Как добывают железо?

Железо - важнейший химический элемент в таблице Менделеева; металл, который применяют в самых разных отраслях промышленности. Добывают его из железной руды, которая залегает в недрах земли.

Как добывают железо: способы

Существует несколько способов добычи железной руды. Выбор того или иного метода будет зависеть от месторасположения залежей, глубины залегания руды и некоторых других факторов.

Железо добывают как открытым, так и закрытым способом:

1. При выборе первого способа необходимо обеспечить подвоз всей необходимой техники непосредственно к самому месторождению. Здесь с ее помощью и будет строиться карьер. В зависимости от ширины залегания руды карьер может быть разного диаметра и до 500 метров в глубину. Этот способ добычи железной руды подходит, если полезное ископаемое находится неглубоко.
2. Более распространенным все же является закрытый способ добычи железной руды. В ходе него роются глубокие колодцы-шахты до 1000 м глубиной, в стороны от которых копаются разветвления (коридоры) - штреки. В них опускается специальное оборудование, посредством которого руда изымается из земли и поднимается на поверхность. По сравнению с открытым, закрытый способ добычи железной руды намного более опасный и затратный.

После изъятия руды из недр земли, ее грузят на специальные грузоподъемные машины, которые доставляют руду на перерабатывающие предприятия.

Переработка железной руды

Железная руда - это горная порода, в составе которой есть железо. Чтобы в дальнейшем направить железо в промышленность, его нужно добыть из породы. Для этого из каменных кусков породы выплавляют само железо, причем делают это при очень высоких температурах (до 1400-1500 градусов).

Обычно добываемая порода состоит из железа, угля и примесей. Ее загружают в доменные печи и нагревают, причем уголь сам поддерживает высокую температуру, а железо при этом приобретает жидкую консистенцию, после чего его разливают в различные формы. Шлаки при этом отделяются, а само железо остается чистым.

Железная руда – это одно из минеральных образований. Среди составляющих его элементов присутствует железо и различные соединения. Если в составе руды большая доля приходится на железо, то она классифицируется, как железная. Основная добыча железной руды приходится на магнитный железняк. В нем соединения железа занимают порядка 70%.

Запасы железной руды в мире

В рамках российского производственного комплекса основная доля приходится на добычу руды. В целом страна привносит в мировую добычу не более 6%. В общей сложности на сегодняшний день на планете находится около 160 миллиардов тонн этого ископаемого. С учетом доли железа в ней, запасы конкретно этого вещества оцениваются в 80 миллиардов тонн.

Запасы железной руды в различных странах мира таковы:

• РФ и Бразилия – по 18%.
• Австралия – 14%.
• Украина – 10%.
• КНР – 9%.
• Канада – 8%.
• США – около 7%.

Оставшиеся 15%, в различных долях распределены между прочими странами мира.

Специалисты подразделяют железорудную продукцию на несколько категорий, а именно:

• с повышенным содержанием железа (более 50% состава);
• рядовые (25–49%);
• бедные (менее 25%).

Наибольшим содержанием железа характеризуется магнитный железняк. На российской территории его запасы располагаются преимущественно в районе Уральских гор. Еще эта руда массово залегает на территории Швеции, в некоторых из штатов США.

Актуальные запасы различной руды в России сегодня составляют порядка 50 миллиардов тон. По ее запасам страна занимает третье место в мире, уступая лишь Австралии и Бразилии.

Способы добычи руды

Сейчас существует несколько основных методик добычи руды. Для каждого случая выбор делается индивидуально. Специалисты в ходе принятия решения оценивают ряд факторов, в том числе экономическую целесообразность эксплуатации определенных машин и агрегатов, особенности расположения железной руды и некоторые другие.

Карьерный способ

Основная масса мест добычи железной руды разрабатывается по карьерной методике. Она предполагает на начальном этапе работы подготовку карьера определенной глубины (в среднем 300 метров). Далее, в работу включается прочее оборудование. Рудная масса вывозится из него посредством крупных самосвалов.

Обычно горная порода сразу же переправляется на специализированные предприятия для дальнейшего изготовления из него железорудной продукции, в том числе стали.

При подготовке карьера при данном способе добычи применяются наиболее крупные и массивные экскаваторы. Как только процесс достигнет своего завершения и техника достигнет нижних слоев рудной массы, осуществляется анализ полученных образцов непосредственно перед началом добычи железной руды. По его результатам определяется конкретная доля железа в его составе.

Решение о начале разработок и добыче железной руды принимается в том случае, если анализ показывает присутствие железа в количестве более 57%. Данный вариант будет выгодным в экономическом плане. В противном случае специальная комиссия решает необходимость добычи такого материала наряду с возможными вариантами улучшения качества производства.

Имеет массу преимуществ. Основной ее недостаток состоит в том, что разработки и извлечение рудных тел могут проводиться на небольших глубинах.

Шахтный способ

На практике руда часто залегает довольно глубоко. Это обуславливает необходимость обустройства шахт. Их глубина достигает нескольких сотен метров – вплоть до километра. Изначально организуется ее ствол, который имеет внешнее сходство с колодцем.

Специализированные коридоры отходят от шахтного ствола. Их именуют штреками. Это один из самых эффективных способов добычи руды. При этом он наиболее затратен в финансовом плане и опасен.

Скважинная гидродобыча

СГД – это гидромеханический способ. В этом случае добыча предполагает организацию глубокой скважины, куда входят снабженные гидромонитором трубы. Далее, посредством струи воды горная порода откалывается и перемещается наверх.

Такой вариант характеризуется небольшой эффективностью при высокой безопасности. На практике его применяют в 3% случаев.

Методы обогащения горной породы

Процедуре обогащения в любом случае предшествует измельчение сырья. На следующем этапе проводится непосредственно обогащение по одной из методик:

• гравитационная сепарация;
• магнитная сепарация;
• флотация;
• комплексная методика.

Наибольшее практическое применение получил вариант гравитационной сепарации. Он отличается минимальной себестоимостью. Для реализации требуются такие машины, как центробежная машина, виброплощадка, спираль.

Благодаря наличию у веществ магнитных свойств, работает вариант магнитной сепарации. Она актуальна в случаях, когда остальные оказываются неэффективными.

На практике чаще требуется комплексное воздействие на руду посредством сразу нескольких способов обогащения.

Видео: Железные руды Урала

Честно скажу, даже не думал, что смогу попасть в такое место и увидеть все своими глазами. Не каждому улыбается такой шанс, но я попал и сегодня расскажу вам об этом. Про то, как добывают железную руду, как превращают ее в ГБЖ (и что это такое), и как из нее делают уже готовые стальные изделия.

Сперва расскажу про сам карьер. Лебединский ГОК - является крупнейшим российским предприятием по добыче и обогащению железной руды и имеет самый крупный в мире карьер по добыче железной руды. Комбинат и карьер расположены в Белгородской области, между городами Старый Оскол и Губкин.

Вид на карьер сверху. Он действительно огромный и разрастается с каждым днем. Глубина карьера Лебединского ГОКа - 250 м от уровня моря или 450 м - от поверхности земли (а диаметр - 4 на 5 километров), в него постоянно просачиваются подземные воды, и если бы не работа насосов, то он заполнился до самого верха за месяц. Он дважды занесен в книгу рекордов Гиннеса как крупнейший карьер по добыче негорючих полезных ископаемых.

Немного официальной информации: Лебединский ГОК входит в концерн «Металлоинвест» и является лидирующим производителем железорудной продукции в России. В 2011 году доля производства концентрата комбинатом в общем годовом объеме производства железорудного концентрата и аглоруды в России составила 21%.

В карьере работает много всевозможной техники, но самая заметная конечно же многотонные самосвалы «Белаз» и «Caterpillar».

В год оба комбината входящих в компанию (Лебединский и Михайловский ГОК) производят около 40 млн. тонн железной руды в виде концентрата и аглоруды (это не объем добычи, а обогащенная уже руда, то есть отделенная от пустой породы). Таким образом выходит, что в день на двух ГОКах производится в среднем около 110 тысяч тонн обогащенной железной руды.

Этот малыш за один раз перевозит до 220 тонн (!) железной руды.

Экскаватор дает сигнал и он аккуратно дает задний ход. Всего несколько ковшов и кузов гиганта заполнен. Экскаватор еще раз дает сигнал и самосвал отъезжает.

Недавно были закуплены «Белазы» грузоподъемностью 160 и 220 тонн (до сих пор грузоподъемность самосвалов в карьерах была не больше 136 тонн), и ожидается поступление экскаваторов «Хитачи» с емкостью ковша 23 куб.м. (в настоящее время максимальная емкость ковша карьерных экскаваторов составляет 12 куб.м.).

«Белаз» и «Caterpillar» чередуются. Импортный самосвал перевозит кстати всего 180 тонн. Самосвалы такой большой грузоподъемности - это новая техника, в настоящее время поступающая на ГОКи в рамках инвестпрограммы «Металлоинвеста» по повышению эффективности горно-транспортного комплекса.

Интересная фактура у камней, обратите внимание. Если не ошибаюсь слева кварцит, из такой руды добывают железо. Карьер полон не только железной руды, но и различными минералами. Они, в основном, не представляют интереса для дальнейшей переработки в промышленных масштабах. Сегодня из пустой породы получают мел, а также делают щебень для строительных целей.

Красивые камешки, точно не могу сказать, что за минерал, может кто-то подскажет?

Ежесуточно в карьере Лебединского ГОКа работает 133 единицы основной горной техники (30 большегрузных самосвалов, 38 экскаваторов, 20 бурстанков, 45 тяговых агрегатов).

Я конечно надеялся увидеть зрелищные взрывы, но даже если бы они проходили в этот день, мне все равно не удалось бы проникнуть на территорию карьера. Такой взрыв делают один раз в три недели. Вся техника по нормам безопасности (а ее немало) перед этим выводится из карьера.

Лебединский ГОК и Михайловский ГОК - два крупнейших комбината по добыче и переработке железной руды в России по объему выпускаемой продукции. Компания «Металлоинвест» обладает вторыми по величине в мире разведанными запасами железной руды — около 14,6 млрд тонн по международной классификации JORС, что гарантирует около 150 лет эксплуатационного периода при текущем уровне добычи. Так что жители Старого Оскола и Губкина надолго будут обеспечены работой.

Наверное заметили по предыдущим фотографиям, что погода была неважная, шел дождь, а в карьере стоял туман. Ближе к отъезду он слегка рассеялся, но все равно не сильно. Вытянул фото насколько возможно. Размеры карьера конечно впечатляют.

Прямо посередине карьера стоит гора с пустой породой, вокруг которой добыли всю руду содержащую железо. В скором времени планируется ее взорвать по частям и вывезти из карьера.

Железную руду загружают тут же в жд составы, в специальные усиленные вагоны, которые вывозят руду из карьера, они называются думпкары, их грузоподъемность - 105 тонн.

Геологические пласты, по которым можно изучать историю развития Земли.

Гигантские машины с высоты обзорной площадки кажутся не больше муравья.

Затем руду везут на комбинат, где происходит процесс отделения пустой породы методом магнитной сепарации: руду дробят мелко, потом отправляют на магнитный барабан (сепаратор), к которому в соответствии с законами физики все железное прилипает, а не железное - смывается водой. После этого из полученного железорудного концентрата делают окатыши и горячебрикетированное железо (ГБЖ), которое затем используется для выплавки стали.
Горячебрикетированное железо (ГБЖ) — один из видов прямовосстановленного железа (ПВЖ). Материал с высоким (>90 %) содержанием железа, полученный по технологии, отличной от доменного передела. Используется в качестве сырья для производства стали. Высококачественный (с малым количеством вредных примесей) заменитель чугуна, металлолома.

В отличие от чугуна, в производстве ГБЖ не используется угольный кокс. Процесс производства брикетированного железа базируется на обработке железорудного сырья (окатышей) высокими температурами, чаще всего, посредством природного газа.

Внутрь завода ГБЖ просто так не зайдешь, потому что процесс выпекания горячебрикетированных пирожков проходит при температуре около 900 градусов, а загорать в Старом Осколе у меня не входило в планах).

Лебединский ГОК - единственный производитель ГБЖ в России и СНГ. Комбинат начал производство этого вида продукции в 2001 году, запустив цех по производству ГБЖ (ЦГБЖ-1) с применением технологии HYL-III мощностью 1,0 миллион тонн в год. В 2007 году ЛГОК завершил строительство второй очереди цеха по производству ГБЖ (ЦГБЖ-2) с использованием технологии MIDREX с производственной мощностью 1,4 миллиона тонн в год. В настоящее время производственная мощность ЛГОКа составляет 2,4 миллиона тонн ГБЖ в год.

После карьера мы посетили Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК), входящий в Металлургический сегмент компании. В одном из цехов комбината производят вот такие стальные заготовки. Их длина может достигать от 4 до 12 метров, в зависимости от желания заказчиков.

Видите сноп искр? В том месте отрезается брусок стали.

Интересная машина с ковшом, называется бадьевоз, в него сливают шлак в процессе производства.

В соседнем цехе ОЭМК обтачивают и полируют стальные пруты разного диаметра, прошедшие прокат в другом цехе. Кстати, это комбинат - седьмое по величине предприятие в России по производству стали и стальной продукции.В 2011 году доля производства стали на ОЭМК составила 5 % от общего объема стали, производимой в Роcсии, доля производства проката также составила 5%.

ОЭМК применяет передовые технологии, включая технологию прямого восстановления железа и электродуговой плавки, что обеспечивает производство металла высокого качества, с уменьшенным содержанием примесей.

Основными потребителями металлопродукции ОЭМК на российском рынке являются предприятия автомобильной, машиностроительной, трубной, метизной и подшипниковой промышленности.

Металлопродукция ОЭМК экспортируется в Германию, Францию, США, Италию, Норвегию, Турцию, Египет и многие другие страны.

Комбинатом освоено производство сортового проката для изготовления изделий, используемых ведущими мировыми автомобилестроителями, такими как Peugeot, Mercedes, Ford, Renault, Volkswagen. Из некоторых изделий делают подшипники для этих самых иномарок.

Кстати, не первый раз замечаю на подобных производствах женщин - крановщиц.

На этом заводе чуть ли не стерильная чистота, не характерная для подобных производств.

Нравятся сложенные аккуратно стальные пруты.

По требованию заказчика на каждое изделие клеится стикер.

На стикере проштамповывается номер плавки и код марки стали.

Противоположный конец может маркироваться краской, а к каждому пакету к готовыми изделиями крепятся бирки с номером контракта, страны назначения, марки стали, номера плавки, размера в миллиметрах, наименования поставщика и веса пакета.

Эти изделия - эталоны, по которым настраивается оборудование для точной прокатки.

А этот станок может просканировать изделие, и выявить микротрещины и дефекты до того, как металл попадет к заказчику.

На предприятии серьезно относятся к технике безопасности.

Вся вода, используемая в производстве очищается совсем недавно установленным суперсовременным оборудованием.

Это установка очистки сточных вод комбината. После обработки она чище, чем в реке, куда ее сбрасывают.

Вода техническая, почти дистиллированная. Как и любую техническую воду ее пить нельзя, но один раз можно попробовать, это не опасно для здоровья.

На следующий день мы поехали в Железногорск, находящийся в Курской области. Именно там находится Михайловский ГОК. На снимке - строящийся комплекс обжиговой машины №3. Здесь будут производить окатыши.

В его строительство будет инвестировано 450 млн. долларов. Предприятие будет построено и пущено в эксплуатацию в 2014 г.

Это макет комбината.

Затем мы поехали на карьер Михайловского ГОКа. Глубина карьера МГОКа - более 350 метров от поверхности земли, а его размер - 3 на 7 километров. На его территории на самом деле три карьера, это можно видеть на снимке со спутника. Один большой и два поменьше. Примерно через 3-5 лет карьер разрастется настолько, что станет одним большим единым, и возможно догонит по размерам Лебединский карьер.

В карьере задействовано 49 самосвалов, 54 тяговых агрегата, 21 тепловоз, 72 экскаватора, 17 буровых станков, 28 бульдозеров и 7 автогрейдеров.

В остальном добыча руды на МГОКе не отличается от ЛГОКа.

В этот раз нам все-таки удалось попасть на комбинат, где железнорудный концентрат превращают в конечный продукт - окатыши..
Окатыши — комочки измельчённого рудного концентрата. Полуфабрикат металлургического производства железа. Является продуктом обогащения железосодержащих руд специальными концентрирующими способами. Используется в доменном производстве для получения чугуна.

Для производства окатышей используют железорудный концентрат. Для удаления минеральных примесей исходную (сырую) руду мелко измельчают и обогащают различными способами.

Процесс изготовления окатышей часто называют «окомкование». Шихта, то есть смесь тонко измельчённых концентратов железосодержащих минералов, флюса (добавок, регулирующих состав продукта), и упрочняющих добавок (обычно это бентонитовая глина), увлажняется и подвергается окомкованию во вращающихся чашах (грануляторах) или барабанах-окомкователях. Они самые на снимке.

Подойдем поближе.

В результате окомкования получают близкие к сферическим частицы диаметром 5÷30 мм.

Довольно интересно наблюдать за процессом.

Затем окатыши по ленте направляются в корпус обжига.

Они высушиваются и обжигаются при температурах 1200÷1300° C на специальных установках — обжиговых машинах. Обжиговые машины (обычно конвейерного типа) представляют собой конвейер из обжиговых тележек (палет), которые движутся по рельсам.

Но на снимке - концентрат, который вскоре попадет в барабаны.

В верхней части обжиговой машины над обжиговыми тележками располагают отопительный горн, в котором происходит сжигание газообразного, твердого или жидкого топлива и формирование теплоносителя для сушки, нагревания и обжига окатышей. Различают обжиговые машины с охлаждением окатышей непосредственно на машине и с выносным охладителем. Этого процесса к сожалению мы не увидели.

Обожжённые окатыши приобретают высокую механическую прочность. При обжиге удаляется значительная часть сернистых загрязнений. Так выглядит готовый к употреблению продукт).

Несмотря на то, что оборудование служит с советских времен, процесс автоматизирован, и для контроля за ним не нужно большого количества персонала.

Стойленский рудник начали разрабатывать в 1961 году. Это одно из самых крупных месторождений Курской магнитной аномалии . Через 20 лет рядом с рудником построили горно-обогатительный комбинат (ГОК). В 1990-х предприятие акционировали и теперь ГОК входит в группу НЛМК и является одним из трёх главных поставщиков железной руды в России, на его долю приходится более 15 % рынка. Основная продукция комбината - железорудный концентрат и железная агломерационная руда. Они используются для .

Стойленский ГОК (НЛМК)

Год основания: 1961

Месторасположение: Старый Оскол, Белгородская область

Количество сотрудников:
более 6 тысяч

Чтобы добраться до богатой руды и железистых кварцитов, нужно снять и переместить в отвалы миллионы кубометров глины, суглинков, песка и мела. Позднее отработанную породу тоже пускают в дело. Мел используют при производстве цемента, песок - в строительстве, щебень - при производстве дорожных работ.

В карьере работает 24 карьерных самосвала БелАЗ грузоподъёмностью 136 тонн каждый, девять 55-тонных и шесть 10-тонных карьерных самосвалов, 39 экскаваторов и 9 буровых станков, 30 тяговых агрегатов и 12 тепловозов.

Чтобы раздробить скальную породу и железистые кварциты, нужно провести взрыв. Это происходит примерно 18 раз в год. Вначале геологи определяют места для взрывов - блоки. На выбранных блоках бурят сеть из 40–60 скважин, которые располагаются в шахматном порядке на расстоянии трёх-четырёх метров друг от друга. В скважины заливают взрывчатое вещество в виде геля и закладывают детонаторы. Общая масса взрывчатки доходит до тысячи тонн. Детонация передаётся от скважины к скважине с задержкой в доли секунды. Это делается для того, чтобы уменьшить сейсмическое воздействие на грунт.

Взрыв дробит железистые кварциты с содержанием железа 25–29 %. Затем к местам взрыва перегоняют экскаваторы. Объём их ковша составляет 10–12 кубических метров. Экскаваторы грузят раздробленную руду в автосамосвалы БелАЗ грузоподъёмностью 136 тонн. БелАЗы вывозят руду на перегрузочные склады, размещённые в верхней трети глубины карьера.

тонн железорудного концентрата - объём производства
в 2013 году

На перегрузочных складах железистые кварциты высыпают из самосвалов и грузят в вагоны для перевозки в корпус крупного дробления обогатительной фабрики.

Там руду из вагонов высыпают в дробилки крупного дробления, которые перемалывают породу, - получаются куски по 200 миллиметров в диаметре. Раздробленная руда по транспортёрным лентам передаётся в корпус среднего и мелкого дробления для дальнейшего измельчения.

Потом куски руды размером 15–20 миллиметров попадают на обогатительную фабрику. В шаровых мельницах руду снова измельчают уже в порошок. После классификации и разделения он попадает на магнитные сепараторы. Барабаны сепараторов отбирают из порошка магнитную составляющую, а пустая порода в смеси с водой отправляется в хвостохранилища.

В результате получается железорудный концентрат с содержанием железа 66,5 %. Прежде чем передать концентрат на узел отгрузки, из него с помощью вакуум-фильтров удаляют лишнюю влагу.

Железорудный концентрат с заданной влажностью и содержанием железа 66,5 % отгружают потребителям. Он будет использоваться в доменных печах для производства стали наряду с флюсами, окатышами и другими составляющими чугуна.

Фотографии: Иван Гущин

Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своем составе соединения железа, накопленные в таком объеме, которого достаточно для экономически выгодного его извлечения. Конечно, железо есть в составе всех горных пород. Но железными рудами называют именно те железистые соединения, которые настолько богаты этим веществом, что позволяют промышленную добычу металлического железа.

Типы железных руд и их основные характеристики

Все железные руды сильно отличаются по своему минеральному составу, наличию вредных и полезных примесей. Условиям их образования и, наконец, содержанию железа.

Основные материалы, которые относят к рудным, можно разделить на несколько групп:

• Оксиды железа, к которым относятся гематит, мартит, магнетит.
• Гидроксиды железа - гидрогетит и гетит;
• Силикаты - тюрингит и шамозит;
• Карбонаты - сидероплезит и сидерит.

В промышленных железных рудах железо содержится в различных концентрациях - от 16 до 72%. К полезным примесям, содержащимся в железных рудах, относят: Mn, Ni, Co, Mo, и пр. Есть и вредные примеси, к которым можно отнести: Zn, S, Pb, Cu и др.

Месторождения железных руд и технология добычи

По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:

• Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
• Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
• Метаморфогенные - это месторождения железистых кварцитов.

Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.

При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.

Отрасли применения

Железная руда является основным сырьем для получения чугуна. Он поступает на мартеновское или конвертерное производство, а также на восстановление железа. Из железа, как известно, производят самую различную продукцию, как впрочем, и из чугуна. В этих материалах нуждаются такие отрасли:

• Машиностроение и металлообработка;
• Автомобильная промышленность;
• Ракетная промышленность;
• Военная промышленность;
• Пищевая и легкая промышленность;
• Строительная отрасль;
• Добыча нефти и газа и их транспортировка.