鐵礦石—現代工業的基礎

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鐵礦石—現代工業的基礎
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今天很難想像沒有鋼鐵的生活,我們周圍的許多東西都是由鋼鐵製成的。

這種金屬的基礎是通過冶煉礦石獲得的鐵。鐵礦石的產地、質量、提取方法不同,決定了其提取的可行性。此外,鐵礦石的特點在於其礦物成分、金屬和雜質的百分比以及添加劑本身的用途。鐵作為一種化學元素是許多岩石的一部分,但是,並非所有岩石都被認為是採礦的原材料。這完全取決於物質的百分比組成。

鐵礦石是一種礦物,其中有用金屬的數量使其在經濟上可行。

這種原材料在 3000 年前就開始開採,因為與銅和青銅相比,鐵可以生產出質量更好的耐用產品。並且在那個時候,擁有冶煉廠的工匠已經區分了礦石的種類。

今天,開採以下類型的原材料用於進一步的金屬冶煉:

  • 鈦磁鐵礦;
  • 磷灰石-磁鐵礦;
  • 磁鐵礦;
  • 磁鐵礦-赤鐵礦;
  • 針鐵礦-水針鐵礦。

如果鐵礦石含有至少 57% 的鐵,則認為它是富礦。但是,發展可以被認為是適當的 26%。

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

岩石成分中的鐵通常以氧化物的形式存在,其餘的添加劑是二氧化矽、硫和磷。

鐵礦石產地

火成岩

這種礦石是由於暴露於岩漿的高溫或古代火山活動,即其他岩石的重熔和混合而形成的。這種礦物是具有高比例鐵的硬結晶礦物。火成岩礦床通常與古老的山地建築區有關,那裡的熔融物質接近地表。

火成岩的形成過程如下:各種礦物(岩漿)的熔體是一種流動性很強的物質,當斷層處形成裂縫時,將其填滿,冷卻後獲得晶體結構。地殼中凍結的岩漿層就是這樣形成的。

變質

這就是沉積類型礦物的轉化方式。這個過程如下:當移動地殼的某些部分時,它的一些含有必要元素的層會落在上覆的岩石之下。在深處,它們受到上層的高溫和高壓的影響。在數百萬年的這種暴露過程中,這裡會發生化學反應,從而改變源材料的組成,使物質結晶。然後,在下一次運動的過程中,岩石離地表更近了。

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通常,這種來源的鐵礦石不是太深,並且具有高百分比的有用金屬成分。例如,作為一個很好的例子 – 磁性鐵礦石(高達 73-75% 的鐵)。

沉積

成礦過程的主要“工人”是水和風。破壞岩石層並將它們移到低地,在那裡它們層層堆積。此外,作為試劑的水可以改變源材料(浸出)。結果,形成了褐鐵礦石——一種易碎的鬆散礦石,含有 30% 至 40% 的鐵,並帶有大量的各種雜質。

由於形成方式不同,原材料常與粘土、石灰岩和火成岩層層混合。有時不同來源的礦床可以混合在一個油田中。但最常見的是列出的品種類型之一。

通過地質勘探確定了特定地區發生的過程的大致情況,他們確定了可能出現鐵礦石的地方。例如,庫爾斯克磁異常或克里沃羅格盆地,由於岩漿和變質的影響,形成了具有工業價值的鐵礦石類型。

工業規模的鐵礦石開採

人類很久以前就開始開採礦石,但大多數情況下是含大量硫雜質的劣質原料(沉積岩,即所謂的“沼澤”鐵)。開發冶煉規模不斷擴大。今天,已經建立了各種含鐵礦石礦床的完整分類。

主要工業礦床類型

所有礦床都根據岩石的來源分為類型,從而可以區分主要和次要鐵礦區。

Iron ore
Iron ore. 圖片: Samrat35 | Dreamstime

其中包括以下存款:

  • 通過變質方法形成的各種鐵礦石(含鐵石英岩、磁性鐵礦石)的礦床,可以從中提取非常豐富的礦石。通常,沉積物與地殼中最古老的岩石形成過程有關,位於稱為盾構的地層上。
Crystal Shield 是大而彎曲的透鏡結構。它由45億年前地殼形成階段形成的岩石組成。

這種類型最著名的礦床是:庫爾斯克磁異常、克里沃羅格盆地、蘇必利爾湖(美國/加拿大)、澳大利亞的哈默斯利省和巴西的米納斯吉拉斯州鐵礦區。

  • 層狀沉積岩的沉積物。這些沉積物是由於富含鐵的化合物沉澱而形成的,這些化合物存在於被風和水破壞的礦物成分中。此類礦床中鐵礦石的一個顯著例子是褐鐵礦石。
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最著名和最大的礦床是法國的洛林盆地和同名半島上的刻赤(俄羅斯)。

  • 矽卡岩礦床。通常礦石為火成岩和變質成因,其層層在形成後,在形成山脈時發生位移。也就是說,在岩石圈板塊運動過程中,位於一定深度的層狀鐵礦石被揉成褶皺並移動到地表。此類沉積物更常位於折疊區域中,呈不規則形狀的層狀或柱狀。由岩漿形成。此類礦床的代表:Magnitogorsk(俄羅斯烏拉爾)、Sarbayskoye(哈薩克斯坦)、Iron Springs(美國)等。
  • 鈦磁鐵礦礦床。它們的起源是火成岩,它們最常見於古代基岩的露頭 – 盾牌。其中包括挪威、加拿大、俄羅斯(Kachkanarskoye、Kusinskoye)的盆地和礦床。
  • 2016 年在俄羅斯發現了大約一百個礦床

次要礦床包括:在俄羅斯、歐洲、古巴等地開發的磷灰石-磁鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦、錳鐵礦床。

鐵礦石是如何開采的

鐵礦石的煤層位於不同的深度,這決定了其從腸中提取的方法。

職業道路

當在約 200-300 米的深度發現礦床時,使用最常見的採石方法。通過使用強大的挖掘機和碎石設備進行開發。之後,它被裝載運輸到加工廠。

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

挖礦方法

坑法用於較深的層(600-900米)。最初,礦場被刺穿,沿煤層形成漂移。在輸送機的幫助下,碎石從那裡被“送到山上”。來自礦山的礦石也被送往加工廠。

脫水

首先,對於井下水力生產,將一口井鑽到岩層中。之後,將管道引入目標,用強大的水壓將礦石壓碎,並進一步提取。但是今天這種方法效率很低,很少使用。例如,3%的原材料是通過這種方式提取的,70%是通過礦山提取的。

開採後,必須對鐵礦石原料進行加工,以獲得冶煉金屬的主要原料。

鐵礦石富集

由於礦石成分中有很多雜質,除了必需的鐵外,為了獲得最大的有用產量,需要通過準備冶煉材料(精礦)來清潔岩石。整個過程在採礦和加工廠進行。對於各種類型的礦石,採用各自的方法和提純去除不必要雜質的方法。

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例如,磁性鐵礦的富集技術鏈如下:

  • 最初,礦石在破碎設備(例如顎式破碎機)中經過破碎階段,然後通過皮帶輸送機送到分離站。
  • 使用電磁分離器,從廢廢石中分離出部分磁性鐵石。
  • 之後,礦體被輸送到下一次破碎。
  • 破碎的礦物被移至下一個清潔站,即所謂的振動篩,在這裡將有用的礦石篩分出來,與輕質無用的岩石分離。
  • 下一個階段是細礦料斗,其中小顆粒雜質通過振動分離。
  • 隨後的循環包括下一次加水、破碎礦體並通過泥漿泵、連同液體一起去除不必要的污泥(廢石),然後再次破碎。
  • 用泵反復清洗後,礦石進入所謂的篩網,通過重力方法再次清洗礦物質。
  • 經過反复純化的混合物會進入脫水器以去除水分。
  • 排出的礦石再次進入磁選機,然後才進入氣液站。
褐鐵礦的提純原理略有不同,但這本質並沒有改變,因為提純的主要任務是獲得最純淨的原材料進行生產。

富集產生用於冶煉的鐵精礦。

使用鐵礦石

很明顯,鐵礦石是用來獲取金屬的。但是,兩千多年前,冶金學家意識到,在純粹的形式中,鐵是一種相當柔軟的材料,其產品比青銅略好。結果是發現了一種鐵和碳鋼的合金。

Iron ore
Iron ore. 圖片: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
對於鋼,碳扮演著增強材料的水泥的作用。通常,這種合金含有 0.1% 到 2.14% 的碳,超過 0.6% 的已經是高碳鋼了。

今天,大量的產品、設備和機器都是由這種金屬製成的。然而,鋼鐵的發明與武器工業的發展有關,工匠們試圖獲得一種具有強大特性的材料,但同時又具有優異的柔韌性、延展性和其他技術、物理和化學特性。今天,優質金屬含有其他添加劑,可將其合金化,增加硬度和耐磨性。

由鐵礦石生產的第二種材料是鑄鐵。它也是鐵與碳的合金,含碳量超過2.14%。

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長期以來,鑄鐵被認為是一種無用的材料,要么是通過違反煉鋼技術而獲得的,要么是作為沈降在冶煉爐底部的副產品。基本上,它被扔掉了,不能鍛造(易碎且幾乎沒有延展性)。

在大砲出現之前,他們試圖通過各種方式將鑄鐵連接到農場。例如,在建築中,地基是由它製成的,棺材是在印度製造的,而在中國,硬幣最初是鑄造的。大砲的出現使得用鑄鐵鑄造砲彈成為可能。

今天,鑄鐵用於許多行業,尤其是機械工程。此外,這種金屬還用於生產鋼鐵(平爐和 Bessmer 方法)。

隨著產量的增長,需要的材料越來越多,這有助於礦床的集約開發。但發達國家認為進口相對便宜的原材料更為有利,從而減少了自己的生產量。這使得主要出口國能夠通過進一步濃縮和作為精礦銷售來增加鐵礦石的產量。

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