Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Проект «Тайна железной руды»

Проект «Тайна железной руды»

3. Вид проекта: Индивидуальный, исследовательский, краткосрочный.

4. Цель проекта: Создать условия для развития познавательных и творческих способностей детей в процессе знакомства с железной рудой.

5. Задачи проекта:

— развивать интерес к окружающему миру ;

-воспитывать у детей чувство гордости к своему городу

— воспитывать уважение к профессиям нашего города

-удовлетворить интерес ребенка.

5. Краткое содержание проекта:

Выбор темы. Постановка проблемы. Вхождение в проблему.

Задачи этапа проекта:

Мотивировать на участие в проектечерез модель трех вопросов:

• Что хочешь узнать?

• Как узнать о нем больше?

Что знаешь про железную руду? Что ты хочешь узнать про железную руду? Как узнать

Это камень и если он так называется, значит в нем железо (слова ребенка) Как из этого камня получаются рельсы, кто их делает где их делают, почему именно из железной руды их делают? 1. Посмотреть книжки, съездить на завод, спросить у родителей, воспитателей, сделать какой-нибудь опыт

Задачи этапа проекта:

— познакомить с железной рудой

-познакомить с особенностями профессий

— познакомить со свойствами железной руды путем исследовательской деятельности

-привлечь родителей к участию в поисковой деятельности, сборе информации

6. Сроки проведения – 14 дней

7.Колличество участников: 1ребенок, родители, воспитатели

9. Продукт проекта (ожидаемый результат):

-знает и может отличить железные предметы от других материалов

-может самостоятельно выявить свойства, качества данного вещества методом исследования

-называют профессии, которые участвуют в изготовлении рельс

-проявляет интерес к окружающему миру, задает вопросы, ищет пути решения проблемы

10. Форма презентации проекта:

-выступление с презентацией перед детьми

Задачи работы на этапе «Групповая плоскость» «Семейная плоскость» «Педагогическая плоскость»

Мотивировать детей на участие в проекте через модель трех вопросов Беседа с «Что мы знаем о железной руде

Обсуждение «Что мы хотим узнать?» Консультация родителей «Как познакомить ребенка с историй возникновения железнодорожных рельс» Составление плана совместных действий всех участников проекта

Работа в центрах

Центр исследования: железная руда, магнит, предметы из разных материалов, микроскоп, емкости для воды, весы

Центр патриотического воспитания: книги о истории города,

Центр изобразительного искусства: Раскраски, трафареты

Центр познания: дидактические игры «Из чего это сделано», «От камня до металла», «В мире профессий»

6. Сроки проведения – 14 дней

7.Колличество участников: 1ребенок, родители, воспитатели

9. Продукт проекта (ожидаемый результат):

-знает и может отличить железные предметы от других материалов

-может самостоятельно выявить свойства, качества данного вещества методом исследования

-называют профессии, которые участие в изготовлении рельс

-проявляет интерес к окружающему миру, задает вопросы, ищет пути решения проблемы

10. Форма презентации проекта:

-выступление с презентацией перед детьми

Что знаешь про железную руду? Что ты хочешь узнать про железную руду? Как узнать

Это камень и если он так называется, значит в нем железо (слова ребенка) Как из этого камня получаются рельсы, кто их делает где их делают, почему именно из железной руды их делают 1. Посмотреть книжки, съездить на завод, спросить у родителей, воспитателей, сделать какой-нибудь опыт

Дошкольник и мир профессий железная дорога. Коварданова М. А. ,Стеклова И. Ю., Москва 2010 г.

Ход выступления

Я, Берсенев Вадим. Мне 5лет. Хожу в детский сад № 95 «Росинка». Я очень активный и любознательный, меня интересуют окружающие предметы, их истории возникновения.

Однажды я поехал с родителями в Ульяновскую область на поезде. На остановке задумался, из чего же сделаны рельсы? Ведь очень много поездов едут с одного конца света в другой. Что это за вещество, какими свойствами обладает?

Я спросил папу — из чего сделаны рельсы? Папа ответил, что из стали. А сталь из чего? Из железной руды. А железную руду из чего делают? А ее находят в земле. Тут у меня появилось еще больше вопросов, как находят железную руду, как получаются рельсы?

На эти вопросы помогли найти ответы родители и воспитатели. Они нашли фотографии по добычи железной руды и рассказали всю информацию подробно.

В нашем городе добывают железную руду. А как ее добывают. Я узнал из стихотворения.

С виду неприглядный камень,

Он в земле лежит пластами

Чтоб его наверх поднять,

Надо в шахте побывать.

Под землею огоньки,

Это в шахте горняки.

Этот очень нужный камень.

Железную руду потом отвозят на завод, где делают рельсы. Дома посмотрели в интернете видео, как их делают, посмотрели книги.

Еще я узнал много новых профессий, это геолог, шахтер, сталевар.

.А почему именно из железа выплавляют рельсы?

Какими свойствами оно обладает? У нас в садике есть коллекция камней. Я попросил воспитателей показать мне железную руду. Они мне предложили магнит и сказали, что магнит притягивает только железо, попробуй сам найти его. У меня получилось. Моим друзьям тоже стало интересно. С помощью магнита мы нашли много железных предметов в группе. Оказывается металлофон и колокольчик тоже из железа. Но звучит металл по-разному. Мы знаем, что деревянные предметы не тонут в воде, а как же железо. Попробовали, оказывается тонет. Значит оно тяжелее дерева. Если рельсы делают из железа, значит оно должно быть очень крепким и прочным. Я попробовал наступить на него, потом бросить, и даже постучал молотком по нему и оно не сломалось. Конечно, из такого прочного материала можно сделать рельсы. Я очень горжусь, что наше железо помогло победить фашистов, из него делали танки, вагоны, снаряды. Сейчас делают в Тагиле грузовые вагоны, новые танки, экскаваторы, автопогрузчики. Тагильские художники украсили наш город скульптурами из железа.

Правила безопасного поведения на железной дорогеПравила безопасного поведения на железной дороге В сентябре, в рамках месячника по теме: «Безопасность на железной дороге» в младшей разновозрастной группе воспитатель Кибизова Екатерина.

Читайте так же:
Как подключить электростанцию к дому

Конспект подгруппового занятия для старшей группы дошкольников «С приключениями по железной дороге» Муниципальное бюджетное дошкольное образовательное учреждение «Детский сад комбинированного вида N73» 141300, Московская область, г. Сергиев.

Лекция по безопасности на железной дороге ВидеоЛекция по безопасности на железной дороге Видео Тема безопасности актуальна всегда и везде, никогда не будет лишним рассказать ребятам о том, как правильно вести себя в той или иной ситуации.

Мероприятие по безопасности детей на железной дороге «Веселый паровоз»Мероприятие по безопасности детей на железной дороге «Веселый паровоз» Железная дорога – это зона повышенной опасности, где главным травмирующим фактором был и остается наезд подвижного состава, высокое напряжение.

Образовательно-воспитательный проект «Осторожно, поезд!» «Безопасность на железной дороге» Образовательно-воспитательный Проект «Осторожно, поезд!» «Безопасность на железной дороге» Вид проекта: практико-ориентированный Участники.

Проект «Тайна моего имени» в подготовительной группе. Тип проекта: социально-исследовательский. Детский. Групповой Участники: дети подготовительной группы, дети средней группы, воспитатели,.

Развлечение по безопасности на железной дороге «Весёлое путешествие» Тема: «Весёлое путешествие» Возрастная группа: Подготовительная группа Форма организации: Групповая Цель: Формирование у детей навыков.

Социально-бытовая сказка «Байки дедушки Железной Бороды». На планете Железяке в городке Ненужных Вещей в сломанном холодильнике жили старый кусок железа – дедушка Железная Борода, его жена Едкая.

Спортивно-интеллектуальный досуг «Что мы знаем о железной дороге?» Спортивно — интеллектуальный досуг для детей 2 -х подготовительных групп «Что мы знаем о железной дороге?». Цель: — обогащать знания дошкольников.

Закономерности размещения и геолого-промышленные типы месторождений железных руд

Главнейшие минералы железных руд. Рассмотрено объемы добычи железной руды по странам мира. Промышленные типы железных руд, их минеральный. Уровень производства железа и его сплавов – один из определяющих показателей промышленного развития страны.

РубрикаГеография и экономическая география
Видреферат
Языкрусский
Дата добавления22.11.2019
Размер файла236,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закономерности размещения и геолого-промышленные типы месторождений железных руд

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Уровень производства железа и его сплавов — один из определяющих показателей состояния промышленного развития страны.

В 2003 г. в России произведено 91,8 млн. т товарных железных руд. По выпуску стали в 2003 г. — 62,7 млн. т — Россия занимала четвертое место в мире после Китая, Японии и США. Высоким уровнем развития черной металлургии обладают Китай, Япония, США, Южная Корея, Германия, Украина.

Среднее содержание железа в земной коре — 5,0 %, оно является одним из наиболее распространенных элементов и входит в состав большого числа минералов (более 300). Главные промышленно-ценные минералы железа — оксиды и гидроксиды, в меньшей степени — карбонаты; это магнетит, титаномагнетит и гематит, а также мартит (псевдоморфоза гематита по магнетиту), гётит, гидрогётит (лимонит) и сидерит (табл. 1).

добыча месторождение железный руда

Главнейшие минералы железных руд

* Магнетит с изоморфной примесью титана или гомогенный твердый раствор магнетита и ульвошпинели. К титаномагнетиту часто относят и ильменомагнетит — магнетит с ильменитовыми продуктами распада твердого раствора.

По количеству общих (на 01.01.2003 г. — 100 млрд. т — 16,1 % мировых) и разведанных (56,1 млрд. т — 18,6 % мировых) запасов железных руд Россия устойчиво занимает первое место в мире, полностью удовлетворяет свои потребности в железорудном сырье и значительные объемы товарных железных руд, концентратов, окатышей, горячебрикетированного железа ежегодно поставляет на экспорт.

На всех материках можно найти ископаемые, содержащие железо. Месторождения выявлены на территории 98 стран. Сегодня добывают 212 млрд. тонн минералов. Ученые предполагают, что общая масса этих пород на планете составляет 790 млрд. тонн. Количество железа в рудных пластах разное. Различают богатые, рядовые и бедные месторождения. Поэтому соотношение количества добываемой руды и получаемого из нее железа разное. Качество подавляющего большинства минералов невысокое. 86% добытых ископаемых содержит от 16 до 40% железа. Поэтому сырье нужно чем-то обогащать.

В России добывается 12% качественного материала, в котором больше 60% целевого сырья. Минералы наивысшего качества для металлургической отрасли добываются в Австралии. Там руда содержит 64% железа. Минералы добываются, если содержат достаточное количество сырья, чтобы их промышленная переработка была целесообразной. В металлургии применяются три главных вида продукции: Богатые залежи в среднем содержат 57% железа, а бедные — примерно 26%.

Запасы железных руд (млн т) в некоторых странах

Среднее содержание железа, %

По разведанным (подтвержденным) запасам месторождения железных руд разделяют на весьма крупные (более 1 млрд т), крупные (300 млн-1 млрд т), средние (50-300 млн т) и мелкие (менее 50 млн т).

Все ныне известные типы руд образовались тремя способами:

1) Магматическим. Такие руды образовывались в результате воздействия высокой температуры магмы или древней вулканической деятельности, то есть переплавки и перемешивания других горных пород. Такие полезные ископаемые — это твердые кристаллические минералы с высоким процентным составом железа. Залежи руд магматического происхождения обычно привязаны к старым зонам горообразования, где расплавленное вещество подходило близко поверхности.

Рисунок 1. Добыча железной руды по странам мира

2) Метаморфическим. Так преобразовываются осадочные типы минералов. Процесс следующий: при перемещениях отдельных участков земной коры, некоторые ее пласты, содержащие необходимые элементы, попадает под залегающие выше породы. На глубине они поддаются воздействию высокой температуры и давлению верхних слоев. В течение миллионов лет такого воздействия здесь происходят химические реакции, преобразующие состав исходного материала, кристаллизация вещества.Приурочены,как правило к породам кристаллического фундамента.

3) Осадочным. Главными агентами процесса образования руд становятся вода и ветер. Разрушающие пласты породы и перемещающие их в низины, где они накапливаются в виде слоев. Вода, как реагент, может видоизменять исходный материал (выщелачивать). В итоге образуется бурый железняк — рассыпчатая и рыхлая руда, содержащая от 30% до 40% железа, с большим количеством различных примесей. Характерно для осадочного чехла платформ.

Читайте так же:
Доклад по физике майкл фарадей

Железорудные месторождения промышленного значения весьма разнообразны. Они известны в эндогенных, экзогенных и метаморфогенных комплексах пород. С учетом генезиса принято выделять следующие основные промышленные типы.

а) титаномагнетитовые и ильменит-титаномагнетитовые, представляющие собой зоны концентрированной вкрапленности (с шлировыми и жило-линзообразными обособлениями) ванадий- и титансодержащих магнетитов в интрузивах габбро-пироксенит-дунитовой, габбровой, габбро-диабазовой и габбро-анортозитовой формаций (Качканарское, Копанское, Первоуральское на Урале, Пудожгорское в Карелии, Чинейское в Читинской области, месторождения Бушвельдского комплекса в ЮАР, Роутивара, Таберг в Швеции, Аллард-Лейк (Лак-Тио) в Канаде и др.);

б) бадделеит-апатит-магнетитовые, образующие серии линзо- и жилообразных тел в ультраосновных щелочных интрузивах с карбонатитами (Ковдорское на Кольском полуострове, Палабора в Южной Африке).

На долю титаномагнетитовых и бадделеит-апатит-магнетитовых руд приходится 6,6 % мировых разведанных запасов и 5,6 % производства товарных руд. В России они составляют 12,9 % в запасах и 18,2 % в производстве товарных руд.

Метасоматические месторождения (месторождения скарново-магнетитовых руд) представлены в разной степени оруденелыми скарнами и скарноидами, образующими сложные пласто- и линзообразные залежи магнетитовых руд в осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических породах (Соколовское, Сарбайское, Качарское в Казахстане; Высокогорское, Гороблагодатское и другие на Урале; Абаканское, Тейское в Красноярском крае; Шерегешевское, Таштагольское и другие в Горной Шории; Таежное, Десовское в Якутии; Маркона в Перу, месторождения Чилийского железорудного пояса; Чогарт, Чадор-Малю в Иране; Мааншань в Китае). На долю скарново-магнетитовых руд приходится 9,5 % мировых разведанных запасов и 8,3 % производства товарных руд. Руды данного типа в России составляют соответственно 12,2 и 12,9 %.

а) генетически связанные с траппами и представленные жило-столбообразными и различной сложной формы залежами магномагнетитовых руд в осадочных, пирокластических породах и траппах (Коршуновское, Рудногорское, Нерюндинское, Капаевское, Тагарское в Восточной Сибири);

б) гидротермально-осадочные сидеритовые, гематит-сидеритовые, представленные пласто-, жило- и линзообразными согласными и секущими залежами сидеритовых, гематит-сидеритовых (в верхних горизонтах окисленных) руд в осадочных породах (Бакальское рудное поле на Урале, Березовское в Читинской области, Уэнза, Бу-Кадра, Заккар-Бени-Саф в Алжире, Бильбао в Испании ).

Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире незначительна и не превышает 1 %, в России в запасах она составляет — 5,4 %, в производстве товарных руд — 2,9 %.

Вулканогенно-осадочные месторождения — согласные пласты и линзы гематитовых, магнетит-гематитовых и гематит-магнетитовых руд в вулканогенно-осадочных породах (Западно-Каражальское в Казахстане, Холзунское на Алтае). Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире незначительна. В России такие месторождения пока не разрабатываются.

Осадочные морские месторождения, образовавшиеся в морских бассейнах и представленные слабо дислоцированными пластовыми залежами лептохлоритовых и гидрогётитовых оолитовых руд в морских терригенно-карбонатных мезокайнозойских отложениях (Керченский железорудный бассейн на Украине, Аятское в Казахстане, месторождения бурых железняков Лотарингского железорудного бассейна (на территории Франции, Бельгии, Люксембурга), Великобритании, Германии, провинции Ньюфаундленд Канады и Бирмингемского района в США). Доля руд данного типа в разведанных запасах в мире составляет 10,6 %, в производстве товарных руд — 8,9 %. В России такие месторождения не разведаны и не отрабатываются.

Осадочные континентальные месторождения, образовавшиеся в речных или озерных бассейнах и представленные пластовыми и линзообразными залежами лептохлоритовых и гидрогётитовых оолитовых руд в ископаемых речных отложениях (Лисаковское в Казахстане). Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире незначительна. В России такие месторождения не разведаны и не отрабатываются.

Метаморфизованные железистые кварциты широко распространены на древних щитах, платформах и на некоторых срединных массивах фанерозойских складчатых областей. Большинство их имеет раннепротерозойский и архейский возраст; значительно меньше распространены позднепротерозойские и раннепалеозойские месторождения. Железистые кварциты образуют огромных размеров железорудные бассейны. Рудные залежи кварцитов в пределах месторождений обычно имеют крупные размеры: километры по простиранию, первые сотни или десятки метров по мощности. Характерна пластообразная форма рудных тел, тонкополосчатые текстуры и сходный минеральный состав руд на различных месторождениях (Криворожский бассейн на Украине, в России — месторождения Курской магнитной аномалии, Оленегорское на Кольском полуострове, Костомукшское в Карелии, Тарыннахское и Горкитское в Якутии, в Австралии — бассейн Хамерсли, в Бразилии — район Каражас и «Железного четырехугольника», в США — район оз. Верхнего, в Канаде — Лабрадорский прогиб, в Китае — бассейн Аньшань-Бенси и др.). Крупные и уникальные по запасам месторождения, легкая обогатимость руд, возможность разработки открытым способом большими карьерами с применением мощной горнодобывающей и транспортной техники позволяют считать их благоприятными объектами добычи железных руд во всех бассейнах мира. Доля руд данного типа в разведанных запасах и производстве товарных руд в мире превышает 60 %, в России в запасах она составляет — 55,9 %, в производстве товарных руд — 64,5 %.

Месторождения кор выветривания, представленные богатыми гидрогематит- и сидерит-магнетитовыми, мартит-магнетитовыми рудами, формируются при преобразовании железистых кварцитов в результате гипергенных процессов. В соответствии с этим в своем распространении они связаны с районами и площадями развития железистых кварцитов, приурочены к развивающимся по ним площадным и линейным корам выветривания (Михайловское, Яковлевское, Гостищевское, Висловское, Разуменское в России, месторождения богатых руд Кривого Рога на Украине, железорудные районы Австралии, Бразилии, Индии, США). На долю месторождений данного типа приходится 12,5 % разведанных запасов России и 1,3 % производства товарных руд. В сумме доля месторождений двух последних типов — железистых кварцитов и развивающихся по ним полигенных богатых железных руд — составляет в мире 70,9 % разведанных запасов и 74,4 % производства товарных руд, т.е. это наиболее важные промышленные типы месторождений. Доля руд двух последних типов месторождений в России составляет в запасах 68,4 %, в производстве товарных руд — 65,8 %.

Читайте так же:
Как работает дымогенератор для холодного копчения

Прочие гипергенные железные руды:

а) бурые железняки, связанные с корами выветривания сидеритов (Бакальская и Зигазино-Комаровская группы месторождений на Урале, Березовское в Читинской области);

б) прерывистые плащеобразные залежи хром-никелевых гётит-гидрогётитовых руд, распространенные в коре выветривания ультраосновных пород (латеритные руды Кубы, Филиппин, Индонезии, Гвинеи, Мали, на Урале — Серовское и месторождения Орско-Халиловского района). Такие руды, как правило, легированы никелем и кобальтом.

Доля прочих гипергенных железных руд в разведанных запасах в мире составляет 2,4 %, в производстве товарных руд — 2,0 %, в России соответственно 1,1 и 0,2 %.

В зависимости от условий образования чрезвычайно разнообразен и минеральный состав железных руд, определяющий в значительной степени их промышленную ценность. Железные руды подразделяются на 11 основных промышленных типов (табл. 2).

Железная руда: что из нее делают в современной промышленности?

Отрасль черной металлургии – железорудная промышленность – занимается добычей и переработкой железной руды, чтобы затем это полезное ископаемое превратилось в чугун и сталь. Так как железо является довольно распространенным элементом, получают его только из тех горных пород, в которых его больше.

Это минеральное образование человечество научилось добывать и обрабатывать позднее всего, видимо потому, что железная руда мало похожа на металл. Сейчас же без железа и стали сложно представить себе современный мир: транспортная, строительная отрасль, сельское хозяйство и многие другие сферы не могут обойтись без металла. О том, как и во что превращается железная руда в процессе несложных химических процессов, пойдет речь далее.

Вид железной руды

Виды железных руд.

Железная руда различается по количеству содержащего в ней железа. Она бывает богатой, в которой его больше 57%, и бедной – от 26%. Бедные руды используются в промышленности только после их обогащения.

По происхождению руду делят на:

  • Магматогенную – руда, получившаяся в результате действия высоких температур.
  • Экзогенную – осадок в морских бассейнах.
  • Метаморфогенную – образовавшуюся в результате действия высокого давления.

Железные руды также разделяют на:

  • красный железняк, который является наиболее распространенной и в то же время наиболее богатой на железо рудой;
  • бурый железняк;
  • магнитный;
  • шпатовый железняк;
  • титаномагнетит;
  • железистый кварцит.

Все они содержат разное количество железа (26–70%), вредные примеси в виде серы или фосфора и пустую породу.

Этапы металлургического производства.

Ответ на главный вопрос статьи «железная руда: что из нее делают» очень прост: из железных руд добывают сталь, чугун, сталистые чугуны и железо.

Составляющие металлургического производства

При этом металлургическое производство начинается с добычи основных компонентов для производства металлов: каменного угля, железной руды, флюсов. Затем на горно-обогатительных комбинатах добытую железную руду обогащают, избавляясь от пустых пород. На специальных заводах занимаются подготовкой коксующихся углей. В доменных цехах руда превращается в чугун, из которого затем производят сталь. А сталь, в свою очередь, превращается в готовый продукт: трубы, листовую сталь, прокат и прочее.

Производство черных металлов условно делят на две стадии, в первой из них получают чугун, во второй чугун преобразовывают в сталь.

Процесс производства чугуна.

Чугун – это сплав углерода и железа, в который также входят марганец, сера, кремний, фосфор.

Устройство доменной печи

Чугун производят в доменных печах, в которых железная руда восстанавливается из оксидов железа при больших температурах, при этом отделяется пустая порода. Флюсы используют для уменьшения температуры плавления пустой породы. В доменную печь загружают руду, флюсы и кокс слоями.

В нижнюю часть печи подается нагретый воздух, поддерживающий горение. Так происходит череда химических процессов, в результате которых получают расплавленный чугун и шлак.

Полученный чугун бывает разных видов:

  • передельный, используемый в производстве стали;
  • ферросплав, который применяют также в качестве добавок при производстве стали;
  • литейный.

Производство стали.

Практически 90% всего добываемого чугуна является передельным, то есть он используется в производстве стали, которую получают в мартеновских или электрических печах, в конвекторах. При этом появляются новые методы получения стали:

  • электроннолучевая плавка, которая используется для получения особо чистых металлов;
  • вакуумирование стали;
  • электрошлаковый переплав;
  • рафинирование стали.

В стали, если сравнивать его с чугуном, меньше кремния, фосфора и серы, то есть при получении стали нужно уменьшить их количество с помощью окислительной плавки, производимой в мартеновских печах.

Мартен представляет собой печь, в которой над плавильным пространством сгорает газ, создавая необходимую температуру от 1700 до 1800°C. Раскисление проводят с помощью ферромарганца и ферросилиция, затем на заключительном этапе – при помощи ферросилиция и алюминия в сталеразливочном ковше.

Сталь более высокого качества производят в индукционных и дуговых электропечах, в которых температура выше, поэтому на выходе получают тугоплавкую сталь. На первом этапе производства стали происходит окислительный процесс с помощью воздуха, кислорода и оксида шихты, на втором – восстановительный, заключающийся в раскислении стали и удалении серы.

Продукция черной металлургии.

Подводя итог в теме «железная руда: что из нее делают», нужно перечислить четыре основных продукта черной металлургии:

Европейская металлургия от костра до мартена

На протяжении всей истории человечества образ хозяйствования нашей цивилизации определяли металлы. Вообще говоря, все первые металлы, открытые человечеством, стоят правее водорода в электрохимическом ряду напряжений металлов. Это так просто потому, что все остальные по закону неумолимой термодинамики будут окислены во влажных и окислительных условиях атмосферы и литосферы. Точнее говоря, те, что правее водорода, тоже будут окислены – но сильно позже. А пока что встречайте: медь, серебро, золото, сурьма!


Справа все интересующие нас металлы, а заодно ртуть и платина. Не влезли палладий и висмут, но они встречаются реже метеоритов

Все эти элементы при определенной доле удачи могут быть встречены в самородном виде – неслыханное счастье для тех, кому до того предстояло пользоваться каменными орудиями труда. Металлу можно придавать почти любую форму, он не раскалывается, а деформируется при ударах, а еще его можно затачивать и делать качественно лучшие орудия труда. Золото, серебро и медь уже к позднему неолиту вовсю использовались для изготовления украшений, а в 6 тысячелетию человечество открыло для себя медные инструменты. Однако самым лучшим доступным металлом было, конечно, железо. Для того, чтобы найти его в чистом виде, нужно поистине дьявольское везение – оно встречается только в упавших метеоритах и является настоящей царской прерогативой (так, кинжал из гробницы Тутанхамона сделан именно из такого железа).

Читайте так же:
Как снять показания счетчика электроэнергии меркурий 234

Новую веху в истории обработки металлов ознаменовала восстановительная металлургия. Люди открыли, что, если спекать некоторые минералы с углем, в камешках получившегося шлака заблестят кусочки меди. Это позволило человечеству перейти на небывало высокий по сравнению с неолитом уровень технологий. Новые медные инструменты и так были на порядок лучше каменных, но теперь они стали по-настоящему доступны. Вскоре появились первые печи для плавки меди, которые, например, можно найти в древних городах Анатолии. Так, первое найденное литое изделие датируется 5000 г. до н. э.


диаграмма Эллингема

Теперь сделаем небольшое отступление обратно к современности и обратим свои взоры на диаграмму Эллингема. Эта диаграмма показывает нам, насколько при разных температурах стабильны различные оксиды. Также она позволяет легко определить, восстановит ли углерод или угарный газ нужный оксид до металла при данной температуре – для этого всего лишь нужно посмотреть, в какой точке линия С и СО становится ниже линии соответствующего металла. Из нее можно понять, например, что даже при небольшом нагревании и углеродом, и угарным газом медь восстановится со свистом, а вот чтобы восстановить железо, придется хорошенько постараться (но все же меньше, чем для многих других металлов).

Проблема состоит не только в этом. Мало просто восстановить металл, необходимо его еще и расплавить, иначе вместо слитка, которому можно придать любую форму, получится просто серый (в случае железа) или красный (в случае меди) порошок. Поэтому для эффективного изготовления железных изделий нужна такая печь, которая сможет расплавить железо. Однако построить ее не так-то просто, первые железоделательные печи появились на территории той же Анатолии у хеттов примерно к 1200 г. до н. э. До этого человечество обходилось медью или бронзой – сплавом меди с мышьяком или оловом (бронза была попрочнее меди, дольше изнашивалась и плавилась при меньшей температуре).


Сыродутная печь

Такие требования сформировали облик европейской железной металлургии на многие века. Схема печи оставалась общей: высокая глиняная/земляная труба, в которой вперемежку уложены слои железной руды (как правило, болотной бурой слизи или каменной руды) и древесный уголь. Все это мероприятие было крайне малопрофитным в смысле целевого продукта, в железо превращалось около 30% руды в лучшем случае. Несмотря на это, железные орудия были на порядок выгоднее орудия из любого другого металла, доступного европейцам, из-за не в пример большего качества.

Описанный выше способ выплавки железа назывался сыродутным. Получившийся кусок железа содержал крайне большое количество шлаков, поэтому его проковывали большое количество раз. При этом получившееся железо обладало существенным недостатком. При получении оно было крайне твердым и незатачиваемым (так как содержало большое количество углерода), а при дальнейшем выгорании – очень мягким. Поэтому единственным способом получить нормальное, функциональное изделие было сваривание нескольких пакетов железа методом проковки сложенных слоев железа, просыпанных между собой бурой. Усовершенствовав технологи многократной проковки заготовки до предела и чередуя мягкие и твердые слои железа, человечество научилось изготавливать булатную сталь – один из лучших видов металлургической продукции своего времени.

Одним из основных шлаков в металлургическом производстве Средневековья был чугун. Он выплавлялся из руды раньше всех, потому что в нем больше углерода, а, чем больше в каком-либо твердом веществе примеси, тем ниже его температура плавления. Также чугун крайне хрупок и тяжел, что затрудняло его применение в металлургии. Довольно большая часть железа всегда уходила в шлаки в виде чугуна, откуда его было уже не выдернуть. В больших по размеру печах (штукофенах и блауофенах) с четырех-пятиметровыми «резервуарами» для руды и угля в чугун и шлак уходило просто огромное количество железа. Обычно из чугуна потом изготавливали низкотехнологические изделия типа кувалд, ядер и прочего. Забавный факт – и по сей день шлаки металлургического производства используются в дорожном строительстве как материал для брусчатки.


Схема современной доменной печи

Следующей вехой развития железного производства стали доменные печи. Человечество догадалось, что, если печь сделать достаточно большой, можно будет подбрасывать в нее уголь и руду прямо в процессе плавки, а железо, сталь, чугун и шлаки сливать из нее через отдельные летки. Этот процесс в 15-16 вв. стал очередным технологическим бумом для Европы – несмотря на то, что доменную печь нельзя было останавливать, а угля и руды она жрала абсолютно непомерное количество, она позволила европейцам превзойти весь мир по выплавке металла на душу населения, а, следовательно, по артиллерийской мощи.

С учетом роста населения и постоянно растущего спроса на железо его производство на душу населения в 11-13 вв. достигало порядка килограмма на человека в год. Для сравнения – современный небольшой ножик весит порядка 200 граммов, лезвие небольшого топора – около 700 граммов, а ведь еще нужно на чем-то готовить, чем-то строить, опять же всяческие метизы типа гвоздей, скоб, крюков и прочего. В итоге мы понимаем, что уровень сыродутной металлургии даже с учетом перекрытия некоторых потребностей другими металлами давал ужасающе мало.

Ситуация менялась, как ни парадоксально, с увеличением количества металлических изделий – можно было срубать больше деревьев, прокапывать более глубокие шахты, возводить более сложные конструкции. Производство росло в геометрической прогрессии – размер печей для выплавки железа все увеличивался, увеличивался от простой сыродутной печи к штукофену и блауофену и наконец-то вырос до настоящей домны с непрерывным циклом выплавки. И тут понеслась – положительная обратная связь сделала свое дело.

Читайте так же:
Курсы электротехники в москве

Всеевропейское внедрение в 15-16 веках доменной печи сразу, буквально за несколько десятилетий, увеличило количество производимого на душу населения железа втрое, а то и вчетверо. Нашей цивилизации впервые стали по-настоящему доступны каменные железные руды. Забегая вперед, скажу, что в Швеции, стране, которая на тот момент поставляла больше половины всего европейского железа, к 18 веку производство достигло невероятных 20 кг железа на человека. Впрочем, до обогащения и прочих технологических процессов мы пока еще не дошли – пока что это просто загрузка печи камнями руды, углем и флюсом – специальным веществом, чтобы снизить количество примесей в плаве и уменьшить температуру плавления.

Проблемой доменного производства была необходимость в огромном количестве качественного древесного угля – каменный уголь содержал много вредных для железа примесей, поэтому деревья приходилось вырубать в огромных масштабах. Об экологии тогда никто не заботился, но бескрайние леса были, очевидно, не во всех странах. Также откровенным минусом все еще был уход огромного количества железа в чугун, хрупкий и потому не годный для создания инструментов и метизов. Единственной масштабной отраслью применения чугуна было артиллерийское дело – на отливку пушек и ядер шли многие тонны чугуна. И вот тут человечество сделало пока чисто эмпирическое, но очень важное открытие – из чугуна при высокой температуре может выгорать углерод. Естественно, ни о каком углероде речь тогда не шла, но этот факт позволил железоделательному производству перейти еще на один технологический уровень выше.

Все помнят, как в морозилке замерзает соленая вода? Образуется большая ледышка, самого рассола становится меньше, концентрация соли в нем растет. Похожий процесс происходит и при плавлении чугуна на воздухе. Углерод из него частично выгорает, частично переходит в жидкую фазу, а на дне печи начинают образовываться кристаллы железа. Это явление заметил английский металлург Генри Корт, и вскоре практика пудлингования – перемешивания расплава чугуна вошла в Британии в крайне широкое распространение.


Печь для пудлингования. 1) Под 2) Труба с клапаном для регулирования силы тяги 3) Порог, отделяющий металл в рабочем объёме от топлива 4) Колосниковая решётка, на которой находится горящее топливо (уголь) 5) Боковое окно для пудлинговщика 6) Окно для заброса топлива

Как происходило пудлингование? Сначала в печи, обложенной огнеупорной футеровкой (отделка печи, позволяющая оградить тело печи от разрушительного влияния расплавов) без доступа открытого пламени расплавлялся чугун. По прошествии некоторого времени рабочие засовывали в расплав огромные железные штанги (около 40 килограммов весом) и начинали интенсивно перемешивать его. Вскоре на штангах выкристаллизовывалось чистое железо, температура плавления которого намного выше, чем у чугуна. Далее получившуюся крицу вынимали из расплава, проковывали и разделяли на слитки.

Естественно, процесс этот был далеко не из самых легких, однако он позволил высвободить для промышленности огромное количество чистого железа и разом решить проблему переизбытка чугуна. Процесс пудлингования доминировал в металлургии на протяжении практически ста лет, после чего был вытеснен сразу тремя способами – бессемеровским (открытым Генри Бессемером в 1856 году), томасовским (открытым в 1878 году Сидни Гилкристом Томасом) и мартеновским.


Принцип работы любого конвертера

Бессемеровский и томасовский процессы довольно схожи. В качестве основного реактора используется веретенообразная печь с огнеупорной футеровкой (в случае бессемеровского процесса – кислой, содержащей SiO2, в случае томасовского – основной, содержащей доломит CaCO3xMgCO3). В процессе плавки печь нагревается, опять же, без доступа открытого пламени, после чего продувается сжатым воздухом через сопла, расположенные в дне печи. Расплав поддерживается в горячем состоянии из-за процесса окисления примесей руды, проходящего с выделением температуры. Далее полученное железо подвергается дополнительному науглероживанию с образованием стали. Основное отличие двух способов состоит в химическом составе плава.

В томасовском процессе могут быть использованы загрязненные серой и фосфором руды – продукты окисления фосфора и серы связываются материалом футеровки, давая окисляющий железо углекислый газ. У этого способа есть недостаток – фосфор и сера удаляются из плава не в полном объеме, поэтому железо получается более ломким. В бессемеровском же процесса футеровка печи не позволяет использовать основные флюсы, что делает его более требовательным к качеству руды. Однако этот способ дает более качественное железо, что и определило его производственное преимущество в долгосрочной перспективе.

Настало время сказать несколько слов и про мартеновский процесс. Он был открыт в 1864 году французским инженером Пьером Мартеном. Основное его отличие от бессемеровского и томасовского способов состоит в том, что газообразное топливо (обычно природный газ или коксовый газ) подаются прямо в зону плавки, где расплавляют чугун и одновременно окисляют его. Мартеновский процесс получил особенно широкое распространение в качестве способа передельной металлургии, которая использует для выплавки новой стали железный лом.

Сейчас практически все процессы старины глубокой (кроме доменной выплавки, конечно) уже ушли в прошлое. Их заместили новые гиганты – конвертерно-кислородный (переиначенный бессемеровский) и электродуговой способы выплавки стали. Однако история их, как мне кажется, довольно увлекательна, чтобы помнить ее и интересоваться ей.


Божественно прекрасный томасовский конвертер

Автор: Павел Ильчук

VPS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector