Rautamalmi

Rautamalmi
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Rautamalmit  ovat luonnollisia mineraalimuodostelmia, jotka sisältävät rautaa ja sen yhdisteitä sellaisessa tilavuudessa, että raudan teollinen uuttaminen näistä muodostumista on suositeltavaa. Huolimatta siitä, että rautaa on suurempi tai pienempi määrä kaikkien kivien koostumuksessa , rautamalmeilla tarkoitetaan vain rautapitoisten yhdisteiden kertymiä, joista metallista rautaa voidaan saada taloudellisesti [1] .

Luokitus

Seuraavat teolliset rautamalmityypit erotetaan:

Rautametallurgiassa käytetään neljää päätyyppiä rautamalmituotteita :

Kemiallinen koostumus

Kemiallisen koostumuksen mukaan rautamalmit ovat oksideja , oksidien hydraatteja ja rautaoksidin hiilihapposuoloja , joita esiintyy luonnossa erilaisten malmimineraalien muodossa , joista tärkeimmät ovat: magnetiitti (magneettinen rautamalmi), hematiitti ( rautakiilto tai punainen rautamalmi); limoniitti (ruskea rautamalmi, joka sisältää suo- ja järvimalmit), sideriitti (sparrautamalmi tai rautamalmi ja sen lajike - sferosideriitti). Yleensä jokainen nimettyjen malmimineraalien kertymä on niiden sekoitus, joskus hyvin läheisesti, muiden rautaa sisältämättömien mineraalien, kuten saven , kalkkikiven , tai jopa kiteisten magmaisten kivien ainesosien kanssa. Joskus jotkut näistä mineraaleista löytyvät yhdessä samasta esiintymästä, vaikka useimmissa tapauksissa yksi niistä on hallitseva, kun taas toiset liittyvät siihen geneettisesti.

Rikas rautamalmi

Rikkaan rautamalmin rautapitoisuus on yli 57 %, alle 8-10 % piidioksidia , alle 0,15 % rikkiä ja fosforia . Se on rautapitoisten kvartsiittien luonnollisen rikastamisen tuote, joka syntyy kvartsin huuhtoutumisesta ja silikaattien hajoamisesta pitkäaikaisen sään tai metamorfoosin aikana. Huono rautamalmi voi sisältää vähintään 26 % rautaa.

Rikkaita rautamalmiesiintymiä on kahta pääasiallista morfologista tyyppiä: litteät ja lineaariset. Litteät makaavat jyrkästi uppoavien rautapitoisten kvartsiittikerrosten huipulla suurien, taskumaisen pohjan muotoisten alueiden muodossa ja kuuluvat tyypillisiin sääkuoreihin. Lineaariset esiintymät ovat rikkaiden malmien kiilamuotoisia malmikappaleita, jotka putoavat syvyyteen muodonmuutosprosessin aikana murtumien, murtumien, murskausten ja mutkien vyöhykkeissä. Malmeille on ominaista korkea rautapitoisuus (54-69 %) sekä alhainen rikki- ja fosforipitoisuus. Tunnusomaisin esimerkki rikkaiden malmien metamorfisista esiintymistä voivat olla Pervomayskoje- ja Zheltovodskoye-esiintymät Krivbassin pohjoisosassa .

Rikkaita rautamalmeja käytetään masuunien sulattamiseen harkkorautaa , joka muutetaan sitten teräkseksi avotakka- , konvertteri- tai sähköteräksen valmistuksessa. Pieni osa uutetuista rikkaista rautamalmeista käytetään väriaineina ja painotusaineina porauslieteissä [2] . Erikseen on olemassa raudan suorapelkistysprosesseja , joista yksi on kuumabriketoitu rauta . Teolliseen käyttöön tarkoitettujen vähäisten ja keskisuurten rautamalmien on ensin läpäistävä rikastusprosessi .

Malmien arvon määräävät tekijät

  1. Pääasiallinen rautamalmien metallurgisen arvon määräävä tekijä on rautapitoisuus. Tällä perusteella rautamalmit jaetaan rikkaisiin (60-65% rautaa), joiden keskimääräinen pitoisuus (45-60%) ja köyhiin (alle 45%). Raudan määrän väheneminen malmissa aiheuttaa sen metallurgisen arvon asteittaisen laskun, koska kuonan suhteellinen saanto lisääntyy merkittävästi masuunisulatuksessa. Masuunien käyttökäytäntö on osoittanut, että panoksen rautapitoisuuden noustessa 1 % (abs.) uunin tuottavuus kasvaa 2–2,5 % ja koksin ominaiskulutus pienenee 1– 1,5 %.
  2. Jätekiven koostumuksella on merkittävä vaikutus rautamalmin laatuun. Kun jätekiven emäksisyys on nolla, kuonan määrä kaksinkertaistuu verrattuna malmin tuomaan jätekiven määrään. Jos jätemalmi on itsestään sulavaa, eli malmin ja kuonan emäksisyys ovat yhtä suuret, juoksutteen lisäämistä ei vaadita, ja kuonan määrä on yhtä suuri kuin jätekiven määrä, eli sen tuotanto olla puolet niin paljon. Suhteessa kuonasaannon vähenemiseen koksin ominaiskulutus pienenee ja masuunin tuottavuus kasvaa. Näin ollen malmien metallurginen arvo kasvaa jätekiven emäksisyyden kasvaessa.
  3. Haitalliset epäpuhtaudet alentavat malmin arvoa ja tekevät siitä merkittävässä määrin sopimattomaksi suoraan masuunissa, vaikka rautapitoisuus olisi korkea.
    • Masuunisulatuksen aikana pieni määrä rikkiyhdisteitä siirtyy kaasuun ja kulkeutuu sen mukana uunista, mutta suurin osa rikistä jakautuu harkkoraudan ja kuonan välillä. Maksimimäärän rikkiä muuntamiseksi kuonaksi ja happaman harkkoraudan tuotannon estämiseksi masuunissa on oltava korkealla kuumennettuja kuonaa, jossa on lisääntynyt emäksisyys, mikä viime kädessä lisää koksin ominaiskulutusta ja vähentää suhteellisesti uunin tuottavuutta. Panoksen malmiosan rikkipitoisuuden alenemisen uskotaan 0,1 % (abs.) vähentävän koksin ominaiskulutusta 1,5–2 %, juoksutteen kulutusta 6–7 % ja lisäävän panoksen tuottavuutta. masuunissa 1,5–2 % uuneja. Nykyiset olosuhteet rajoittavat masuunisulatukseen tarkoitetun malmin rikkipitoisuuden 0,2–0,3 %:iin. Kuitenkin johtuen siitä, että tällä hetkellä, ennen kuin ne syötetään uuniin, suurin osa louhituista malmeista rikastetaan , mitä seuraa rikasteiden lämpökäsittely sintraus- tai pellettien pasutusprosessissa , minkä seurauksena merkittävä osa alkuperäisestä rikistä (80–95 %) palaa loppuun, tuli mahdolliseksi käyttää rautamalmeja, joiden rikkipitoisuus oli jopa 2–2,5 %. Samaan aikaan malmi, joka sisältää sulfidirikkiä , ceteris paribus, on arvokkaampi kuin malmi, jossa rikki on sulfaattien muodossa , koska jälkimmäinen poistuu huonommin agglomeraation ja pellettien pasutuksen aikana.
    • Arseeni poistuu vielä huonommin agglomeroitumisen aikana . Masuunisulatuksessa se muuttuu kokonaan valuraudaksi. Louhitun malmin arseenipitoisuus ei saa ylittää 0,1–0,2 %, vaikka sitä käytettäisiin agglomerointiin.
    • Fosforia ei poisteta agglomeroitumisen aikana. Masuunissa se muuttuu kokonaan harkkoraudaksi, joten sen rajoittava pitoisuus malmissa määräytyy mahdollisuudesta sulattaa tätä laatua olevaa harkkorautaa. Joten Bessemer-valuraudoissa (puhdas fosfori) sen määrä malmissa ei saa ylittää 0,02%. Päinvastoin, kun fosforivalurautaa hankitaan Thomas-prosessiin, sen tulisi olla 1 % tai enemmän. Keskimääräinen fosforipitoisuus, joka on 0,3-0,5%, on epäedullisin, koska Tomasov-raudoiden sulatuksessa tällainen fosforipitoisuus on alhainen ja Bessemer -raudoilla  liian korkea, mikä johtaa teknisen heikkenemiseen. ja teräksenvalmistusprosessin taloudelliset indikaattorit.
    • Sinkki ei poistu agglomeroitumisen aikana. Siksi tekniset olosuhteet rajoittavat sulatettujen malmien sinkkipitoisuuden 0,08–0,10 %:iin.
  4. Hyödylliset epäpuhtaudet lisäävät rautamalmien metallurgista arvoa seuraavista syistä. Tällaisten malmien sulatuksen aikana voidaan saada luonnollisesti seostettuja valurautoja ja sitten teräksiä, jotka eivät vaadi erityisten kalliiden lisäaineiden lisäämistä seostukseen (tai niiden kulutuksen vähentämiseen). Näin nikkelin ja kromin epäpuhtauksia käytetään malmeissa. Muissa tapauksissa valuraudan kanssa saadaan samanaikaisesti muita arvometalleja. Esimerkiksi kun jalostetaan titanomagnetiittimalmeja metallurgisen käsittelyn tuloksena, raudan lisäksi uutetaan erittäin arvokasta ja kallista metallia - vanadiinia , mikä tekee taloudellisesti kannattavan käsitellä vähän rautapitoisia raaka-aineita ( ks. esim. Kachkanar GOK ). Lisääntynyt mangaanin määrä rautamalmeissa mahdollistaa mangaanivalurautojen saamisen, joissa rikinpoistoprosessit tapahtuvat täydellisemmin ja metallin laatu paranee.
  5. Malmin rikastumiskyky (malmin rikastuminen) on tärkeä merkki sen metallurgisesta arvosta, sillä suurin osa uutetuista rautamalmeista rikastetaan jollakin toisella menetelmällä niiden rautapitoisuuden lisäämiseksi tai malmin pitoisuuden vähentämiseksi. haitallisia epäpuhtauksia. Rikastusprosessi koostuu malmimineraalin enemmän tai vähemmän täydellisestä erottamisesta jätekivestä, sulfideista. Rikastumista helpottaa, jos jätekivi ei sisällä lähes lainkaan rautaa ja malmimineraalin hiukkaset ovat suhteellisen suuria rakeita. Tällaiset malmit luokitellaan helposti rikastettaviksi . Malmihiukkasten hieno kyllästäminen ja suuri määrä rautaa jätekivessä tekevät malmista vaikeaksi rikastua , mikä vähentää merkittävästi sen metallurgista arvoa. Rikastuksella yksittäiset malmityypit voidaan järjestää seuraavaan riviin huononemisjärjestykseen: magneettinen rautamalmi (rikastettu halvimmalla ja tehokkaimmalla tavalla - magneettierotus ), hematiitti- ja martiittimalmit, ruskea rautamalmi, sideriitti. Esimerkki helposti rikastuvasta malmista on Olenegorskin esiintymän magnetiitit . Magneettinen erotus helpottaa kvartsin erottamista magnetiitista. Kun rautapitoisuus alkuperäisessä malmissa on 29,9 %, saadaan rikaste, jossa on 65,4 % rautaa. Myös Kachkanarskoye-esiintymän titanomagnetiittien magneettisen erotuksen aikana , jonka rautapitoisuus on 16,5%, saadaan konsentraatti, jossa on 63-65% rautaa. Esimerkiksi Kerchin ruskea rautamalmi voidaan katsoa tulenkestävien malmien luokkaan, jonka pesu 40,8 %:n alkurautapitoisuudella mahdollistaa sen rikasteen lisäämisen vain 44,7 %:iin. Malmista pestävässä jätekivessä sen osuus on tässä tapauksessa 29–30 %. Rautamalmin metallurginen arvo kasvaa entisestään, kun sen rikastamisen aikana louhitaan jätekivestä muita hyödyllisiä komponentteja. Esimerkiksi Eno-Kovdorskoye-esiintymän malmia rikastettaessa saadaan rautamalmirikasteen lisäksi apatiittirikastetta , joka on raaka-aine mineraalilannoitteiden valmistukseen. Tällainen syvältä louhitun rautamalmin monimutkainen käsittely lisää merkittävästi esiintymän kehittämisen kannattavuutta.
  6. Tärkeimmät rautamalmien metallurgiseen arvoon vaikuttavat fysikaaliset ominaisuudet ovat: lujuus , granulometrinen koostumus (palaisuus), huokoisuus , kosteuskapasiteetti jne. Heikkolujuisten ja silttyneiden malmien suora käyttö masuuneissa on mahdotonta, koska niiden hienojakeet heikentävät suuresti varausmateriaalien kolonnin kaasunläpäisevyys. Lisäksi masuunin kaasuvirtaus poistaa uunin työtilasta alle 2-3 mm:n kokoisia malmihiukkasia, jotka laskeutuvat pölynkerääjiin. Heikkolujuisia malmeja käsiteltäessä tämä lisää niiden ominaiskulutusta raudan sulatukseen. Irtonaisten lieteisten malmien louhinta liittyy tarpeeseen rakentaa kalliita sintrauslaitoksia niiden agglomeraatiota varten , mikä alentaa merkittävästi tällaisia ​​malmeja. Erityisen suuri hienoaineksen määrä on ruskean rautamalmin ja hematiittimalmin louhinnassa. Siten Kurskin magneettisen poikkeaman rikkaat malmit louhinnan aikana antavat jopa 85 % agglomeroitavasta hienoaineksesta. Yli 10 mm:n (masuunisulatukseen soveltuvan) jakeen keskimääräinen saanto rikkaista Krivoy Rog -malmeista ei ylitä 32 % ja louhituista Kerchin malmeista yli 5 mm:n jakeen saanto on  enintään 5 %. Masuunisulatuksen olosuhteiden mukaan masuuniin ladattavan malmin koon alaraja tulee olla 5-8 mm, mutta tällaisten hienojakeiden, erityisesti märkien malmien seulonnan seuloilla vaikeudesta johtuen nousee 10-12 mm:iin. Kappaleiden koon yläraja määräytyy malmin pelkistyvyyden mukaan, eikä se saa ylittää 30-50 mm, mutta käytännössä se on myös 80-100 mm.
  7. Malmien lujuus kuivauksen, kuumennuksen ja pelkistyksen aikana. Koska malmien koostumus sisältää mineraalikomponentteja, joilla on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet, kuumennettaessa malmin kappaleisiin syntyy merkittäviä sisäisiä jännityksiä, jotka aiheuttavat niiden tuhoutumisen hienoaineksen muodostumisen myötä. Liian nopea kuivuminen voi aiheuttaa malmipalojen hajoamisen ulospurkavan vesihöyryn vaikutuksesta. Rautamalmimateriaalien lujuuden heikkenemistä kuivauksen ja kuumennuksen aikana kutsutaan decrepitaatioksi.
  8. Rautamalmien tärkeä teknologinen laatu on niiden pehmeneminen. Masuunissa panoksen malmiosan pehmenemisen aikana muodostuneet taikinamaiset kuonamassat luovat suuren vastuksen kaasujen kulkua vastaan. Siksi on toivottavaa käyttää malmeja, joiden pehmenemisen alkamislämpötila on korkein. Tällöin malmi ei pehmene masuunin kuilussa, mikä vaikuttaa suotuisasti panoskolonnin kaasunläpäisevyyteen. Mitä lyhyempi malmin pehmennysväli (pehmennemisen alun ja lopun lämpötilaero), sitä nopeammin pehmenevät tahnamaiset massat muuttuvat nestemäiseksi liikkuvaksi sulateeksi, joka ei vastusta paljon kaasujen virtausta vastaan. Siksi malmeilla, joilla on lyhyt väli ja korkea pehmenemispiste, on suuri metallurginen arvo.
  9. Malmin kosteuspitoisuus määrittää sen kosteuspitoisuuden. Erityyppisille rautamalmeille sallittu kosteuspitoisuus, ottaen huomioon niiden kosteuskapasiteetti, määräytyy teknisissä olosuhteissa: ruskealle rautamalmille - 10-16%, hematiittimalmille - 4-6%, magnetiiteille - 2-3%. Kosteuden nousu lisää malmin kuljetuksen kuljetuskustannuksia ja talvella se vaatii kuivauksen kustannuksia sen jäätymisen estämiseksi. Näin ollen kosteuspitoisuuden ja malmien kosteuskapasiteetin kasvaessa niiden metallurginen arvo laskee.
  10. Malmin huokoisuuden luonne määrää suurelta osin kaasumaisten pelkistysaineiden ja malmin rautaoksidien vuorovaikutuksen reaktiopinnan. Erota yleinen ja avoin huokoisuus. Samalla kokonaishuokoisuuden arvolla, huokoskoon pienentyessä, malmikappaleiden reaktiopinta kasvaa. Tämä, ceteris paribus, lisää malmin pelkistymistä ja sen metallurgista arvoa.
  11. Malmin pelkistyvyys on sen kyky vapauttaa rautaan sitoutunutta happea oksideihinsa kaasumaiseksi pelkistimeksi suuremmalla tai pienemmällä nopeudella . Mitä suurempi malmin pelkistyvyys on, sitä lyhyempi sen viipymäaika masuunissa voi olla, mikä mahdollistaa sulatuksen nopeuttamisen. Samalla viipymäajalla uunissa helposti pelkistyvät malmit antavat uunikaasuille enemmän rautaan liittyvää happea. Tämä mahdollistaa suoran pelkistyksen kehitysasteen ja koksin ominaiskulutuksen alentamisen raudansulatukseen. Siten malmin lisääntynyt pelkistyvyys on mistä tahansa näkökulmasta katsottuna sen arvokas ominaisuus. Suurin pelkistyvyys on yleensä irtonainen, erittäin huokoinen ruskea rautamalmi ja sideriitit, jotka CO 2 :n poistuessa masuunin ylähorisontissa tai esipolton seurauksena saavat suuren huokoisuuden. Niitä seuraavat pelkistyvyys alenevassa järjestyksessä tiheämmät hematiitti- ja magnetiittimalmit.
  12. Rautamalmiesiintymän koko on tärkeä kriteeri sen arvioinnissa, koska malmivarantojen kasvaessa sen kehittämisen kannattavuus paranee, rakentamisen ja pää- ja apurakenteiden ( louhokset , kaivokset , viestintä, asuminen ) tehokkuus paranee. jne.) kasvaa. Keskikapasiteettisen nykyaikaisen metallurgisen tehtaan masuuni sulattaa 8-10 miljoonaa tonnia harkkorautaa vuodessa ja malmin vuositarve on 15-20 miljoonaa tonnia. Rakennuskustannusten kompensoimiseksi laitoksen on toimittava vähintään 30 vuotta (poistoaika). Tämä vastaa 450–600 miljoonan tonnin vähimmäistalletusvarantoja.
  13. Rautapitoisuuden hylkäysrajan määrittämiseen vaikuttavat merkittävästi kaivosolosuhteet malmikappaleen esiintymisen luonteesta riippuen. Malmikerrosten syvä esiintyminen edellyttää kalliiden kaivosten rakentamista niiden kehittämiseen, korkeita käyttökustannuksia (ilmanvaihto, kaivosten valaistus, veden pumppaus , malmin ja jätekiven nosto jne.). Esimerkki erittäin epäsuotuisista kaivos- ja geologisista olosuhteista malmikappaleen esiintymiselle on Jakovlevskoje-esiintymä KMA , jossa katon korkeus malmin yläpuolella on paikoin jopa 560 m. Katossa on kahdeksan pohjavettä, mikä luo vaikeaa hydrogeologiset olosuhteet kaivostoiminnalle ja edellyttää pohjaveden poistamista malmiesiintymän alueelta tai maaperän keinotekoista jäädyttämistä tällä alueella. Kaikki tämä vaatii malmin louhinnalta suuria pääoma- ja käyttökustannuksia ja alentaa malmien arvoa. Esiintymän sijainti lähellä maan pintaa päiväsaikaan ja mahdollisuus louhia malmia avoimesti (louhoksissa) alentaa merkittävästi malmin louhinnan kustannuksia ja lisää esiintymän arvoa. Tällöin on kannattavaa louhia ja käsitellä malmeja, joiden rautapitoisuus on alhaisempi kuin maanalainen louhinta.
  14. Rautamalmin määrää ja laatua koskevien tietojen lisäksi tärkeä tekijä tietyn esiintymän arvioinnissa on sen maantieteellinen ja taloudellinen sijainti: etäisyys kuluttajasta, liikenneyhteyksien saatavuus, työvoimaresurssit jne. [3]

Teolliset talletukset

Rautamalmiesiintymien tärkeimmät teolliset tyypit

Ne ovat metamorfista alkuperää. Malmia edustavat rautapitoiset kvartsiitit tai jaspiliitit , magnetiitti , hematiitti -magnetiitti ja hematiitti-martiitti (hapetusvyöhykkeellä). Kurskin magneettisen anomalian ( KMA , Venäjä) ja Krivorozhskyn (Ukraina) altaat, Superior-järven alue(USA ja Kanada), Hamersleyn rautamalmin maakunta (Australia), Minas Geraisin alue (Brasilia).

Pienet teolliset rautamalmiesiintymät

Osakkeet

Maailman todistetut rautamalmivarat ovat noin 160 miljardia tonnia, jotka sisältävät noin 80 miljardia tonnia puhdasta rautaa. US Geological Survey:n mukaan Brasilian ja Venäjän rautamalmiesiintymät muodostavat kumpikin 18 % maailman rautavarannoista. Varannot rautapitoisuuden mukaan:

Rautamalmivarantojen jakautuminen maittain:

Näissä tiedoissa ei oteta huomioon Boliviassa äskettäin löydettyä El Mutun -esiintymää , joka on maailman suurin esiintymä , jonka varastojen arvioidaan olevan 40-42 miljardia tonnia malmia (20 % maailmasta).

Vienti ja tuonti

Suurimmat rautamalmin viejät vuonna 2009 (yhteensä 959,5 milj. tonnia), milj. tonnia:

Suurimmat rautamalmin maahantuojat vuonna 2009, milj. tonnia:

Rautamalmin huippuhinta saavutettiin vuonna 2011, ja se oli noin 180 dollaria tonnilta [4] . Sittemmin hinnat ovat laskeneet kolme vuotta, mutta vuoteen 2015 mennessä hinnat olivat alle 40 dollaria tonnilta ensimmäistä kertaa vuoden 2009 jälkeen [5] .

Tuotanto

US Geological Surveyn mukaan maailman rautamalmin tuotanto vuonna 2007 oli 1,93 miljardia tonnia, mikä on 7 % enemmän kuin edellisenä vuonna. Kiina, Brasilia ja Australia tuottavat kaksi kolmasosaa tuotannosta ja yhdessä Intian ja Venäjän kanssa 80 prosenttia [6] .

US Geological Surveyn mukaan maailman rautamalmin tuotanto vuonna 2009 oli 2,3 miljardia tonnia (kasvua 3,6 % vuoteen 2008 verrattuna).

Suurimmat rautamalmiraaka-aineiden tuottajat vuonna 2010
Yhtiö Maa Tuotantokapasiteetti, milj. t/vuosi
Vale Brasilia 417.1
Rio Tinto Iso-Britannia 273,7
BHP Billiton Australia 188,5
ArcelorMittal Iso-Britannia 78.9
Fortescue Metallit Australia 55,0
Evrazholding Venäjä 56,90
Metalloinvest Venäjä 44.7
AnBen Kiina 44.7
Metinvest Holding Ukraina 42.8
Anglo-amerikkalainen Etelä-Afrikka 41.1
LKAB Ruotsi 38.5

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 Kozlovsky, 1985 , s. 305.
  2. ↑ Kozlovsky, 1985 , s. 308.
  3. ↑ Shumakov, 2007 , s. 27-37.
  4. ↑ World News - Australia on muuttumassa "uudeksi Kreikaksi" velkojen ja Kiinan talouden taantuman vuoksi - The Telegraph - zn.ua. Haettu 19. syyskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 6. lokakuuta 2015.
  5. ↑ Rautamalmin hinta on alle 40 dollaria tonnilta ensimmäistä kertaa sitten vuoden 2009 - uutistoimisto Finmarket . Haettu 8. joulukuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 10. joulukuuta 2015.
  6. ↑ USGS:n raportti "Mineral Commodity Summaries 2008"

Kirjallisuus

Linkit