природе он встречается и в форме хорошо образованных кристаллов, и особенно часто в виде сплошных или зернистых масс. Цвет магнетита железо-черный. Замечательное свойство этого минерала - магнитность.

По содержанию металлического железа магнетит наиболее богатая железная руда (до 72% железа).

Крупные месторождения магнетитовых руд в нашей стране известны на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), на Кольском п-ове, в ряде районов Сибири (Горная Шория, в бассейне р. Ангары и др.). 
За последние годы в Казахстане были открыты и разведаны крупные месторождения богатых магнетитовых руд в Кустанайской области: Соколовско-Сарбайское, Качканарское и многие другие.

Гематит, или красный железняк, имеет большее значение для черной металлургии, чем магнетит. В химическом отношении гематит — окись железа. В природе он образует ряд разновидностей (кристаллические, чешуйчатые и плотные скрытокристаллические массы). Окраска гематита от вишнево-красной до железо-черной с сильным металлическим блеском. 
Гематитовые руды образуют огромные залежи особенно среди древнейших гнейсов и метаморфических сланцев.

Из общей добычи железной руды в России около 70% приходится на гематитовые руды. Крупнейшее месторождение этих руд в нашей стране — Криворожское, огромные запасы гематита таятся и в районе Курской магнитной аномалии. Здесь уже начата промышленная разработка железных руд. В Центральном Казахстане разведано и подготовлено к эксплуатации крупное Караджальское месторождение богатых гематитовых руд, на базе которого построен Карагандинский металлургический завод.

Важный источник получения железа - это так называемые бурые железняки, или лимониты, получившие такое название по характерной бурой окраске. В химическом отношении они представляют собой соединение окиси железа с водой.

Бурые железняки образуют сплошные плотные, ноздреватые и землистые массы, различные натечные формы в виде почек и гроздьев, а также массы горохообразного сложения. Эти руды образуются из соединений железа, которые извлекают поверхностные воды из разрушающихся горных пород. Бурые железняки считаются промышленной рудой, если они содержат не менее 30% железа. К числу наиболее крупных месторождений бурых железняков в России относятся: Керченское в Крыму, Бакальское и Орско-Халиловское на Урале.

Ценной особенностью бурых железняков некоторых месторождений России является присутствие в них примесей ванадия, марганца, хрома, никеля, кобальта и других металлов.

Современная техника нуждается не только в обычном чугуне, железе и стали, но и в металле, который обладает повышенной вязкостью, хорошей ковкостью, большой упругостью и другими ценными свойствами. Оказывается, что все эти свойства приобретает сталь, если в состав ее в качестве примеси ввести марганец, хром, титан, ванадий и некоторые другие металлы.

К группе черных металлов наряду с железом относят марганец и хром, так как они большей частью используются в черной металлургии. 
Марганцевые руды представляют собой соединения марганца с кислородом. В природе они встречаются в виде черных землистых масс. Важнейшие минералы марганца - пиролюзит, браунит, псиломелан, манганит. 
Содержание марганца в промышленных рудах колеблется в пределах 15-40%.

Кроме черной металлургии, марганцевые руды применяются в химической промышленности, для изготовления сухих батарей, в керамическом и стекольном производствах.

Наиболее крупные месторождения марганцевых руд у нас в Чиатуре (Грузия), Никополе, на Урале и в Казахстане.

Единственная руда металла хрома — хромистый железняк, или хромит, - по внешнему виду похожа на магнетит, но, в отличие от него, не обладает магнитными свойствами. Хром применяется в металлургической и химической промышленности. Хромит идет на изготовление огнеупорных материалов. В Российском Союзе много высококачественных хромовых руд на Северном и Южном Урале.

В черной металлургии используются также титаномагнетитовые руды, которые придают особую прочность стали.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        2. Железные руды

 

Железные руды, природные минеральные образования, содержащие железо в таких количествах и соединениях, при которых промышленное извлечение из них металла экономически целесообразно. Железные руды разнообразны по минеральному составу, содержанию железа, полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам. Важнейшими рудными минералами являются: магнетит, магномагнетит, титаномагнетит,гематит, гидрогематит, гётит, гидрогётит, сидерит, железистые хлориты (шамозит, тюрингит и др.). Содержание железа в промышленных рудах изменяется в широких пределах — от 16 до 70%. Различают богатые (³ 50% Fe), рядовые (50—25% Fe) и бедные (³ 25% Fe) Железные руды В зависимости от химического состава Железные руды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или после обогащения. Железные руды, содержащие меньше 50% Fe, обогащают (до 60% Fe) главным образом методами магнитной сепарации или гравитационного обогащения. Рыхлые и сернистые (>0,3% S) богатые руды, а также концентраты обогащения окусковываются путём агломерации; из концентратов производятся также т. н. окатыши. Железные руды, идущие в доменную шихту, во избежание ухудшения качества стали или условий плавки, не должны содержать более 0,1—0,3% S, Р и Cu и 0,05—0,09% As, Zn, Sn, Pb. Примесь в Железные руды Mn, Cr, Ni, Ti, V, Co, кроме некоторых случаев, полезна. Три первых элемента улучшают качество стали, а Ti, V, Со могут попутно извлекаться при обогащении и металлургическими переделе.  

 Месторождения Железные руды  по происхождению разделяются  на 3 группы — магматогенные, экзогенные  и метаморфогенные. Среди магматогенных различаются: магматические — дайкообразные, неправильные и пластообразные залежи титаномагнетитов, связанные с габбро-пироксенитовыми породами (Кусинское и Качканарское месторождения на Урале, местооождения Бушвельдского комплекса в ЮАР, Лиганга в Танзании), и апатито-магнетитовые залежи, связанные с сиенитами и сиенитдиоритами (Лебяжинское на Урале, Кируна и Елливарс в Швеции); контактово-метасоматические, или скарновые, возникают на контактах или вблизи интрузивных массивов; под воздействием высокотемпературных растворов вмещающие карбонатные и др. породы превращаются в скарны, а также пироксен-альбитовые и скаполитовые породы, в которых обособляются сложные по форме залежи сплошных и вкрапленных магнетитовых руд (Соколовское, Сарбайское в Северо-Западном Казахстане, Магнитогорское, Высокогорское и др. на Урале, ряд месторождений в Горной Шории; Айрон-Спрингс в США и др.); гидротермальные образуются при участии горячих минерализованных растворов, путём отложения Железные руды по трещинам и зонам смятия, а также при метасоматическом замещении боковых пород; к этому типу относятся Коршуновское и Рудногорское магномагнетитовые месторождения Восточной Сибири, гидрогётит-сидеритовое Абаильское в Средней Азии, сидеритовые месторождения Бильбао в Испании и др. 

 К экзогенным месторождениям  относятся: осадочные — химические  и механические осадки морских  и озерных бассейнов, реже в  долинах и дельтах рек, возникающие при местном обогащении вод бассейна соединениями железа и при сносе в них железистых продуктов прилегающей суши; слагают пласты или линзы среди осадочных, иногда — вулканогенно-осадочных пород; к этому типу относятся месторождения бурых железняков, частью сидеритов, силикатных руд (Керченское в Крыму, Аятское — Казахстан; в ФРГ — Лан-Диль и др.); месторождения коры выветривания образуются в результате выветривания горных пород с железосодержащими породообразующими минералами; различают остаточные, или элювиальные, месторождения, когда продукты выветривания, обогащенные железом (вследствие выноса из породы др. составных частей), остаются на месте (тела богатых гематито-мартитовых руд Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, района оз. Верхнего в США и др.), и инфильтрационные (цементационные), когда железо вынесено из выветривающихся пород и переотложено в нижележащих горизонтах (Алапаевское месторождение на Урале и др.). 

 Метаморфогенные (метаморфизованные) месторождения — преобразованные в условиях высоких давлений и температур ранее существовавшие, преимущественно осадочные, месторождения. Гидроокислы железа и сидериты переходят при этом обычно в гематит и магнетит. Метаморфические процессы иногда дополняются гидротермально-метасоматическим образованием магнетитовых руд. К этому типу относятся месторождения железистых кварцитов Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, месторождения Кольского полуострова, железорудной провинции Хамерсли (Австралия), полуострова Лабрадор (Канада), штат Минас-Жерайс (Бразилия), штат Майсур (Индия) и пр. 

 Основные промышленные типы Железные руды классифицируются по преобладающему рудному минералу. Бурые железняки. Рудные минералы представлены гидроокислами железа, больше всего гидрогетитом. Такие руды обычны в осадочных месторождениях и месторождениях коры выветривания. Сложение плотное или рыхлое; осадочные руды часто имеют оолитовую текстуру. Содержание Fe колеблется от 55 до 30% и менее. Обычно требуют обогащения. Т. н. самоплавкие бурые железняки, в которых близко к единице, идут в плавку при содержании Fe до 30% (Лотарингия). В бурых железняках некоторых месторождений находится до 1—1,5% и более Mn (Бильбао в Испании, Бакальское). Важное значение имеют комплексные хромо-никелевые бурые железняки; при наличии 32—48% Fe в них нередко содержится также до 1% Ni, до 2% Cr, сотые доли процента Со, иногда V. Из таких руд могут без добавок выплавляться хромо-никелевые чугуны и низколегированная сталь. Красные железняк и, или гематитовые руды. Основным рудным минералом является гематит. Представлены главным образом в коре выветривания (зона окисления) железистых кварцитов и скарновых магнетитовых руд. Такие руды часто называют мартитовыми (мартит — псевдоморфозы гематита по магнетиту). Среднее содержание Fe от 51 до 60%, иногда выше, с незначительными примесями S и Р. Известны месторождения гематитовых руд с присутствием в них до 15—18% Mn. Менее развиты гидротермальные месторождения гематитовых руд. Магнитные железняки, или магнетитовые руды. Рудный минерал — магнетит (иногда магнезиальный), нередко мартитизированный. Наиболее характерны для месторождений контактово-метасоматического типа, связанных с известковыми и магнезиальными скарнами. Наряду с богатыми массивными рудами (50—60% Fe) распространены вкрапленные руды, содержащие менее 50% Fe. Известны месторождения руд с присутствием ценных примесей, в частности Со, Mn. Вредные примеси — сульфидная сера, Р, иногда Zn, As. Особую разновидность магнетитовых руд представляют титаномагнетитовые руды, являющиеся комплексными железо-титано-ванадиевыми. Важное промышленное значение приобретают вкрапленные титаномагнетитовые руды, являющиеся по существу основными интрузивными породами с повышенным содержанием породообразующего титаномагнетита. В них обычно присутствует 16—18% Fe, но они легко обогащаются магнитной сепарацией (Качканарское месторождение на Урале и др.). Сидеритовые руды (шпатовые железняки) разделяются на кристаллические сидеритовые руды и глинистые шпатовые железняки. Среднее содержание Fe 30—35%. После обжига, в результате удаления CO2, сидеритовые руды превращаются в промышленные ценные тонкопористые железо-окисные (обычно содержат до 1—2% Mn, иногда до 10%). В зоне окисления сидеритовые руды превращаются в бурые железняки. Силикатные железные руды. Рудными минералами в них являются железистые хлориты, обычно сопровождающиеся гидроокислами железа, иногда сидеритом (Fe 25—40%). Примесь S незначительна, Р до 0,9—1%. Силикатные руды слагают пласты и линзы в рыхлых осадочных породах. Часто обладают оолитовой текстурой. В коре выветривания превращаются в бурые, частью красные железняки. Железистые кварциты (джеспилиты, железистые роговики) — бедные и средние (12—36% Fe) докембрийские метаморфизованные Железные руды, сложенные тонкими чередующимися кварцевыми, магнетитовыми, гематитовыми, магнетит-гематитовыми прослоями, местами с примесью силикатов и карбонатов. В железистых кварцитах мало примесей S, Р. Залежи железистых кварцитов обычно обладают крупными запасами металла. Их обогащение, в особенности магнетитовых разностей, даёт вполне рентабельный концентрат с содержанием 62—68% Fe. В коре выветривания кварц из железистых кварцитов выносится, и возникают крупные залежи богатых гематито-мартитовых руд.