鉄鉱石-現代産業の基盤

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鉄鉱石-現代産業の基盤
写真: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
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今日、私たちの周りの多くのものが作られている鋼のない生活を想像することは困難です。

この金属の基礎は、鉱石を製錬することによって得られる鉄です。鉄鉱石は、その抽出の実現可能性を決定する、起源、品質、抽出方法が異なります。また、鉄鉱石は、その鉱物組成、金属と不純物の割合、および添加剤自体の有用性によって区別されます。化学元素としての鉄は多くの岩石の一部ですが、すべてが鉱業の原料と見なされているわけではありません。それはすべて、物質のパーセンテージ組成に依存します。

鉄鉱石は、有用な金属の量が経済的にそれを抽出することを可能にする鉱物の形成です。

鉄が銅や青銅に比べてより高品質で耐久性のある製品を生産することを可能にしたので、そのような原材料は3000年前に採掘され始めました。そして、その当時すでに、製錬所を持っていた職人が鉱石の種類を区別していました。

今日、次の種類の原材料がさらなる金属製錬のために採掘されています:

  • チタン-マグネタイト;
  • アパタイト-マグネタイト;
  • マグネタイト;
  • マグネタイト-ヘマタイト;
  • ゲータイト-ハイドロゲータイト。

鉄鉱石は、少なくとも57%の鉄が含まれている場合、豊富であると見なされます。しかし、開発は26%で適切であると見なすことができます。

Iron ore
Iron ore. 写真: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

岩石の組成に含まれる鉄は酸化物の形をしていることが多く、残りの添加物はシリカ、硫黄、リンです。

鉄鉱石の起源

火成

このような鉱石は、高温のマグマや古代の火山活動、つまり他の岩石の再溶解と混合にさらされた結果として形成されました。このような鉱物は、鉄の割合が高い硬い結晶性の鉱物です。火成起源の鉱床は通常、溶融物が地表に接近した古い山岳地帯に関連しています。

火成岩の形成過程は次のとおりです。さまざまな鉱物(マグマ)の溶融物は非常に流動的な物質であり、断層点で亀裂が形成されると、それがそれらを満たし、冷却して、結晶構造。このようにして、地球の地殻でマグマが凍った層が形成されました。

変成

これは、堆積タイプの鉱物がどのように変換されるかです。プロセスは次のとおりです。地球の地殻の特定のセクションを移動するとき、必要な要素を含むその層のいくつかは、上にある岩の下に落ちます。深部では、それらは上層の高温高圧にさらされます。何百万年ものそのような暴露の間に、化学反応がここで起こり、それが原料の組成、物質の結晶化を変化させます。そして、次の動きの過程で、岩は表面に近づきます。

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通常、この起源の鉄鉱石は深すぎず、有用な金属組成の割合が高くなります。たとえば、明るい例として、磁性鉄鉱石(最大73〜75%の鉄)。

堆積物

鉱石形成のプロセスの主な「労働者」は水と風です。岩の層を破壊し、それらを低地に移動し、そこで層に蓄積します。さらに、試薬としての水は、原料を変更する可能性があります(浸出)。その結果、茶色の鉄鉱石が形成されます。これは、30%から40%の鉄を含み、さまざまな不純物が多数含まれている、もろくて緩い鉱石です。

原材料は、さまざまな形成方法により、粘土、石灰岩、火成岩と層状に混合されることがよくあります。異なる起源の堆積物が1つのフィールドに混在する場合があります。しかし、ほとんどの場合、リストされている種類の品種の1つが優勢です。

地質調査によって特定の地域で起こっているプロセスの概観を確立した後、彼らは鉄鉱石の発生の可能性のある場所を決定します。たとえば、クルスク磁気異常、またはクリヴォイ・ログ盆地のように、マグマと変成の影響の結果として、工業的に価値のある種類の鉄鉱石が形成されました。

工業規模での鉄鉱石採掘

人類は非常に昔に鉱石を抽出し始めましたが、ほとんどの場合、硫黄の不純物が多い低品質の原料(堆積岩、いわゆる「湿地」鉄)でした。開発と製錬の規模は絶えず増加しました。今日、鉄鉱石のさまざまな鉱床の全体的な分類が構築されています。

主な種類の工業用預金

すべての鉱床は、岩石の起源に応じてタイプに分類されます。これにより、主な鉄鉱石地域と二次的な鉄鉱石地域を区別することができます。

Iron ore
Iron ore. 写真: Samrat35 | Dreamstime

これらには、次のデポジットが含まれます。

  • 変成法によって形成されたさまざまな種類の鉄鉱石(鉄質珪岩、磁性鉄鉱石)の鉱床で、そこから非常に豊富な鉱石を抽出することができます。通常、堆積物は、地球の地殻内の岩石の形成の最も古いプロセスに関連付けられており、シールドと呼ばれる形成物の上にあります。
クリスタルシールドは大きく湾曲したレンズ構造です。 45億年前の地殻形成の段階で形成された岩石で構成されています。

このタイプの最もよく知られている鉱床は、クルスク磁気異常、クリヴォイログ盆地、スペリオル湖(米国/カナダ)、オーストラリアのハマーズリー州、ブラジルのミナスジェライス鉄鉱石地域です。

  • 層状堆積岩の堆積物。これらの堆積物は、風と水によって破壊された鉱物の組成に存在する鉄に富む化合物の沈降の結果として形成されました。このような鉱床に含まれる鉄鉱石の顕著な例は、茶色の鉄鉱石です。
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最も有名で大きな鉱床は、フランスのロレーヌ盆地と同じ名前の半島(ロシア)のケルチです。

  • スカルン鉱床。通常、鉱石は火成および変成起源であり、その層は形成後、山の形成時に移動しました。つまり、ある深さで層状に配置された鉄鉱石は、リソスフェアプレートの移動中に褶曲にくしゃくしゃにされて表面に移動しました。そのような堆積物は、より頻繁に、不規則な形状の層または柱の形で折り畳まれた領域に位置する。マグマによって形成されます。そのような鉱床の代表者:マグニトゴルスク(ウラル、ロシア)、サルベイスコエ(カザフスタン)、アイアンスプリングス(米国)など。
  • チタノマグネタイト鉱床。それらの起源は火成岩であり、ほとんどの場合、古代の岩盤の露頭、つまり盾に見られます。これらには、ノルウェー、カナダ、ロシア(Kachkanarskoye、Kusinskoye)の流域と堆積物が含まれます。
  • 2016年にロシアで約100の鉱床が発見されました

マイナーな鉱床には、アパタイト-マグネタイト、マグノ-マグネタイト、菱鉄鉱、ロシア、ヨーロッパ、キューバなどで開発されたフェロマンガン鉱床が含まれます。

鉄鉱石の採掘方法

鉄鉱石の継ぎ目はさまざまな深さにあり、腸からの抽出方法を決定します。

キャリアウェイ

最も一般的な採石方法は、堆積物が約200〜300メートルの深さで見つかった場合に使用されます。開発は、強力な掘削機と砕石プラントを使用して行われます。その後、加工工場への輸送のために積み込まれます。

Iron ore
Iron ore. 写真: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

鉱山法

ピット法は、より深い層(600〜900メートル)に使用されます。最初に、鉱山サイトに穴が開けられ、そこからドリフトが継ぎ目に沿って発達します。砕いた岩がコンベヤーの助けを借りて「山に」供給されるところから。鉱山からの鉱石も加工工場に送られます。

水力抽出

まず、ダウンホールの水力生産のために、岩層に井戸が掘削されます。その後、パイプをターゲットに持ち込み、強力な水圧で鉱石を粉砕し、さらに抽出します。しかし、今日のこの方法は効率が非常に低く、ほとんど使用されていません。たとえば、原材料の3%がこの方法で抽出され、70%が鉱山で抽出されます。

採掘後、鉄鉱石材料を処理して、金属を製錬するための主要な原料を得る必要があります。

鉄鉱石の濃縮

鉱石の組成には多くの不純物が含まれているため、必要な鉄に加えて、最大の有用な収率を得るためには、製錬用の材料(濃縮物)を準備して岩石を洗浄する必要があります。すべてのプロセスは、鉱業および加工工場で実施されます。さまざまな種類の鉱石に対して、独自の方法と、不要な不純物の精製および除去の方法が適用されます。

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たとえば、磁性鉄鉱石の濃縮の技術的連鎖は次のとおりです。

  • 最初に、鉱石は破砕プラント(ジョークラッシャーなど)の破砕段階を通過し、ベルトコンベヤーによって分離ステーションに供給されます。
  • 電磁分離器を使用して、磁性鉄岩の一部を廃廃岩から分離します。
  • その後、鉱石の塊は次の破砕に運ばれます。
  • 粉砕された鉱物は次の洗浄ステーション、いわゆる振動ふるいに移されます。ここでは、有用な鉱石がふるいにかけられ、軽い不要な岩から分離されます。
  • 次の段階は、不純物の小さな粒子が振動によって分離される微細な鉱石ホッパーです。
  • その後のサイクルには、次の水の追加、鉱石塊の粉砕とスラリーポンプへの通過、液体と一緒の不要なスラッジ(廃石)の除去、および再度の粉砕が含まれます。
  • ポンプで繰り返し洗浄した後、鉱石はいわゆるスクリーンに入り、重力法によって再び鉱物を洗浄します。
  • 繰り返し精製された混合物は、水を除去する脱水機に送られます。
  • 排出された鉱石は再び磁気分離器に送られ、その後気液ステーションに送られます。
茶色の鉄鉱石はわずかに異なる原理に従って精製されますが、濃縮の主なタスクは生産用の最も純粋な原材料を入手することであるため、この本質は変わりません。

濃縮により、製錬に使用される鉄鉱石精鉱が得られます。

鉄鉱石の使用

金属を得るために鉄鉱石が使用されていることは明らかです。しかし、2000年前、冶金学者は、純粋な形の鉄はかなり柔らかい素材であり、その製品は青銅よりもわずかに優れていることに気づきました。その結果、鉄と炭素鋼の合金が発見されました。

Iron ore
Iron ore. 写真: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
鋼の場合、炭素は材料を強化するセメントの役割を果たします。通常、このような合金には0.1〜2.14%の炭素が含まれており、0.6%以上はすでに高炭素鋼です。

今日、製品、機器、機械の膨大なリストがこの金属から作られています。しかし、鋼の発明は、職人が強力な特性を持ちながら、同時に優れた柔軟性、展性、およびその他の技術的、物理的、化学的特性を備えた材料を入手しようとする武器産業の発展に関連していました。今日、高品質の金属には、それを合金化する他の添加剤があり、硬度と耐摩耗性を追加しています。

鉄鉱石から製造される2番目の材料は鋳鉄です。また、鉄と炭素の合金であり、2.14%以上含まれています。

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長い間、鋳鉄は、鉄鋼製錬の技術に違反することによって、または製錬炉の底に沈殿する副産物として得られた、役に立たない材料と見なされていました。基本的に、それは捨てられ、鍛造することはできません(もろく、実質的に延性はありません)。

大砲が登場する前、彼らはさまざまな方法で鋳鉄を農場に取り付けようとしました。たとえば、建設では、基礎ブロックはそれから作られ、棺はインドで作られ、中国では、もともとコインが鋳造されました。大砲の出現により、大砲の鋳造に鋳鉄を使用できるようになりました。

今日、鋳鉄は多くの産業、特に機械工学で使用されています。また、この金属は鉄鋼の製造に使用されます(平炉とベスマー法)。

生産量の増加に伴い、ますます多くの材料が必要になり、それが鉱床の集中的な開発に貢献しています。しかし、先進国は、比較的安価な原材料を輸入する方が便利であると考えており、自国の生産量を減らしています。これにより、主要な輸出国は、鉄鉱石の生産を増やし、さらに濃縮して精鉱として販売することができます。

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