Введение

Слово «металлургия» древнегреческого происхождения, составные части его «металлон» (металл, рудник, копь) и «эргон» (работа) дают собирательное представление о добыче рудного сырья, выплавке и обработке металлов.

В мировой практике исторически сложилось деление металлов в технике на черные (железо и его сплавы) и нечерные (цветные) металлы.³

Доля черных металлов составляет ~95 % от общего объема производства металлов. По свойствам (в зависимости от содержания углерода) железоуглеродистые сплавы делят на три группы: железо техническое – до 0,15 % С; сталь – 0,15-2,14 % С; чугун – 2,14-6,67 % С.

Процесс получения чугуна в доменной печи является процессом пирометаллургическим, при котором развиваются температуры 1500 – 2000⁰С. В качестве сырых материалов для металлургического производства используют железные и марганцевые руды, известняки, оборотные продукты производства и твердое топливо. Развитие способов подготовки руд к доменной плавке ведется в следующих направлениях: обогащение железорудных материалов, совершенствование процессов окускования сырья с целью получения прочного, крупнокускового и хорошо восстановимого материала; замена кокса другими видами топлива – природным и коксовым газами, мазутом, угольной пылью и др. Доля офлюсованного агломерата в шихте доменных печей многих заводов составляет 95–100%. Практически в доменную печь загружают шихту, состоящую из двух частей – топливной (кокс) и железорудной (офлюсованный агломерат и окатыши), иногда добавляя для текущей корректировки химического состава шлака немного известняка (при снижении основности CaO/SiO₂ шлака).

Цель работы: изучение набора образцов железных и марганцевых руд, компонентов агломерационной и доменной шихт, продуктов доменного производства.

1 Сырые материалы металлургического производства

1.1 Железные руды

Железная руда – это горная порода, содержащая железо в такой форме и в таком количестве, что его экономически целесообразно извлекать при современном уровне развития техники.

Руда состоит из рудного минерала, пустой породы и примесей. Железные руды классифицируют по типу железорудного минерала и по характеру пустой породы (рис. 1.1).

Рис. 1.1 – Компоненты железной руды

Характеристика важнейших рудных минералов железа приведена в табл. 1.1. Остальные минералы руд, совсем не содержащие железа или содержащие его в незначительном количестве, называются пустой породой.

По содержанию железа руды делятся на богатые, нуждающиеся в сортировке и окусковании, и бедные, направляемые на обогащение и окускование. Образцы железных руд представлены в ячейках № 1 – 5.

№ 1. Красный железняк – рудный минерал гематит Fe₂O₃, в руде обычно 55-62 % Fe (иногда до 69,5 %), SiO₂ – 8-10 %.

Разновидности железных руд	Рудный минерал (РМ)	Характеристика рудного минерала
		химическая формула	цвет	магнитность	Плотность, г/см3	Содержание Fe в РМ, %
1	2	3	4	5	6	7
Магнетитовые руды (магнитный железняк)	магнетит	Fe3O4	черный	сильно магнитен	5,17	72,4
Полумартиты и мартиты	магнетит и гематит	Fe3O4 и Fe2O3	черный, темно-красный	с увеличением степени окисления магнитность падает	5,1-5,2	72,4-70,0
Гематитовые руды (красный железняк)	гематит	Fe2O3	стально-серый, землистые разновидности красного цвета	немагнитный	5,26	70,0
Бурые железняки	гидрогематит n=0,1 гетит n=1,0 лимонит n=1,5	Fe2O3.nH2O Fe2O3. 0,1H2O Fe2O3. H2O 2Fe2O3. 3H2O	ярко-красный темно-бурый темно-бурый до черного	немагнитный	4,2-4,6 4,0-4,4 3,3-4,0	69,0 62,9 59,8
Сидеритовые руды (шпатовый железняк)	сидерит	FeCO3	желтовато-бурый, серый с буроватым оттенком	немагнитный	3,9	48,3

Таблица 1.1 – Характеристика основных рудных минералов железа

В Украине красные железняки залегают в Криворожском железорудном бассейне – 1,2 млрд. т, Белозерском месторождении вблизи г. Запорожья с запасами 500 млн. т. Руды на месте добычи дробятся и сортируются по крупности частиц. Фракция 0-10 мм (аглоруда) направляется на агломерацию, а более 10 мм – непосредственно в доменные цехи.

№ 2. Магнитный железняк – рудный минерал магнетитFe₃O₄, обладает сильной магнитной восприимчивостью, в руде 45-60% Fe. Основные месторождения магнетитовых руд (3,6 млрд. т) – Соколовское, Сарбайское и Качарское, расположены вблизи г. Кустаная.

№ 3. Бурый железняк – представлен водными оксидами железа типа Fe₂O₃^.nH₂O. Содержание Fe на уровне 30-40%, обычно имеет повышенное содержание фосфора. Керченское месторождение бурых железняков имеет запасы около 2 млрд. т, однако в связи с высоким содержанием вредных примесей (около 1 % фосфора, 0,05-0,15% мышьяка) и трудностью обогащения практически не разрабатывается. Кустанайская группа месторождений бурых железняков (балансовые запасы 9,8 млрд. т) представлена Аятским и разрабатываемым Лисаковским месторождением. Руды содержат 35-38 % железа и до 0,5 % фосфора.

№ 4. Шпатовый железняк – рудный минерал сидерит FeCO₃, в рудах 30-40 % Fe. Бакальское месторождение, расположенное на Урале возле г. Златоуста, состоит примерно на 85 % из сидеритов, содержащих около 32 % железа, 0,02 % фосфора и до 0,5-0,6 % серы. Балансовые запасы более 1 млрд. т.

№ 5. Кварциты – бедные руды, в которых 30-40 % железа и 40-45 % кремнезема в виде свободного кварца; могут быть магнетитовые (Fe₃O₄) и гематитовые (Fe₂O₃). В Криворожском бассейне имеются огромные запасы кварцитов (36 % Fe) до 18 млрд. т. Магнетитовые кварциты на месте добычи дробятся до крупности 0,05 мм с целью дальнейшего разделения материала на отдельные частички рудного минерала Fe₃O₄ и пустой породы SiO₂ в процессе обогащения. Такой процесс имеет наименование – вскрытие рудного минерала. Магнетитовые кварциты эффективно обогащаются магнитной сепарацией с получением обогащенного железом продукта - железорудного концентрата.