ทุกวันนี้ เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตที่ปราศจากเหล็ก ซึ่งสิ่งต่างๆ รอบตัวเราถูกสร้างขึ้นมา
พื้นฐานของโลหะนี้คือเหล็กที่ได้จากการถลุงแร่ แร่เหล็กมีความแตกต่างในด้านแหล่งกำเนิด คุณภาพ วิธีการสกัด ซึ่งกำหนดความเป็นไปได้ของการสกัด นอกจากนี้แร่เหล็กยังโดดเด่นด้วยองค์ประกอบแร่เปอร์เซ็นต์ของโลหะและสิ่งสกปรกตลอดจนประโยชน์ของสารเติมแต่ง เหล็กเป็นองค์ประกอบทางเคมีเป็นส่วนหนึ่งของหินหลายชนิด อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกก้อนที่ถือเป็นวัตถุดิบสำหรับการขุด ทุกอย่างขึ้นอยู่กับองค์ประกอบร้อยละของสาร
วัตถุดิบดังกล่าวเริ่มมีการขุดเมื่อ 3000 ปีที่แล้ว เนื่องจากเหล็กทำให้สามารถผลิตสินค้าคงทนที่มีคุณภาพดีกว่าทองแดงและทองแดงได้ และในเวลานั้นช่างฝีมือที่ถลุงแร่ได้แยกแยะประเภทของแร่
ทุกวันนี้ วัตถุดิบประเภทต่อไปนี้ถูกขุดเพื่อหลอมโลหะเพิ่มเติม:
- ไททาเนียม-แม่เหล็ก
- อะพาไทต์-แม่เหล็ก
- แม่เหล็ก;
- แม่เหล็ก-เฮมาไทต์
- เกอไทต์-ไฮโดรโกเอไทต์
แร่เหล็กถือว่าอุดมไปด้วยธาตุเหล็กอย่างน้อย 57% แต่การพัฒนาสามารถพิจารณาความเหมาะสมได้ที่ 26%
เหล็กในองค์ประกอบของหินมักอยู่ในรูปแบบของออกไซด์สารเติมแต่งที่เหลือคือซิลิกากำมะถันและฟอสฟอรัส
ที่มาของแร่เหล็ก
อัคนี
แร่ดังกล่าวเกิดขึ้นจากการสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงของแมกมาหรือการระเบิดของภูเขาไฟในสมัยโบราณ กล่าวคือ การหลอมและการผสมของหินอื่นๆ แร่ธาตุดังกล่าวเป็นแร่ธาตุที่เป็นผลึกแข็งซึ่งมีธาตุเหล็กสูง แหล่งแร่ที่เกิดจากอัคนีมักเกี่ยวข้องกับเขตสร้างบนภูเขาเก่า ซึ่งวัสดุหลอมเหลวเข้ามาใกล้พื้นผิว
การเปลี่ยนแปลง
นี่คือการเปลี่ยนแปลงของแร่ธาตุประเภทตะกอน กระบวนการมีดังนี้ เมื่อเคลื่อนย้ายบางส่วนของเปลือกโลก ชั้นบางชั้นที่มีองค์ประกอบที่จำเป็นจะตกอยู่ใต้หินที่วางอยู่ ที่ระดับความลึกพวกเขาอยู่ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงของชั้นบน ในช่วงหลายล้านปีของการสัมผัสดังกล่าว ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นที่นี่ซึ่งเปลี่ยนองค์ประกอบของวัสดุต้นทาง การตกผลึกของสาร จากนั้นในกระบวนการเคลื่อนที่ครั้งต่อไป ก้อนหินจะอยู่ใกล้ผิวน้ำมากขึ้น
โดยปกติแร่เหล็กจากแหล่งกำเนิดนี้ไม่ลึกเกินไปและมีองค์ประกอบโลหะที่มีประโยชน์ในเปอร์เซ็นต์สูง ตัวอย่างเช่นเป็นตัวอย่างที่ชัดเจน – แร่เหล็กแม่เหล็ก (ธาตุเหล็กมากถึง 73-75%)
ตะกอน
“คนงาน” หลักของกระบวนการสร้างแร่คือน้ำและลม ทำลายชั้นหินและเคลื่อนย้ายพวกมันไปยังที่ราบลุ่มซึ่งพวกมันสะสมเป็นชั้นๆ นอกจากนี้ น้ำในฐานะรีเอเจนต์ยังสามารถปรับเปลี่ยนวัสดุต้นทาง (ชะล้าง) ได้ เป็นผลให้เกิดแร่เหล็กสีน้ำตาล – แร่ร่วนและหลวมที่มีธาตุเหล็ก 30% ถึง 40% พร้อมสิ่งสกปรกต่าง ๆ จำนวนมาก
เมื่อมีการกำหนดโดยการสำรวจทางธรณีวิทยาด้วยภาพคร่าวๆ ของกระบวนการที่เกิดขึ้นในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง พวกเขากำหนดสถานที่ที่เป็นไปได้ด้วยการเกิดแร่เหล็ก ตัวอย่างเช่น ความผิดปกติของแม่เหล็ก Kursk หรือแอ่ง Krivoy Rog ซึ่งเป็นผลมาจากอิทธิพลของแมกมาติกและการเปลี่ยนแปลง ประเภทของแร่เหล็กที่มีค่าในแง่ของอุตสาหกรรมได้ถูกสร้างขึ้น
การขุดแร่เหล็กในระดับอุตสาหกรรม
มนุษย์เริ่มสกัดแร่เมื่อนานมาแล้ว แต่ส่วนใหญ่มักจะเป็นวัตถุดิบคุณภาพต่ำที่มีสิ่งเจือปนที่สำคัญของกำมะถัน (หินตะกอนที่เรียกว่าเหล็ก “บึง”) ขนาดของการพัฒนาและการหลอมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง วันนี้มีการสร้างการจำแนกประเภทของแร่เหล็กต่างๆ
เงินฝากอุตสาหกรรมประเภทหลัก
แหล่งแร่ทั้งหมดถูกแบ่งออกเป็นประเภทขึ้นอยู่กับที่มาของหิน ซึ่งจะทำให้สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างแร่เหล็กหลักและแร่รองได้
ซึ่งรวมถึงเงินฝากต่อไปนี้:
- แหล่งแร่เหล็กประเภทต่างๆ (แร่ควอทซ์ไซต์ แร่เหล็กแม่เหล็ก) ซึ่งเกิดขึ้นจากวิธีการแปรสภาพ ซึ่งทำให้สามารถสกัดแร่ที่อุดมสมบูรณ์มากออกจากแร่เหล่านี้ได้ โดยทั่วไป ตะกอนจะสัมพันธ์กับกระบวนการที่เก่าแก่ที่สุดของการก่อตัวของหินในเปลือกโลกและอยู่บนชั้นหินที่เรียกว่าโล่
แหล่งแร่ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ: ความผิดปกติของแม่เหล็ก Kursk, แอ่ง Krivoy Rog, ทะเลสาบสุพีเรียร์ (สหรัฐอเมริกา/แคนาดา), จังหวัด Hamersley ในออสเตรเลีย และภูมิภาคแร่เหล็ก Minas Gerais ในบราซิล
- การสะสมของหินตะกอนที่เป็นเตียง ตะกอนเหล่านี้เกิดจากการตกตะกอนของสารประกอบที่อุดมด้วยธาตุเหล็กซึ่งมีอยู่ในองค์ประกอบของแร่ธาตุที่ถูกทำลายโดยลมและน้ำ ตัวอย่างที่ชัดเจนของแร่เหล็กในแหล่งดังกล่าวคือแร่เหล็กสีน้ำตาล
แหล่งที่มีชื่อเสียงและมีขนาดใหญ่ที่สุดคือลุ่มน้ำ Lorraine ในฝรั่งเศสและ Kerch บนคาบสมุทรที่มีชื่อเดียวกัน (รัสเซีย)
- เงินฝากสกาญจน์ โดยปกติแร่จะมีแหล่งกำเนิดจากอัคนีและหินแปร ซึ่งชั้นต่างๆ หลังจากการก่อตัว ถูกแทนที่ในช่วงเวลาของการก่อตัวของภูเขา กล่าวคือ แร่เหล็กที่อยู่ในชั้นลึก ถูกพับเป็นรอยพับและเคลื่อนขึ้นสู่ผิวน้ำระหว่างการเคลื่อนที่ของแผ่นธรณีภาค เงินฝากดังกล่าวมักจะอยู่ในพื้นที่พับในรูปแบบของชั้นหรือเสาที่มีรูปร่างผิดปกติ เกิดจากแมกมา ตัวแทนของเงินฝากดังกล่าว: Magnitogorsk (Urals, Russia), Sarbayskoye (คาซัคสถาน), Iron Springs (USA) และอื่น ๆ
- แร่ไททาโนแมกเนไทต์ ต้นกำเนิดของพวกมันคืออัคนีซึ่งส่วนใหญ่มักพบที่โขดหินโบราณ – เกราะ ซึ่งรวมถึงแอ่งน้ำและแหล่งน้ำในนอร์เวย์ แคนาดา รัสเซีย (คัคคานาสกอย คูซินสกอย)
- ค้นพบแหล่งแร่ประมาณร้อยแหล่งในรัสเซียในปี 2016
เงินฝากรอง ได้แก่ อะพาไทต์-แมกเนไทต์ แมกโน-แมกเนไทต์ ไซเดอร์ไรต์ เฟอร์โรแมงกานีสที่พัฒนาในรัสเซีย ยุโรป คิวบา และอื่นๆ
วิธีการขุดแร่เหล็ก
รอยต่อของแร่เหล็กอยู่ที่ระดับความลึกต่างกัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดวิธีการสกัดจากลำไส้
เส้นทางอาชีพ
วิธีการทำเหมืองหินที่พบมากที่สุดจะใช้เมื่อพบตะกอนที่ความลึกประมาณ 200-300 เมตร การพัฒนาเกิดขึ้นจากการใช้รถขุดและโรงบดหินที่ทรงพลัง หลังจากนั้นจะโหลดเพื่อขนส่งไปยังโรงงานแปรรูป
วิธีการทำเหมือง
วิธีหลุมใช้สำหรับชั้นที่ลึกกว่า (600-900 เมตร) เริ่มแรกไซต์ของฉันถูกเจาะซึ่งมีการพัฒนาดริฟท์ไปตามตะเข็บ จากที่หินบดถูกป้อน “ไปยังภูเขา” โดยใช้สายพานลำเลียง แร่จากเหมืองจะถูกส่งไปยังโรงงานแปรรูปด้วย
การสกัดด้วยน้ำ
ประการแรก สำหรับการผลิตไฮดรอลิกในหลุมเจาะ จะมีการเจาะรูที่ชั้นหิน หลังจากนั้นท่อจะถูกนำเข้าสู่เป้าหมายแร่จะถูกบดขยี้ด้วยแรงดันน้ำอันทรงพลังพร้อมการสกัดเพิ่มเติม แต่วิธีนี้ในปัจจุบันมีประสิทธิภาพต่ำมากและมีการใช้กันค่อนข้างน้อย ตัวอย่างเช่น 3% ของวัตถุดิบถูกสกัดด้วยวิธีนี้ และ 70% โดยเหมือง
หลังจากการขุดจะต้องแปรรูปแร่เหล็กเพื่อให้ได้วัตถุดิบหลักสำหรับการถลุงโลหะ
เสริมแร่เหล็ก
เนื่องจากมีแร่เจือปนอยู่เป็นจำนวนมาก นอกจากธาตุเหล็กที่จำเป็นแล้ว เพื่อให้ได้ผลผลิตที่มีประโยชน์สูงสุด จึงจำเป็นต้องทำความสะอาดหินด้วยการเตรียมวัสดุ (ความเข้มข้น) สำหรับการหลอม กระบวนการทั้งหมดดำเนินการที่โรงงานทำเหมืองและแปรรูป สำหรับแร่ประเภทต่าง ๆ จะใช้วิธีการและวิธีการทำให้บริสุทธิ์และกำจัดสิ่งสกปรกที่ไม่จำเป็นของตัวเอง
ตัวอย่างเช่น ห่วงโซ่เทคโนโลยีของการเสริมแร่เหล็กแม่เหล็กมีดังนี้:
- ในขั้นต้น แร่จะผ่านขั้นตอนการบดในโรงบด (เช่น เครื่องบดกราม) และป้อนด้วยสายพานลำเลียงไปยังสถานีแยก
- การใช้เครื่องแยกแม่เหล็กไฟฟ้า ชิ้นส่วนของหินเหล็กแม่เหล็กจะถูกแยกจากเศษหินเหลือทิ้ง
- หลังจากนั้น มวลแร่จะถูกส่งไปยังการบดครั้งต่อไป
- แร่ที่บดแล้วจะถูกย้ายไปยังสถานีทำความสะอาดถัดไป ซึ่งเรียกว่าตะแกรงสั่น ซึ่งแร่ที่มีประโยชน์จะถูกร่อนออกจากหินที่ไม่จำเป็นเบา
- ขั้นต่อไปคือถังแร่ละเอียด ซึ่งอนุภาคขนาดเล็กของสิ่งเจือปนจะถูกแยกออกโดยการสั่นสะเทือน
- วงจรที่ตามมารวมถึงการเติมน้ำครั้งต่อไป การบดและการส่งผ่านมวลแร่ผ่านปั๊มสารละลาย การกำจัดตะกอนที่ไม่จำเป็น (หินเสีย) ไปพร้อมกับของเหลว และบดอีกครั้ง
- หลังจากทำความสะอาดด้วยปั๊มซ้ำแล้วซ้ำเล่า แร่จะเข้าสู่หน้าจอที่เรียกว่า ซึ่งจะทำความสะอาดแร่ธาตุอีกครั้งด้วยวิธีการโน้มถ่วง
- ส่วนผสมที่ทำให้บริสุทธิ์ซ้ำๆ จะถูกส่งไปยังเครื่องขจัดน้ำออก
- แร่ที่ระบายออกอีกครั้งจะไปที่ตัวคั่นแม่เหล็ก จากนั้นจึงไปที่สถานีก๊าซและของเหลวเท่านั้น
การเสริมสมรรถนะส่งผลให้แร่เหล็กเข้มข้นที่ใช้ในการถลุง
การใช้แร่เหล็ก
เป็นที่ชัดเจนว่าแร่เหล็กถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้โลหะ แต่สองพันปีที่แล้ว นักโลหะวิทยาตระหนักว่าเหล็กเป็นวัสดุที่ค่อนข้างอ่อนในรูปบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ดีกว่าบรอนซ์เล็กน้อย ผลที่ได้คือการค้นพบโลหะผสมของเหล็กและเหล็กกล้าคาร์บอน
วันนี้ รายการผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ และเครื่องจักรจำนวนมากทำจากโลหะนี้ อย่างไรก็ตาม การประดิษฐ์เหล็กมีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาอุตสาหกรรมอาวุธ ซึ่งช่างฝีมือพยายามเพื่อให้ได้วัสดุที่มีลักษณะเฉพาะที่แข็งแกร่ง แต่ในขณะเดียวกันก็มีความยืดหยุ่นสูง ความอ่อนตัว และลักษณะทางเทคนิค ทางกายภาพ และทางเคมีอื่นๆ ที่ยอดเยี่ยม ทุกวันนี้ โลหะคุณภาพสูงมีสารเติมแต่งอื่นๆ ที่เป็นโลหะผสม ทำให้มีความแข็งและทนต่อการสึกหรอ
วัสดุที่สองที่ผลิตจากแร่เหล็กคือเหล็กหล่อ นอกจากนี้ยังเป็นโลหะผสมของเหล็กที่มีคาร์บอนซึ่งมีมากกว่า 2.14%
เป็นเวลานาน เหล็กหล่อถือเป็นวัสดุที่ไร้ประโยชน์ ซึ่งได้มาโดยการละเมิดเทคโนโลยีการถลุงเหล็ก หรือเป็นผลพลอยได้ที่อยู่ก้นเตาหลอม โดยพื้นฐานแล้วมันถูกโยนทิ้งไป ไม่สามารถปลอมแปลงได้ (เปราะและไม่เหนียวเหนอะหนะ)
ปัจจุบันมีการใช้เหล็กหล่อในหลายอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านวิศวกรรมเครื่องกล นอกจากนี้ โลหะนี้ใช้ในการผลิตเหล็ก (เตาเผาแบบเปิดและวิธีเบสเมอร์)
ด้วยการเติบโตของการผลิต จำเป็นต้องใช้วัสดุมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาแหล่งสะสมอย่างเข้มข้น แต่ประเทศที่พัฒนาแล้วเห็นว่าควรนำเข้าวัตถุดิบที่มีราคาค่อนข้างต่ำ ซึ่งจะทำให้ปริมาณการผลิตของตนเองลดลง ซึ่งจะช่วยให้ประเทศผู้ส่งออกหลักสามารถเพิ่มการผลิตแร่เหล็กด้วยการเสริมคุณค่าและการขายแบบเข้มข้นต่อไป
