Ngày nay, thật khó để tưởng tượng cuộc sống mà không có thép, từ đó nhiều thứ xung quanh chúng ta được tạo ra.
Cơ sở của kim loại này là sắt thu được bằng cách nấu chảy quặng. Quặng sắt khác nhau về nguồn gốc, chất lượng, phương pháp khai thác quyết định tính khả thi của việc khai thác. Ngoài ra, quặng sắt còn được phân biệt bởi thành phần khoáng chất, tỷ lệ kim loại và tạp chất, cũng như tính hữu dụng của các chất phụ gia. Sắt là một nguyên tố hóa học là một phần của nhiều loại đá, tuy nhiên, không phải tất cả chúng đều được coi là nguyên liệu để khai thác. Tất cả phụ thuộc vào thành phần phần trăm của chất.
Những nguyên liệu thô như vậy bắt đầu được khai thác cách đây 3000 năm, vì sắt có thể tạo ra các sản phẩm bền chất lượng tốt hơn so với đồng và đồng. Và vào thời điểm đó, những người thợ thủ công có lò luyện đã phân biệt được các loại quặng.
Ngày nay, các loại nguyên liệu thô sau được khai thác để nấu chảy kim loại tiếp theo:
- Titanium-magnetit;
- Apatit-magnetit;
- Magnetite;
- Magnetite-hematit;
- Goethite-hydrogoethit.
Quặng sắt được coi là giàu nếu nó chứa ít nhất 57% sắt. Nhưng, diễn biến có thể được coi là phù hợp ở mức 26%.
Sắt trong thành phần của đá thường ở dạng oxit, các chất phụ gia còn lại là silica, lưu huỳnh và phốt pho.
Nguồn gốc quặng sắt
Igneous
Những loại quặng như vậy được hình thành do tiếp xúc với nhiệt độ cao của magma hoặc hoạt động của núi lửa cổ đại, tức là quá trình nấu chảy và trộn lẫn của các loại đá khác. Những khoáng chất như vậy là những khoáng chất kết tinh cứng với tỷ lệ sắt cao. Các mỏ quặng có nguồn gốc từ đá lửa thường liên quan đến các khu vực xây dựng núi cũ, nơi vật chất nóng chảy xuất hiện gần bề mặt.
Biến thái
Đây là cách các loại khoáng chất trầm tích được biến đổi. Quá trình này diễn ra như sau: khi di chuyển một số phần nhất định của vỏ trái đất, một số lớp chứa các nguyên tố cần thiết của nó sẽ rơi xuống dưới lớp đá bên trên. Ở độ sâu, chúng phải chịu nhiệt độ và áp suất cao của các lớp trên. Trong hàng triệu năm tiếp xúc như vậy, các phản ứng hóa học xảy ra ở đây làm biến đổi thành phần của nguyên liệu gốc, kết tinh của chất. Sau đó, trong quá trình chuyển động tiếp theo, các tảng đá gần bề mặt hơn.
Thông thường, quặng sắt có nguồn gốc này không quá sâu và có tỷ lệ thành phần kim loại hữu ích cao. Ví dụ, như một ví dụ sáng – quặng sắt từ tính (tới 73-75% sắt).
Trầm tích
“Công nhân” chính của quá trình hình thành quặng là nước và gió. Phá hủy các lớp đá và di chuyển chúng đến các vùng đất thấp, nơi chúng tích tụ thành từng lớp. Thêm vào đó, nước, như một chất phản ứng, có thể làm thay đổi nguyên liệu nguồn (nước rỉ). Kết quả là, quặng sắt nâu được hình thành – một loại quặng vụn và rời có chứa từ 30% đến 40% sắt, với một số lượng lớn các tạp chất khác nhau.
Sau khi thăm dò địa chất, họ xác định được những nơi có thể có quặng sắt. Ví dụ, như dị thường từ trường Kursk, hoặc lưu vực Krivoy Rog, nơi mà kết quả của ảnh hưởng magma và biến chất, các loại quặng sắt có giá trị về mặt công nghiệp đã được hình thành.
Khai thác quặng sắt ở quy mô công nghiệp
Nhân loại đã bắt đầu khai thác quặng từ rất lâu trước đây, nhưng thông thường đó là những nguyên liệu thô chất lượng thấp với các tạp chất đáng kể của lưu huỳnh (đá trầm tích, cái gọi là sắt “đầm lầy”). Quy mô phát triển và luyện không ngừng tăng lên. Ngày nay, toàn bộ phân loại các mỏ quặng sắt khác nhau đã được xây dựng.
Các loại tiền gửi công nghiệp chính
Tất cả các mỏ quặng đều được chia thành nhiều loại tùy thuộc vào nguồn gốc của đá, do đó có thể phân biệt được vùng quặng sắt chính và phụ.
Chúng bao gồm các khoản tiền gửi sau:
- Sự lắng đọng của nhiều loại quặng sắt khác nhau (thạch anh sắt, quặng sắt từ tính), được hình thành bằng phương pháp biến chất, có thể khai thác các loại quặng rất giàu từ chúng. Thông thường, trầm tích gắn liền với quá trình hình thành đá cổ xưa nhất trong vỏ trái đất và nằm trên các thành tạo được gọi là lá chắn.
Các mỏ được biết đến nhiều nhất thuộc loại này là: dị thường từ trường Kursk, lưu vực Krivoy Rog, hồ Superior (Mỹ / Canada), tỉnh Hamersley ở Australia, và vùng quặng sắt Minas Gerais ở Brazil.
- Trầm tích đá trầm tích phân lớp. Những trầm tích này được hình thành do sự lắng đọng của các hợp chất giàu sắt có trong thành phần khoáng chất bị phá hủy bởi gió và nước. Một ví dụ nổi bật về quặng sắt trong các mỏ như vậy là quặng sắt nâu.
Các mỏ lớn và nổi tiếng nhất là lưu vực Lorraine ở Pháp và Kerch trên bán đảo cùng tên (Nga).
- Tiền gửi Skarn. Thông thường, quặng có nguồn gốc đá lửa và biến chất, các lớp của chúng sau khi hình thành đã bị dịch chuyển vào thời điểm hình thành núi. Đó là, quặng sắt, nằm thành từng lớp ở độ sâu, bị vò thành nếp và di chuyển lên bề mặt trong quá trình chuyển động của các phiến thạch quyển. Các trầm tích như vậy thường nằm trong các khu vực uốn nếp ở dạng lớp hoặc cột có hình dạng bất thường. Được tạo thành bởi magma. Đại diện của các khoản tiền gửi đó: Magnitogorsk (Urals, Nga), Sarbayskoye (Kazakhstan), Iron Springs (Mỹ) và những người khác.
- Các mỏ quặng titanomagnetit. Nguồn gốc của chúng là đá lửa, chúng thường được tìm thấy nhiều nhất ở các mỏm của nền đá cổ xưa – lá chắn. Chúng bao gồm các lưu vực và tiền gửi ở Na Uy, Canada, Nga (Kachkanarskoye, Kusinskoye).
- Khoảng một trăm mỏ khoáng sản đã được phát hiện ở Nga vào năm 2016
Các mỏ nhỏ bao gồm: apatit-magnetit, magno-magnetit, siderite, các mỏ ferromangan phát triển ở Nga, Châu Âu, Cuba và những nơi khác.
Quặng sắt được khai thác như thế nào
Các vỉa quặng sắt nằm ở các độ sâu khác nhau, điều này quyết định phương pháp khai thác từ ruột của nó.
Con đường sự nghiệp
Phương pháp khai thác đá phổ biến nhất được sử dụng khi các mỏ được tìm thấy ở độ sâu khoảng 200-300 mét. Sự phát triển diễn ra thông qua việc sử dụng các máy xúc mạnh mẽ và các nhà máy nghiền đá. Sau đó, nó được bốc xếp để vận chuyển đến các nhà máy chế biến.
Phương pháp của tôi
Phương pháp hố được sử dụng cho các lớp sâu hơn (600-900 mét). Ban đầu, vị trí mỏ bị xuyên thủng, từ đó trôi dạt được phát triển dọc theo các vỉa. Từ nơi đá dăm được đưa “lên núi” với sự hỗ trợ của các băng tải. Quặng từ các mỏ cũng được đưa đến các nhà máy chế biến.
Hydroextraction
Trước hết, để sản xuất thủy lực ở hố sụt, người ta khoan một giếng để tạo đá. Sau đó, các đường ống được đưa vào mục tiêu, quặng được nghiền bằng áp lực nước mạnh với quá trình khai thác tiếp theo. Nhưng phương pháp này ngày nay cho hiệu quả rất thấp và ít được sử dụng. Ví dụ, 3% nguyên liệu thô được khai thác theo cách này, và 70% bởi các mỏ.
Sau khi khai thác, nguyên liệu quặng sắt phải được xử lý để lấy nguyên liệu chính nấu chảy kim loại.
Làm giàu quặng sắt
Vì trong thành phần của quặng có nhiều tạp chất nên ngoài lượng sắt cần thiết, để thu được năng suất hữu ích tối đa, cần phải làm sạch đá bằng cách chuẩn bị nguyên liệu (cô đặc) để nấu chảy. Toàn bộ quá trình được thực hiện tại các nhà máy khai thác và chế biến. Đối với các loại quặng khác nhau, người ta áp dụng các phương pháp riêng và phương pháp tinh chế, loại bỏ các tạp chất không cần thiết.
Ví dụ, dây chuyền công nghệ làm giàu quặng sắt từ tính như sau:
- Ban đầu, quặng trải qua giai đoạn nghiền trong các nhà máy nghiền (ví dụ: máy nghiền hàm) và được đưa qua băng tải đến trạm tách.
- Bằng cách sử dụng thiết bị phân tách điện từ, các bộ phận của đá ironstone từ tính sẽ được tách ra khỏi đá thải.
- Sau đó, khối lượng quặng được vận chuyển đến lần nghiền tiếp theo.
- Các khoáng chất đã nghiền được chuyển đến trạm làm sạch tiếp theo, được gọi là sàng rung, tại đây quặng hữu ích được sàng, tách khỏi đá nhẹ không cần thiết.
- Giai đoạn tiếp theo là phễu chứa quặng mịn, trong đó các hạt tạp chất nhỏ được tách ra bằng cách rung.
- Các chu kỳ tiếp theo bao gồm việc bổ sung nước tiếp theo, nghiền và đưa khối lượng quặng qua máy bơm bùn, loại bỏ bùn không cần thiết (đá thải) cùng với chất lỏng và nghiền lại.
- Sau nhiều lần làm sạch bằng máy bơm, quặng sẽ đi vào cái gọi là sàng lọc, một lần nữa làm sạch khoáng chất bằng phương pháp hấp dẫn.
- Hỗn hợp được tinh chế nhiều lần sẽ được đưa vào máy khử nước để loại bỏ nước.
- Quặng đã thoát ra một lần nữa được chuyển đến bộ phân tách từ tính và chỉ sau đó đến trạm khí-lỏng.
Quá trình làm giàu dẫn đến tinh quặng sắt được sử dụng trong nấu chảy.
Sử dụng quặng sắt
Rõ ràng là người ta dùng quặng sắt để lấy kim loại. Tuy nhiên, hai nghìn năm trước, các nhà luyện kim đã nhận ra rằng ở dạng nguyên chất, sắt là một vật liệu khá mềm, các sản phẩm từ đó tốt hơn một chút so với đồng. Kết quả là sự phát hiện ra hợp kim của sắt và cacbon – thép.
Ngày nay, một danh sách khổng lồ các sản phẩm, thiết bị và máy móc được làm từ kim loại này. Tuy nhiên, việc phát minh ra thép gắn liền với sự phát triển của ngành công nghiệp vũ khí, trong đó những người thợ thủ công đã cố gắng để có được một loại vật liệu có đặc tính bền nhưng đồng thời cũng có độ mềm dẻo, dễ uốn và các đặc tính kỹ thuật, vật lý và hóa học khác. Ngày nay, kim loại chất lượng cao có các chất phụ gia khác hợp kim hóa nó, tăng thêm độ cứng và khả năng chống mài mòn.
Vật liệu thứ hai được sản xuất từ quặng sắt là gang. Nó cũng là hợp kim của sắt với cacbon, chứa hơn 2,14%.
Trong một thời gian dài, gang được coi là một vật liệu vô dụng, có được do vi phạm công nghệ luyện thép, hoặc là sản phẩm phụ lắng xuống dưới đáy lò luyện. Về cơ bản, nó đã bị vứt đi, nó không thể rèn được (giòn và thực tế là không dễ uốn).
Ngày nay, gang được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành cơ khí chế tạo. Ngoài ra, kim loại này được sử dụng để sản xuất thép (lò nung lộ thiên và phương pháp Bessmer).
Với sự tăng trưởng của sản xuất, ngày càng nhiều nguyên vật liệu được yêu cầu, điều này góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của tiền gửi. Nhưng các nước phát triển coi việc nhập khẩu nguyên liệu thô tương đối rẻ tiền hơn, làm giảm khối lượng sản xuất của chính họ là điều nên làm hơn. Điều này cho phép các nước xuất khẩu chính tăng sản lượng quặng sắt bằng cách làm giàu hơn nữa và bán nó dưới dạng tinh quặng.
