Что такое руда в химии

Что такое руда? Какие виды руды бывают? Как добывают? Страны-лидеры по добыче руды

Железная руда — это основное сырье для мировой металлургической промышленности.

От рынка этого ископаемого в существенной мере зависит экономика разных стран, поэтому разработке рудников уделяется повышенное внимание во всем мире.

Руда: определение и особенности

Рудами называют горные породы, которые применяются для переработки и извлечения содержащихся в них металлов. Виды этих полезных ископаемых различаются по происхождению, химическому содержанию, концентрации металлов и примесей. В химическом составе руды присутствуют различные его оксиды, гидроксиды и углекислые соли железа.

Интересно! Руда востребована в хозяйстве с древних времен. Археологам удалось выяснить, что изготовление первых предметов из железа датируется II вв. до нашей эры. Впервые этот материал использовали жители Месопотамии.

Свойства руды

Железо — распространенный в природе химический элемент. Его содержание в коре земли составляет около 4,2%. Но в чистом виде он почти не встречается, чаще всего в виде соединений — в окислах, карбонатах железа, солях и т.д. Железная руда — это соединение минералов со значительным количеством железа. В народном хозяйстве экономически обоснованным считается применение руд, содержащих более 55% этого элемента.

Что делают из руды

Железорудная промышленность — металлургическая отрасль, которая специализируется на добыче и обработке железной руды. Основное предназначение этого материала на сегодняшний день — производство чугуна и стали.

Всю продукцию, которую делают из железа, можно разделить на группы:

Для чего нужна руда

Материал используется для выплавки чугуна и стали. Сегодня нет практически ни одной промышленной сферы, которая обходится без этих материалов.

Чугун — это сплав углерода и железа с марганцем, серой, кремнием и фосфором. Чугун производится в доменных печах, где при высоких температурах руду выделяют из оксидов железа. Практически 90% полученного чугуна является предельным и используется при выплавке стали.

Применяются различные технологии:

Отличие стали от чугуна — минимальная концентрация примесей. Для очистки применяется окислительная выплавка в мартеновских печах.

Сталь самого высокого качества выплавляется в индукционных электрических печах с экстремально высокой температурой.

Какие бывают руды

Руда отличается по концентрации содержащегося в ней элемента. Она бывает обогащенной (с концентрацией от 55%) и бедной (от 26%). Бедные руды целесообразно применять в производстве только после обогащения.

По происхождению выделяют следующие виды руд:

Основные соединения минералов с содержанием железа:

Как выглядит руда

Вид материала зависит от его состава и содержания дополнительных примесей. Самый распространенный красный железняк с высоким процентом железа может встречаться в разном состоянии — от очень плотного до пылевого.

Бурые железняки имеют рыхлую, слегка пористую структуру бурого или желтоватого цвета. Такой элемент часто нуждается в обогащении, при этом легко перерабатывается в руду (из него получается высококачественный чугун).

Магнитные железняки плотные и зернистые по своей структуре, выглядят как кристаллы, вкрапленные в породу. Оттенок руды — характерный черно-синий.

Как добывают руду

Добыча железной руды — это сложный технический процесс, при котором происходит погружение в земные недра с целью поиска минералов. На сегодняшний день существует два способа добычи руды: открытая и закрытая.

Добыча руды открытым способом

Открытый (карьерный способ) — распространенный и наиболее безопасный вариант по сравнению с закрытой техникой. Метод актуален для тех случаев, когда в рабочей зоне отсутствуют твердые породы, а рядом нет населенных пунктов или инженерных систем.

Сначала вырывается карьер до 350 метров глубиной, после чего со дна большими машинами собирается и вывозится железо. После добычи материал на тепловозах отправляется на заводы по изготовлению стали и чугуна.

Карьеры роются экскаваторами, но такой процесс занимает много времени. Как только машина доберется до первого пласта рудника, материал сдается на экспертизу, чтобы определить процент содержания железа и целесообразность дальнейших работ (если процент выше 55%, работы в этой местности продолжаются).

Интересно! По сравнению с закрытым способом добыча полезных ископаемых в карьерах стоит вдвое дешевле. Такая технология не требует обустройства шахт или создания тоннелей. При этом эффективность работы в открытых карьерах выше в несколько раза, а потери материала в пять раз меньше.

Закрытый способ добычи

Шахтная (закрытая) добыча руды применяется только в том случае, если планируется сохранить целостность ландшафта в той области, где ведется разработка рудных залежей. Также этот способ актуален для работ в горной местности. В этом случае создается сеть тоннелей под землей, что приводит к дополнительным расходам — строительство самой шахты и сложная транспортировка металла на поверхность. Самый главный недостаток — высокий риск для жизни рабочих, шахта может обрушиться и перекрыть доступ на поверхность.

Где добывают руду

Добыча железной руды — одна из ведущих сфер хозяйственного комплекса РФ. Но несмотря на это, доля России в мировой добыче руды составляет всего 5,6%. Мировые запасы составляют около 160 млрд. тонн. Объем чистого железа достигает 80 млрд. тонн.

Страны, богатые рудами

Распределение ископаемых по странам выглядит следующим образом:

Существенные залежи железной руды отмечены в Швеции (города Фалуня и Гелливар). В Америке обнаружено большое количество руды в штате Пенсильвания. В Норвегии металл добывается в Персберге и Арендали.

Руды России

Курская магнитная аномалия — крупное месторождение железной руды в РФ и в мире, в которой объем неочищенного металла достигает 30000 млн. тонн.

Курская магнитная аномалия — фото с места добычи

Интересно! Аналитики отмечают, что масштабы добычи ископаемых на рудниках КМА сохранятся вплоть до 2020 года, в дальнейшем будет наблюдаться спад.

Площадь рудников Кольского полуострова составляет 115000 кв.км. Здесь добывается железная, никелевая, медная руды, кобальт и апатиты.

Горы Урала также входят в число самых крупных месторождений руды в РФ. Основной район разработок — Качканар. Объем рудных ископаемых составляет 7000 млн. тонн.

В меньшем объеме металл добывается в Западно-Сибирском бассейне, в Хакасии, Керченском бассейне, в Забайкальске и Иркутской области.

Источник

Что такое руда, ее образование в природе и применение

Автомобиль, телефон, даже холодильник – вся эта техника сделана из железа, производство которого очень сложный процесс. Основное сырье для получения этого ценного материала – это минералы, в которых есть частицы необходимого металла. Простыми словами, это порода, содержащая сплавы. В мире встречается огромное количество этого ресурса, способы ее обработки и получения из нее полезных ископаемых могут быть очень разнообразны, но начинается все на рудниках. Что такое горная руда, как происходит ее добыча и переработка, будет рассказано в этой статье.

Классификация руды

Руда – это полезное ископаемое, из которого добывают различные формы металлов. В природе встречается два вида: черная и цветная. Последняя в свою очередь делится на тяжелые и легкие сплавы, а также драгоценные металлы. Серебро, золото, платина – они тоже добываются в виде камней, а свой внешний вид приобретают уже после обработки на предприятиях.

Экономическая ценность ресурса определяется по наличию в ней главного составного элемента. Существуют богатые, как их еще называют, жирные и бедные полезные ископаемые.

Классификация ископаемых руд по содержанию металлов.

Свойства определяются также основным составным компонентом. Некоторые из них обладают магнитными свойствами, в то время как другие совершенно инертны.

Не многие знают, что значение слова «руда» произошло от «raũdas», красный. Это обуславливается цветом оксида железа, который был в больших количествах в горной породе.

Руды черных металлов

Железо – один из самых распространенных элементов на земле. Для производства используется минерал, который содержит более 25% сырья. Разработка более бедных пород не будет окупаться, поэтому они не используются.

Самые распространенные ископаемые:

Больше всего запасов находится в Южной Африке, Индии, Северной и Южной Америке, Австралии. Мировые залежи, по оценкам экспертов, могут составлять около 800 миллиардов тонн, подтвержденными среди них являются 200 миллиардов тонн. Возможно в земле скрывается еще много полезных ископаемых, о которых человек даже не имеет представления.

Железная руда отличается друг от друга способом своего происхождения. Есть три вида возникновения железа в породах. Первый – осадочный. Двухвалентное железо, которое было в воде, связывалось с кислородом, превращаясь в плотное соединение и оседало на дно. Таким образом образовался железняк. Его находят даже в местах, где моря высохли уже миллионы лет назад. В такой руде очень высокое количество металлического компонента, но, как правило, его качество довольно низкое.

Второй путь образования – магматический. Образовалась она во время извержения вулканов и вырывания магмы на поверхность. Железо и другие металлические примеси смешивались с раскаленной лавой, под действием высоких температур и давления. Но попадая наружу, они застывали, оставаясь в больших глыбах камней. Содержание металла в такой руде может колебаться от 20 до 60%.

Третий способ – метаморфический. При перемещении земной коры некоторые ее участки с необходимыми элементами попадали под вышезалегающие породы. Эти участки подвергались воздействию высоких давлений и температур. За миллионы лет эти процессы приводили к изменению состава исходного материала. В ходе того же перемещения земной коры руда перемещалась ближе к поверхности. Так и образовывалась железная руда с высоким содержанием полезного компонента (до 75%).

К рудам черных металлов относятся также породы, которые имеют в составе марганец, титан, хром, никель, кобальт, вольфрам и другие редкие металлы. В богатой может содержаться от 0,5 до 10 % основного компонента, ведь он достаточно нечасто встречается в природе. Главное, чтобы их добыча и переработка была экономически выгодна для производства.

Руды цветных металлов

Научно минерал руды из меди называется куприт, производное от химического элемента Cu, который содержится в породе. Не смотря на большую распространенность этого металла в мире, его количество в полезном ископаемом не большое, от 0,5%. В природе руд бывает шесть видов:

Чаще всего добывается колчеданная, это сочетание меди и железа, с незначительными примесями других компонентов. Немного уступает ей стратиформная, которая представлена сочетанием сланцев и песчаников. Ресурсы другого вида встречаются значительно реже. Массивных медных самородков не существует, она образуется только в виде смесей. Образование меди происходило во время извержения вулканов, что и обуславливает эту особенность.

Сейчас ведутся споры по поводу происхождения алюминия. Одни считают, что это результат разложения известняков и железа, другие – огромных температур при извержении вулканов. Существует и осадочная теория, что он образовался из-за выветривания горных пород. Добывается он карьерным и шахтным способом. Учитывая мягкость породы, ее получение очень похоже на вырубание каменного угля. Большинство других руд получают в сплавах со многими химическими примесями. Их обработка почти не отличается от обработки меди или алюминия.

По распространенности, алюминий превосходит даже железо. Его залежи исчисляются миллиардами тонн, но себестоимость производства намного выше, что и устанавливает цену на этот продукт.

Руды, богатые золотом

Золотая руда – это химические соединения металлов, из которых можно выделить золото. Она похожа на сплавы, например, с серебром или железом. Отделить их от породы довольно сложно, это физико-химический процесс, называемый диссоциацией, когда катионы под воздействием электрического тока осаждаются на электродах.

Подобный процесс используется и при производстве меди. Кстати, в медной руде также можно найти эти соединения, поэтому осадок, который образуется при медном производстве, также подвергается этому процессу. Кроме нее, в мире существуют и самородки. Это камни, в которых превалирует содержание Au.

Очень часто находят драгоценный металл в комбинации с теллуром. В России, а именно на Урале, встречается такой редкий сплав как мальдомит (сочетание с висмутом), который еще называется черное золото. В Мексике же и Колумбии можно найти даже руду с родием.

Старейший золотоносный рудник России находится на Урале. Его открытие произошло еще в далеком 1742 году, и он значительно повлиял на экономическое состояние государства. Здесь находили и самородки, и россыпи ценнейшего металла, к тому же, высокого качества. Даже сейчас уральское золото очень высоко ценится в мире.

Добыча рудных полезных ископаемых в России

Минеральный потенциал территории России огромен. Это связано с выгодным географическим расположением страны. Здесь можно найти все возможные виды рельефа, а значит, большое количество полезных ископаемых. Сейчас РФ является крупнейшим импортером металлического сырья в мире.

Горная руда очень важна для существования человека, ведь без нее не возможна даже транспортировка электричества по проводам. Это полезное ископаемое играет огромную роль в техническом развитии человечества. Месторождения металлов все еще не разработаны, и могут обеспечивать мир еще долгие годы.

Источник

Что такое руда в химии

прир. минер. образование с таким содержанием металлов или полезных минералов, к-рое обеспечивает эко-номич. целесообразность их извлечения. Кроме Р. металлов (железа, титана, меди, свинца и др.) имеются баритовые, графитовые, асбестовые, корундовые, фосфатные и др. подобные Р., относящиеся к неметаллическим полезным ископаемым. Из Р. извлекают и используют в народном хозяйстве более 80 хим. элементов.

Различают моно- и полиминеральные Р., состоящие соотв. из одного или неск. минералов. Все Р. имеют сложный и часто неоднородный состав. По соотношению полезных (рудных) и прочих, не имеющих пром. ценности, минералов выделяют сплошные и вкрапленные Р. Первые состоят преим. из рудных минералов; напр., железные Р. могут состоять почти из одного магнетита. Во вкрапленных Р. полезные минералы распределены в виде т. наз. вкрапленников, к-рые могут составлять 20-60% основной массы.

Р. называют простой или комплексной, если из нее извлекают соотв. один или неск. полезных компонентов. В комплексных Р. часто содержатся примеси редких металлов, напр.: в бокситах-Ga, La и Sc, в железных P.-V, в титановых-V, Sc, Nb. Наличие примесей редких элементов (V, Ge, Ga, РЗЭ и др.) повышает ценность Р. Напр., добыча бедных титаномагнетитовых Р. целесообразна только при попутном извлечении ванадия (качканарский тип Р.). Вредные примеси затрудняют металлургич. передел руд (и их концентратов) или ухудшают качество получаемого продукта. Так, в ильменитовом концентрате, предназначенном для получения пигментного оксида титана сернокислотным способом, должно содержаться: Сr 2 О 3 8 0,05%, Р 2 О 5 8 0,1%; обработка железных Р. усложняется при наличии Ti, S, P или As, причем при содержании ТiO 2 более 4% титаномагнетит непригоден для доменного процесса. Для правильного и наиб. полного использования Р. необходимо детальное изучение их элементного и вещественного (в частности, минерального) состава.

Миним. содержание ценных компонентов, к-рое экономически целесообразно для пром. извлечения, а также допустимое макс. содержание вредных примесей, наз. пром. кондициями. Они зависят от форм нахождения полезных компонентов в Р., технол. способов ее добычи и переработки. При совершенствовании последних изменяется оценка Р. конкретного месторождения. Так, в 1955 в Кривом Роге добывалась железная руда с содержанием железа не ниже 60%, а впоследствии стали использовать Р., содержащие 25-30% железа. Чем выше ценность металла, тем меньше м. б. запасы его Р. в месторождении и ниже его содержание в Р. (табл. 1). Особенно это относится к редким, радиоактивным и благородным металлам. Напр., скандий получают из руд при его содержании ок. 0,002%, золото и платину-при содержании 0,0005%.

Постоянно расширяющиеся потребности пром-сти заставляют вовлекать в сферу произ-ва все новые типы Р., к-рые ранее никогда не использовались. Повышается комплексность использования традиционных Р.

По геол. условиям образования Р. делятся на маг-матогенные, экзогенные и метаморфогенные (см. Полезные ископаемые).Железо часто образует крупные скопления (млрд. т) как магматогенного, так и экзогенного и мета-морфогенного происхождения. Др. полезные компоненты менее распространены и, как правило, образуют пром. скопления ограниченного кол-ва типов руд.

В результате действия разнообразных геол. процессов образуются рудные тела (скопления Р.), имеющие разл. форму и размеры. Согласно В. И. Смирнову (1976), выделяются след. осн. формы рудных тел: 1) изометрические, три измерения к-рых близки; 2) плитообразные, два измерения (длина и ширина) к-рых значительно больше, чем третье (мощность); 3) трубообразные, у к-рых одно измерение (длина) значительно больше двух других (мощности и ширины); 4) сложной формы, имеющие неправильные, резко изменяющиеся очертания во всех измерениях. Формы рудных тел зависят от геол. структуры и литологич. состава вмещающих пород. Сингенетические Р. образуются одновременно с горными породами, в к-рых они находятся, эпигенетические Р.-в результате проникновения в породы газовых и жидких р-ров.

Р. характеризуются разнообразными структурами и текстурами. Структура Р. определяется строением минер. агрегатов, т. е. формой, размером и способом сочетания отдельных зерен, слагающих данный агрегат. Различают 13 структурных групп: равномернозернистая, неравномернозернис-тая, пластинчатая, волокнистая, зональная, кристаллографически-ориентированная, тесного срастания, окаймления, замещения, дробления, колломорфная, сферолитовая и обломочная. Каждая группа подразделяется на разл. число видов.

Текстура Р.-это пространств. расположение минер. агрегатов, к-рые отличаются друг от друга по размеру, форме и составу. Выделяют 10 осн. групп текстур: массивная, пятнистая, полосчатая, прожилковая, сфероидальная, почковидная, дробления, пустотная, каркасная и рыхлая. Внутри каждой группы есть свои виды, напр.: пятнистая включает два вида текстур (такситовая и вкрапленная), а полосчатая-девять видов текстур (собственно полосчатая, ленточная, сложная и др.). Анализ структур и текстур Р. позволяет установить последовательность образования минералов и особенности формирования рудных тел.

Для добычи и обогащения Р. большое значение имеют размеры частиц ценных минералов. С учетом этого обстоятельства Р. разделяют на крупнозернистые (диаметр минер. зерен > 5 мм), среднезернистые (1-5 мм), мелкозернистые (0,2-1 мм) и тонкозернистые (

Источник

Что такое руда в химии

прир. минер. образование с таким содержанием металлов или полезных минералов, к-рое обеспечивает эко-номич. целесообразность их извлечения. Кроме Р. металлов (железа, титана, меди, свинца и др.) имеются баритовые, графитовые, асбестовые, корундовые, фосфатные и др. подобные Р., относящиеся к неметаллическим полезным ископаемым. Из Р. извлекают и используют в народном хозяйстве более 80 хим. элементов.

Различают моно- и полиминеральные Р., состоящие соотв. из одного или неск. минералов. Все Р. имеют сложный и часто неоднородный состав. По соотношению полезных (рудных) и прочих, не имеющих пром. ценности, минералов выделяют сплошные и вкрапленные Р. Первые состоят преим. из рудных минералов; напр., железные Р. могут состоять почти из одного магнетита. Во вкрапленных Р. полезные минералы распределены в виде т. наз. вкрапленников, к-рые могут составлять 20-60% основной массы.

Р. называют простой или комплексной, если из нее извлекают соотв. один или неск. полезных компонентов. В комплексных Р. часто содержатся примеси редких металлов, напр.: в бокситах-Ga, La и Sc, в железных P.-V, в титановых-V, Sc, Nb. Наличие примесей редких элементов (V, Ge, Ga, РЗЭ и др.) повышает ценность Р. Напр., добыча бедных титаномагнетитовых Р. целесообразна только при попутном извлечении ванадия (качканарский тип Р.). Вредные примеси затрудняют металлургич. передел руд (и их концентратов) или ухудшают качество получаемого продукта. Так, в ильменитовом концентрате, предназначенном для получения пигментного оксида титана сернокислотным способом, должно содержаться: Сr₂ О ₃ 8 0,05%, Р ₂ О ₅ 8 0,1%; обработка железных Р. усложняется при наличии Ti, S, P или As, причем при содержании ТiO₂ более 4% титаномагнетит непригоден для доменного процесса. Для правильного и наиб. полного использования Р. необходимо детальное изучение их элементного и вещественного (в частности, минерального) состава.

Миним.содержание ценных компонентов, к-рое экономически целесообразно для пром. извлечения, а также допустимое макс. содержание вредных примесей, наз. пром. кондициями. Они зависят от форм нахождения полезных компонентов в Р., технол. способов ее добычи и переработки. При совершенствовании последних изменяется оценка Р. конкретного месторождения. Так, в 1955 в Кривом Роге добывалась железная руда с содержанием железа не ниже 60%, а впоследствии стали использовать Р., содержащие 25-30% железа. Чем выше ценность металла, тем меньше м. б. запасы его Р. в месторождении и ниже его содержание в Р. (табл. 1). Особенно это относится к редким, радиоактивным и благородным металлам. Напр., скандий получают из руд при его содержании ок. 0,002%, золото и платину-при содержании 0,0005%.

Постоянно расширяющиеся потребности пром-сти заставляют вовлекать в сферу произ-ва все новые типы Р., к-рые ранее никогда не использовались. Повышается комплексность использования традиционных Р.

По геол. условиям образования Р. делятся на маг-матогенные, экзогенные и метаморфогенные (см. Полезные ископаемые).Железо часто образует крупные скопления (млрд. т) как магматогенного, так и экзогенного и мета-морфогенного происхождения. Др. полезные компоненты менее распространены и, как правило, образуют пром. скопления ограниченного кол-ва типов руд.

В результате действия разнообразных геол. процессов образуются рудные тела (скопления Р.), имеющие разл. форму и размеры. Согласно В. И. Смирнову (1976), выделяются след. осн. формы рудных тел: 1) изометрические, три измерения к-рых близки; 2) плитообразные, два измерения (длина и ширина) к-рых значительно больше, чем третье (мощность); 3) трубообразные, у к-рых одно измерение (длина) значительно больше двух других (мощности и ширины); 4) сложной формы, имеющие неправильные, резко изменяющиеся очертания во всех измерениях. Формы рудных тел зависят от геол. структуры и литологич. состава вмещающих пород. Сингенетические Р. образуются одновременно с горными породами, в к-рых они находятся, эпигенетические Р.-в результате проникновения в породы газовых и жидких р-ров.

Р. характеризуются разнообразными структурами и текстурами. Структура Р. определяется строением минер. агрегатов, т. е. формой, размером и способом сочетания отдельных зерен, слагающих данный агрегат. Различают 13 структурных групп: равномернозернистая, неравномернозернис-тая, пластинчатая, волокнистая, зональная, кристаллографически-ориентированная, тесного срастания, окаймления, замещения, дробления, колломорфная, сферолитовая и обломочная. Каждая группа подразделяется на разл. число видов.

Текстура Р.-это пространств. расположение минер. агрегатов, к-рые отличаются друг от друга по размеру, форме и составу. Выделяют 10 осн. групп текстур: массивная, пятнистая, полосчатая, прожилковая, сфероидальная, почковидная, дробления, пустотная, каркасная и рыхлая. Внутри каждой группы есть свои виды, напр.: пятнистая включает два вида текстур (такситовая и вкрапленная), а полосчатая-девять видов текстур (собственно полосчатая, ленточная, сложная и др.). Анализ структур и текстур Р. позволяет установить последовательность образования минералов и особенности формирования рудных тел.

По хим. составу преобладающих минералов различают Р. оксидные, силикатные, сульфидные, самородные, карбонатные, фосфатные и смешанные. Так, характерные представители оксидных Р.-скопления минералов железа (магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂O₃) и титана (ильменит FeTiO₃, рутил ТiO₂); к сульфидным относятся Р., содержащие пирит FeS₂, халькопирит CuFeS₂, сфалерит ZnS, галенит PbS; из самородных Р. добывают гл. обр. Аu и Pt. Сходство геохим. св-в неск. металлов приводит к тому, что содержащие их Р. пространственно и генетически связаны в природе с вполне определенными комплексами горных пород (табл. 2). Такая связь металлов помогает при поисках и перспективной оценке рудоносности исследуемых территорий.

Источник