Железная руда как полезное ископаемое 3 класс

Железная руда – важный ископаемый продукт, который человечество стало добывать много столетий назад. С давних времён железо нашло широкое применение в бытовых и прочих условиях жизни человеческого общества. Одно из ключевых преимуществ и свойств железной руды – возможность изготовления стали, получаемой в процессе её плавки.

Руда железа может иметь различные свойства, минеральный состав, а также процентное соотношение примесей и металлов в зависимости от типа и места её разработки. Найти места добычи железорудных минералов с соответствующим техническим оснащением не представляется сложной задачей, поскольку железо составляет более 5% твёрдых залежей земной коры по всей поверхности планеты. Согласно Википедии и другим достоверным источникам, железная руда занимает четвёртое место по распространённости среди полезных ископаемых, добываемых в окружающем мире.

Тем не менее, найти этот металл в природе в чистом виде не представляется возможным – отыскать его можно в определённых количествах в большинстве известных типов и вида камня (горных пород). Минералы (железорудные) одни из наиболее выгодных в плане добычи. От характера происхождения железной руды зависит количественное содержание в ней железа.

Как выглядит руда железа и что собой представляет?

В качестве ключевого химического элемента железо входит в состав множества горных пород. Тем не менее, далеко не каждая такая порода может быть потенциальным сырьевым продуктом для добычи и разработки. Целесообразность разработки железных руд, как таковых, во многом зависит от процентного состава.

Его добычей плотно занялись более 3 тысяч лет назад, что обусловлено возможностью изготавливать на основе железа более качественных и прочных изделий в сравнении с бронзой и медью, которые стали добываться ещё раньше. Уже в те времена, мастера, работавшие с плавильнями, могли точно различать виды железной руды.

В настоящее время принято выделять несколько типов сырья, пригодного для последующей выплавки полезного металла:

• магнетиновый;
• магнетино-апатитный;
• магнетино-титановый;
• гидрогетит-гетитовый;
• гематито-магнетиновый.

Богатым считается месторождение железной руды с процентным составным содержанием железа 57%. Но, как уже было сказано выше, целесообразными могут быть разработки залежей, в которых руда содержит 26% этого полезного металла. В составе горных пород железо преобладает в виде оксидов. Остальные составляющие представляют собой фосфор, серу и кремнезёмы.

Существуют таблицы железной руды, в которых отражен её сырьевой, химический состав и процентное содержание железа. Если руководствоваться численными показателями большинства таких таблиц, то условно можно разделить ценные руды по степени их богатства и свойствам на 4 категории

• очень богатые – содержание основного металла более 65%;
• умеренно богатые – средний процент железа 60-65%;
• умеренные – от 45% и более;
• бедные – менее 45% добываемых полезных элементов в целом.

В зависимости от количества побочных примесей, входящих в состав разрабатываемого месторождения железа, требуется большее или меньшее количество энергии на переработку. От этого во многом зависит эффективность производства готовой продукции на основе железа.

Характер происхождения

Большая часть известных рудниковых типов была сформирована под влиянием трёх основных факторов. От них, собственно, зависят особенности и характеристики руды железа.

Магматическое формирование. Магматические составы формировались под воздействием высоких температур магмы либо при условии высокой активности древних вулканов. По сути, имели место естественные процессы перемешивания и переплавки горных пород.

Эта разновидность полезных ископаемых представляет собой кристаллические минеральные ископаемые соединения, отличающиеся высоким процентом содержания железа. Залежи магматических ископаемых, как правило, можно обнаружить в зонах старинного образования гористых местностей. Именно в этих местах расплавленные вещества подходили максимально близко к поверхностным слоям почвы.

Метаморфическое формирование. В процессе такого формирования образуются минералы осадочного типа. Суть этого процесса сводится к передвижению отдельных участков коры Земли при котором определённые пласты, богатые определёнными элементами, попадают под породы, залёгшие выше.

Полезные ископаемые, которые образовались при очередном перемещении, мигрируют ближе к земляной поверхности. Железная руда, которая образуется в процессе метаморфического формирования, как правило, имеет высокое процентное содержание полезных металлических соединений и располагается не слишком глубоко от поверхности. Один из наиболее распространённых примеров – железняк магнитный, содержащий в своём составе до 75% железа.

Осадочное формирование. В данном случае основные факторы этого типа формирования рудников – естественные силы природы, в частности ветры и вода. Пласты породы подвергаются разрушению и перемещению в низины – именно здесь они скапливаются, формируя отдельные слои. В качестве реагента выступает вода, которая выщелачивает исходные материалы. В ходе таких процессов формируются залежи бурого железняка, представляющего собой рассыпчатую, разрыхлённую массу с высоким содержанием минеральных примесей и процентным содержанием железа до 35-40%.

За счёт различной специфики образования метаморфических пород сырьё часто перемешивается внутри пластов с магматической породой, известняком и глиной. В одном и том же месторождении, обозначенном соответствующим знаком на карте, обнаруживаются различные по происхождению залежки, которые перемешаны между собой. Места, предположительно богатые осадочными железными рудами в этом случае определяются в ходе геологических разведочных мероприятий.

Основные свойства и типы. Из какой руды получают железо?

К наиболее распространённому типу принято относить красный железняк, основой которого служит гематитовый оксид. В его составе содержится минимум побочных примесей и свыше 70% железа.

Следующий по распространённости – бурый железняк (лимонит), представляющий собой оксид железа, содержащий в своём составе H2O. Как правило, в состав лимонита входит порядка четверти процентного содержания железа. В природе бурый железняк можно встретить в форме пористых, рыхлых пород, содержащих фосфор и марганец. В качестве пустой породы в руде содержится глина.

Магнитная руда железа содержит в своём составе магнитный оксид, свойства которого теряются в условиях сильного нагрева. В природе встречается намного реже вышеперечисленных пород и по процентному соотношению железа в некоторых случаях не уступает красному железняку.

Железняк шпатовый – рудная порода, содержащая сидерит с высоким содержанием глины в составе. Это весьма редкая порода, а за счёт малого содержания железа добывают его намного реже, особенно если речь идёт о промышленном применении.

Помимо оксидов существуют другие железорудные типы, в основу которых входят карбонаты и силикаты.

Географическое расположение ключевых месторождений

Все основные месторождения принято делить на:

1. Метаморфогенные – кварцитовые залежи;
2. Экзогенные – бурый железняк и прочие осадочные породы;
3. Эндогенные – преимущественно титаномагнетитовые составы.

Подобные рудные залежи встречаются практически на каждом континенте. Большая часть железорудных залежей находится на территории стран СНГ, в частности это территория Казахстана, России и Украины. Достаточно большими запасами железорудных скоплений могут похвастать такие государства, как ЮАР, Индия, США, Австралия, Канада и Бразилия. Существуют карты месторождений железной руды, как в мировых масштабах, так и с более подробным указанием залежей на территории конкретного государства.

Значение железной руды и сферы, в которых она используется

По преимуществу все отрасли, в которых задействованы эти полезные ископаемые, связаны с металлургической сферой. По большей части руду железа используют при выплавке чугуна с использованием конверторной или мартеновской печи. В свою очередь чугун широко применим во многих промышленных отраслях.

Сегодня крайне популярен и активно изготавливается и другой сверхпрочный, антикоррозийный сплав – сталь, для чего также используются железорудные ископаемые. Это наиболее популярный промышленный сплав, который славится устойчивостью к коррозии и высокой прочностью.

Стальные и чугунные материалы применяют в следующих отраслях:

• ракетостроительная и военная промышленность, производство специальной техники;
• машиностроение, включая изготовление станков и прочих заводских механизмов;
• автомобильное производство (изготавливаются автомобильные рамы, элементы двигателей, корпуса и прочие механические узлы);
• добывающая промышленность (производство тяжёлого добывающего оборудования и прочей спецтехники);
• строительство – армирующие материалы, создание несущего каркаса.

Способы добычи

Методы и способы извлечения рудных ископаемых ресурсов из недр зависят от глубины, на которой залегает искомый материал. В этом контексте принято выделять три основных способа:

Скважинный метод (гидродобыча) – для работы таким способом специалисты бурят скважины, достигающие пластов пород. В образовавшиеся створы помещаются трубчатые конструкции, через которые мощной водной струёй производится дробление материала и её извлечение. Это наименее эффективный, косный и устаревший метод, который в наши дни используется достаточно редко.

Шахтенный метод – используется при условии, что пласты залегают более глубоко (до 900 метров). Прежде всего прорубаются шахтенные створы – от них по пласту разрабатываются штреки. Порода дробится и поступает на поверхность по специальным транспортёрам.

Карьерный метод – в отличие от скважинного, считается наиболее распространённым. Его используют для работы на средней глубине (до 300 метров). Для разработки применяются мощные экскаваторы и механизмы, дробящие породу. После дробления материал отгружают и транспортируют прямиком на обогатительный комбинат.

Как обогащаются железорудные материалы?

В силу существования различных типов руд по степени того, сколько железа содержится в руде, менее обогащённые материалы отправляются на специальные комбинаты, где они подвергаются сортировке, дроблению, сепарации и агломерации.

В целом можно выделить 4 основных метода рудного обогащения:

Флотация. Специально подготовленная пылеобразная масса погружается в H2O с добавлением воздуха и веществ, которые называются флотационными реагентами. Отсюда и название самого процесса – флотация. Они соединяют частицы железа с пузырьками воздуха и поднимает их на поверхность в пенистом виде. Пустые породы оседают на дне.

Магнитная сепарация. Самый распространённый способ, основанный на разнице воздействия магнетизма на различные составляющие рудной массы. Сепарация может проводиться в случае с мокрыми и сухими породами. В ходе переработки используются барабанные механизмы, оснащённые мощными электромагнитными элементами.

Гравитационная очистка. Для её проведения используются специальные суспензии с плотностью ниже плотности железа и выше плотности пустых пород. Естественные силы гравитации выталкивают побочные составляющие кверху, а суспензия вбирает в себя частицы железа и оставляет их снизу.

Промывка. Используется для устранения из добываемых материалов песков и глины – для их отделения достаточно использовать водную струю под большим напором. Процесс происходит под высоким давлением и обеспечивает до 5% обогащения. Это сравнительно малый показатель, потому этот метод всегда используется в паре с другими способами.

Когда о чём-нибудь говорят «железный», имеют в виду — прочный, крепкий, несокрушимый. Не удивительно услышать: «железная воля», железное здоровье» и даже «железный кулак». Что же такое железо?

История названия

Железо в чистом виде — металл серебристого цвета, по латыни оно называется Fe (феррум). О происхождении русского названия учёные спорят. Одни считают, что оно возникло от слова «джальджа», что в переводе с санскрита значит металл, другие уверяют, что это слово «жель», означающее «блестеть».

Как люди получили железо?

Впервые железо очутилось в руках человека, обрушившись с неба. Ведь многие метеориты были почти полностью железными. Поэтому в Древнем Египте изображали предметы из этого металла синими — цвета неба. Многие народы имеют мифы о небесном происхождении железных орудий — якобы их дали боги.

Что такое «железный век»?

Когда человек открыл бронзу, начался «бронзовый век». Позже ему на смену пришел «железный». Так назвали время, когда халибы, народ, живший на берегу Чёрного моря, научились плавить в специальных печах особый песок. Полученный метал был красивого серебристого цвета и не ржавел.

Всегда ли золотые изделия ценились выше?

В те времена, когда железо выплавлялось из метеоритов, из него в основном делали украшения, носить которые могли лишь люди знатного рода. Часто эти украшения имели золотую оправу, а в Древнем Риме даже обручальные кольца были железными. Сохранилось письмо, написанное одним из фараонов Египта царю хеттов, где тот просил выслать ему железо, обещая заплатить золотом в любом количестве.

Мировые чудеса, сделанные из железа

В Индии, в Дели, стоит древняя колонна высотой больше семи метров. Она сделана из чистого железа ещё в 415 году нашей эры. Но и сейчас на ней нет ни следа ржавчины. По легенде, прикосновение к колонне спиной дает исполнение заветного желания. Ещё одно грандиозное железное сооружение — Эйфелева башня. Для изготовления символа Парижа потребовалось более семи тысяч тонн металла.

Откуда берется железо?

Чтобы получить железо, нужна железная руда. Это минералы, камни, в которых железо соединено с разными другими веществами. Очищая железо от примесей, и получают нужный металл. Например, сырьём может быть магнитный железняк, в котором содержится до 70% железа. Железняк — чёрный или тёмно-серый камень. В России его добывают на Урале, например, в недрах горы, которая так и называется — Магнитная.

Как добывают руду?

Месторождения железной руды имеются не только в России, но также на Украине, в Швеции, в Норвегии, в Бразилии, в США и некоторых других странах. Запасы этого ископаемого не везде одинаковые, его начинают добывать только в том случае, если это представляется выгодным, ведь разработка стоит дорого и не окупится, если железа окажется слишком мало.

Чаще всего железную руду добывают открытым методом. Копают огромную яму, которая называется карьер. Она очень глубокая — полкилометра в глубину. А ширина зависит от того, много ли вокруг руды. Специальные машины вычерпывают руду, отделяя её от ненужной породы. Затем грузовики отвозят её на заводы.

Однако не любое месторождение можно разрабатывать таким способом. Если руда глубоко, приходится для её добычи делать шахты. Для шахты сначала роют глубокий колодец, который называется ствол, а внизу от него отходят коридоры — штреки. Вниз спускаются шахтеры. Это отважные люди, они находят руду и взрывают её, а потом по кускам переправляют на поверхность. Работа шахтёров очень опасна, ведь шахта может обрушиться, а ещё внизу бывают опасные газы, да и при взрыве люди могут пострадать, хотя они очень осторожны и соблюдают правила техники безопасности.

Как из руды получается железо?

Но добыть руду — это еще не все! Ведь получение железа из руды — тоже непростой процесс. Хотя выплавлять железо из руды научились уже давно. В древности выплавкой его занимались кузнецы, они были очень уважаемыми людьми. В специальную печь, которая называется горн, клали руду и древесный уголь, а затем поджигали. Однако обычная температура горения недостаточно высока для выплавки, поэтому огонь раздували, используя мехИ — приспособление, выдувающее воздух с большой силой. Сначала их двигали руками, а позже научились использовать силу воды. В результате нагревания получалась спекшаяся масса, которую потом кузнец ковал, придавая железу нужную форму.

Сплавы

Чаще использовалось (да и сейчас используется) не чистое железо, а сталь или чугун. Это сплав железа с углекислым газом. Если в сплаве более 2% углерода, то получается чугун. Он непрочный, зато легко плавится и ему можно придать любую форму. Если углерода меньше 2%, то получается сталь. Она очень прочная и используется для изготовления множества нужных вещей, машин, оружия.

Сейчас, конечно, применяются другие методы, хотя принцип их тот же: выплавка с добавлением углекислоты при высокой температуре. В настоящее время для этой цели используют электричество.

Зачем железо человеческому организму?

Если человеку не хватает железа, он болеет. Этот металл нужен для образования гемоглобина, который доставляет кислород каждой клеточке тела. Поэтому надо есть продукты, богатые железом — печень, бобовые, яблоки.