Как добывают железо в природе: от руды до металла
Железо добывают из железных руд: горных пород с высоким содержанием железосодержащих минералов. Основной метод, разработка месторождений открытым (карьерным) или подземным (шахтным) способом, после чего руду обогащают и переплавляют в доменной печи, получая чугун, а из него сталь. Этот путь занимает от нескольких суток до нескольких недель, а само производство замкнуто в цикл практически без отходов.
Где содержится железо и какие руды добывают
Железо это четвёртый по распространённости элемент в земной коре. Однако в чистом виде в природе оно почти не встречается: только в составе метеоритов и отдельных редких минералов. Промышленно значимые месторождения: скопления магнетита (содержит до 72% железа), гематита (до 70%), лимонита и сидерита. Богатой считается руда с содержанием железа от 55%; бедную, с 25–40%, сначала обогащают.
Крупнейшие железорудные бассейны расположены на Кольском полуострове, в Карелии, Белгородской и Курской областях (Курская магнитная аномалия — одно из самых больших месторождений в мире), на Урале и в Западной Сибири. КМА ежегодно даёт сотни миллионов тонн сырья для российской металлургии.
Как добывают руду: карьеры и шахты
Если залежи расположены неглубоко (до 300–500 метров), используют открытый способ. Экскаваторы снимают верхний слой породы, а затем взрывным методом дробят рудный пласт. Фрагменты руды грузят в самосвалы или на железнодорожные платформы и вывозят на обогатительную фабрику. Карьеры КМА достигают глубины 600 метров и диаметра несколько километров.
Глубокие залежи разрабатывают подземным способом. Шахтёры проходят стволы и горизонтальные штреки, от которых ответвляются очистные забои. Руду дробят буровзрывным методом прямо в забое, а затем по конвейерам или в вагонетках поднимают на поверхность. Этот способ сложнее и дороже, зато позволяет добывать руду с глубин 1000 метров и более.
Обогащение руды: отделяем металл от пустой породы
Добытое сырьё содержит много пустой породы, поэтому его сначала обогащают. Дроблёную руду измельчают на шаровых мельницах до размера песчинок, затем пропускают через магнитные сепараторы: частицы магнетита притягиваются к барабанам, а порода смывается водой. На выходе получают железорудный концентрат с содержанием железа 65–68%. Его смешивают с коксующимся углём и флюсами (известняком), прессуют в окатыши или агломерат и отправляют в доменный цех.
Доменная плавка: как рождается металл
Доменная печь это вертикальный шахтный агрегат высотой 30–100 метров, в который сверху загружают слои агломерата и кокса. Снизу вдувают горячий воздух, обогащённый кислородом. Кокс сгорает при температуре 1700–2000 градусов Цельсия, выделяя угарный газ, который восстанавливает оксиды железа: кислород уходит, а железо плавится и стекает вниз. Туда же опускается шлак из расплавленных пустых пород.
Расплавленный чугун выпускают через лётку в ковши каждые 4–6 часов. Чугун содержит 3–5% углерода и хрупок, поэтому его сразу отправляют в конвертер или электродуговую печь: здесь углерод выжигают до 0,1–2%, добавляют легирующие элементы и получают сталь нужной марки. Цикл от руды до готовой стали занимает около суток.
Один из главных плюсов железа как материала: оно полностью перерабатывается. Металлолом переплавляют снова, и сталь теряет свои свойства не более чем на несколько процентов. Именно поэтому металлургия относится к самым циклическим отраслям промышленности.
