Jernmalm

Jernmalm
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Jernmalme  er naturlige mineralformationer, der indeholder jern og dets forbindelser i et sådant volumen, at industriel udvinding af jern fra disse formationer er tilrådelig. På trods af at jern indgår i en større eller mindre mængde i sammensætningen af ​​alle bjergarter , forstås jernmalme kun som ophobninger af jernholdige forbindelser , hvorfra metallisk jern kan opnås økonomisk [1] .

Klassifikation

Følgende industrielle typer jernmalm skelnes:

Der er fire hovedtyper af jernmalmprodukter, der anvendes i jernmetallurgi :

Kemisk sammensætning

Ifølge den kemiske sammensætning er jernmalm oxider , hydrater af oxider og kulsyresalte af jernoxid , forekommer i naturen i form af en række malmmineraler , hvoraf de vigtigste er: magnetit (magnetisk jernmalm), hæmatit ( jernglans eller rød jernmalm); limonit (brun jernmalm, som omfatter sump- og sømalme), siderit (spar jernmalm eller jernspat og dens sort - sfærosiderit). Normalt er hver ophobning af de navngivne malmmineraler en blanding af dem, nogle gange meget tæt, med andre mineraler, der ikke indeholder jern, såsom ler , kalksten eller endda med bestanddele af krystallinske magmatiske bjergarter. Nogle gange findes nogle af disse mineraler sammen i den samme forekomst , selvom i de fleste tilfælde dominerer et af dem, mens andre er genetisk beslægtede med det.

Rig jernmalm

Rig jernmalm har et jernindhold på over 57%, mindre end 8-10% silica , mindre end 0,15% svovl og fosfor . Det er et produkt af naturlig berigelse af ferruginholdige kvartsitter, skabt ved udvaskning af kvarts og nedbrydning af silikater under processerne med langvarig forvitring eller metamorfose. Dårlige jernmalme kan indeholde minimum 26 % jern.

Der er to hovedmorfologiske typer af rige jernmalmaflejringer: fladlignende og lineære. De flade-lignende ligger på toppen af ​​stejlt dyppede lag af jernholdige kvartsitter i form af store områder med en lommelignende bund og tilhører typiske forvitringsskorper. Lineære aflejringer er kileformede malmlegemer af rige malme, der falder ned i dybden i zoner med fejl, brud, knusning, bøjninger i processen med metamorfose. Malmene er kendetegnet ved et højt indhold af jern (54-69%) og et lavt indhold af svovl og fosfor. Det mest karakteristiske eksempel på metamorfe aflejringer af rige malme kan være Pervomayskoye- og Zheltovodskoye-aflejringer i den nordlige del af Krivbass .

Rige jernmalme bruges til at smelte råjern i højovne , som derefter omdannes til stål i åben ildsted , konverter eller elektrisk stålfremstilling. En lille del af de udvundne rige jernmalme bruges som farvestoffer og vægtningsmidler til boremudder [2] . Separat er der processer til direkte reduktion af jern , hvoraf et af produkterne er varmt briketeret jern . Lave og mellemstore jernmalme til industriel brug skal først gennemgå berigelsesprocessen .

Faktorer, der bestemmer værdien af ​​malme

  1. Den vigtigste faktor, der bestemmer den metallurgiske værdi af jernmalme, er jernindholdet. Jernmalme på dette grundlag er opdelt i rige (60-65% jern), med et gennemsnitligt indhold (45-60%) og fattige (under 45%). Et fald i mængden af ​​jern i malmen forårsager et progressivt fald i dens metallurgiske værdi på grund af en betydelig stigning i det relative udbytte af slagger ved højovnssmeltning. Praksis for drift af højovne har fastslået, at med en stigning i jernindholdet i ladningen med 1 % (abs.), øges ovnens produktivitet med 2–2,5 %, og det specifikke forbrug af koks falder med 1– 1,5 %.
  2. Sammensætningen af ​​gråbjerget har en væsentlig indflydelse på kvaliteten af ​​jernmalm. Med en gråbjerggrundlighed på nul fordobles mængden af ​​slagger i forhold til mængden af ​​gråbjerg, der indføres af malmen. Hvis affaldsmalmen er selvsmeltende, det vil sige grundligheden af ​​malm og slagge er ens, er indførelsen af ​​flux ikke påkrævet, og mængden af ​​slagge er lig med mængden af ​​affaldssten, det vil sige dens produktion vil være halvt så meget. I forhold til faldet i slaggeudbyttet falder det specifikke forbrug af koks, og højovnens produktivitet stiger. Således stiger den metallurgiske værdi af malme med stigningen i råbjergartens basicitet.
  3. Skadelige urenheder reducerer malmens værdi, og gør den i betydelig mængde uegnet til direkte brug i en højovn, selv med et højt jernindhold.
    • Under højovnssmeltning overgår en lille mængde svovlforbindelser til gas og føres med den fra ovnen, men hovedparten af ​​svovlen fordeles mellem råjernet og slaggen. For at omdanne den maksimale mængde svovl til slagger og forhindre produktion af surt råjern, skal højovnen indeholde stærkt opvarmede slagger med øget basicitet, hvilket i sidste ende øger det specifikke forbrug af koks og forholdsmæssigt reducerer ovnens produktivitet. Det menes, at et fald i svovlindholdet i malmdelen af ​​ladningen med 0,1% (abs.) reducerer det specifikke koksforbrug med 1,5-2%, fluxforbruget med 6-7% og øger produktiviteten af højovn med 1,5–2 % ovne. De nuværende forhold begrænser det maksimale svovlindhold i malm beregnet til højovnssmeltning til 0,2–0,3 %. Men på grund af den kendsgerning, at hovedparten af ​​de udvundne malme på nuværende tidspunkt, før de tilføres ovnen, underkastes forædling , efterfulgt af termisk behandling af koncentrater i processen med sintring eller ristning af pellets , hvilket resulterer i en betydelig del af det oprindelige svovl (80-95%) brænder ud, blev det muligt at anvende jernmalme med et svovlindhold på op til 2-2,5%. Samtidig er malm, som omfatter svovlsvovl , ceteris paribus, af større værdi sammenlignet med malm, hvor svovl er i form af sulfater , da sidstnævnte fjernes dårligere under agglomerering og ristning af pellets.
    • Arsen fjernes endnu værre under agglomeration . Ved højovnssmeltning omdannes det fuldstændigt til støbejern. Indholdet af arsen i den udvundne malm bør ikke overstige 0,1-0,2 %, selvom det bruges til agglomeration.
    • Fosfor fjernes ikke under agglomeration. I en højovn omdannes det fuldstændigt til råjern, så dets begrænsende indhold i malmen bestemmes af muligheden for at smelte råjern af denne kvalitet. Så for Bessemer (ren i fosfor) støbejern bør dens mængde i malmen ikke overstige 0,02%. Tværtimod, når man opnår fosforstøbejern til Thomas-processen, bør det være 1 % eller mere. Det gennemsnitlige indhold af fosfor, svarende til 0,3-0,5%, er det mest ugunstige, da en sådan koncentration af fosfor til smeltning af Tomasov-jern er lav, og for Bessemer -jern  er den for høj, hvilket fører til en forringelse af den tekniske og økonomiske indikatorer for stålfremstillingsprocessen.
    • Zink fjernes ikke under agglomeration. Derfor begrænser de tekniske forhold zinkindholdet i de smeltede malme til 0,08–0,10 %.
  4. Nyttige urenheder øger den metallurgiske værdi af jernmalme af følgende årsager. Under smeltningen af ​​sådanne malme kan naturligt legerede støbejern opnås, og derefter stål, der ikke kræver indførelse af specielle dyre additiver til legering (eller reducerer deres forbrug). Sådan bruges nikkel- og kromurenheder i malme . I andre tilfælde opnås andre værdifulde metaller samtidig med støbejern. For eksempel ved forarbejdning af titanomagnetitmalme som et resultat af metallurgisk forarbejdning udvindes der udover jern et meget værdifuldt og dyrt metal - vanadium , hvilket gør det økonomisk rentabelt at forarbejde råvarer med et lavt jernindhold ( se f.eks. Kachkanar GOK ). En øget mængde mangan i jernmalme gør det muligt at opnå manganstøbejern, hvor afsvovlingsprocesserne foregår mere fuldstændigt, og kvaliteten af ​​metallet forbedres.
  5. En malms evne til at blive beriget (beneficering af en malm) er et vigtigt tegn på dens metallurgiske værdi, da de fleste af de udvundne jernmalme underkastes en eller anden berigelsesmetode for at øge deres jernindhold eller reducere koncentrationen af ​​malm. skadelige urenheder. Beneficieringsprocessen består i en mere eller mindre fuldstændig adskillelse af malmmineralet fra gråbjerget, sulfider. Berigelse lettes, hvis gråbjerget næsten ikke indeholder jern, og malmmineralets partikler er relativt store korn. Sådanne malme klassificeres som letberigede . Fin imprægnering af malmpartikler og en stor mængde jern i gråbjerget gør malmen svær at berige , hvilket reducerer dens metallurgiske værdi betydeligt. Ved berigelse kan individuelle typer malme arrangeres i følgende række i rækkefølge efter forringelse: magnetisk jernmalm (beriget på den billigste og mest effektive måde - magnetisk adskillelse ), hæmatit- og martitmalm, brun jernmalm, siderit. Et eksempel på en let beriget malm er magnetitterne fra Olenegorsk-forekomsten . Magnetisk adskillelse gør det nemt at adskille gangkvarts fra magnetit. Når jernindholdet i den oprindelige malm er 29,9 %, opnås et koncentrat med 65,4 % jern. Også under den magnetiske adskillelse af titanomagnetitter af Kachkanarskoye-aflejringen , hvis jernindhold er 16,5%, opnås et koncentrat med 63-65% jern. For eksempel kan Kerch brun jernmalm tilskrives kategorien af ​​ildfaste malme, hvis vask, med et oprindeligt jernindhold på 40,8%, tillader at øge det i koncentrat kun op til 44,7%. I gråbjerget vasket fra malmen når dens andel i dette tilfælde 29-30%. Den metallurgiske værdi af jernmalm øges yderligere, når andre nyttige komponenter undervejs udvindes fra gråbjerg undervejs. For eksempel, når man beriger malmen fra Eno-Kovdorskoye-forekomsten, opnås udover jernmalmkoncentrat apatitkoncentrat , som er et råmateriale til fremstilling af mineralsk gødning. En sådan kompleks forarbejdning af jernmalm udvundet fra dybet øger rentabiliteten af ​​udviklingen af ​​forekomsten markant.
  6. De vigtigste fysiske egenskaber, der påvirker den metallurgiske værdi af jernmalme omfatter: styrke , granulometrisk sammensætning (klumpethed), porøsitet , fugtkapacitet osv. Direkte brug af lavstyrke og siltholdige malme i højovne er umulig, da deres fine fraktioner i høj grad forringer gaspermeabiliteten af ​​søjlen af ​​ladningsmaterialer. Desuden fjerner højovnsgasstrømmen malmpartikler mindre end 2-3 mm fra ovnens arbejdsrum, som derefter sætter sig i støvopsamlere. Ved forarbejdning af lavstyrkemalme fører dette til en stigning i deres specifikke forbrug til jernsmeltning. Udvindingen af ​​løse siltholdige malme er forbundet med behovet for at bygge dyre sinteranlæg til deres agglomerering , hvilket væsentligt devaluerer sådanne malme. Mængden af ​​fine partikler er især stor ved udvinding af brun jernmalm og hæmatitmalm. Således giver de rige malme af Kursk magnetiske anomali under minedrift op til 85% af de fine partikler, der skal agglomereres. Det gennemsnitlige udbytte af en fraktion større end 10 mm (egnet til højovnssmeltning) fra rige Krivoy Rog-malme overstiger ikke 32%, og udbyttet af en fraktion større end 5 mm fra udvundne Kerch-malme  er ikke mere end 5%. I henhold til betingelserne for højovnssmeltning bør den nedre grænse for størrelsen af ​​den malm, der fyldes i højovne, være 5-8 mm, men på grund af vanskeligheden ved at sigte så fine fraktioner, især våde malme, på skærme, stiger til 10-12 mm. Den øvre grænse for stykkernes størrelse bestemmes af malmens reducerbarhed og bør ikke overstige 30-50 mm, men i praksis er den også 80-100 mm.
  7. Malmens styrke under tørring, opvarmning og reduktion. På grund af det faktum, at sammensætningen af ​​malmene omfatter mineralske komponenter med forskellige termiske udvidelseskoefficienter, opstår der ved opvarmning betydelige indre spændinger i malmens stykker, hvilket forårsager deres ødelæggelse med dannelse af fine partikler. Tørring for hurtigt kan få malmstykkerne til at bryde ned under påvirkning af den undslippende vanddamp. Faldet i styrken af ​​jernmalmmaterialer under tørring og opvarmning kaldes decrepitation.
  8. En vigtig teknologisk kvalitet ved jernmalme er deres blødgøring. I en højovn skaber dejagtige slaggemasser dannet under blødgøringen af ​​malmdelen af ​​ladningen stor modstand mod passage af gasser. Derfor er det ønskeligt at bruge malme med den højeste blødgøringsstarttemperatur. I dette tilfælde blødgøres malmen ikke i højovnsskakten, hvilket positivt påvirker ladningskolonnens gaspermeabilitet. Jo kortere malmblødgøringsintervallet (temperaturforskellen mellem begyndelsen og slutningen af ​​blødgøring), jo hurtigere bliver de blødgjorte dejagtige masser til en flydende mobil smelte, som ikke giver megen modstand mod strømmen af ​​gasser. Derfor er malme med kort interval og højt blødgøringspunkt af stor metallurgisk værdi.
  9. Vandindholdet i en malm bestemmer dens fugtindhold. For forskellige typer jernmalm er det tilladte fugtindhold, under hensyntagen til deres fugtkapacitet, fastsat af tekniske forhold: for brun jernmalm - 10-16%, hæmatitmalm - 4-6%, magnetitter - 2-3%. En stigning i luftfugtighed øger transportomkostningerne til transport af malm, og om vinteren kræver det omkostninger til tørring for at forhindre, at den fryser. Således, med en stigning i fugtindhold og fugtkapacitet af malme, falder deres metallurgiske værdi.
  10. Karakteren af ​​malmens porøsitet bestemmer i høj grad reaktionsoverfladen af ​​interaktionen mellem gasformige reduktionsmidler og malmens jernoxider. Skelne mellem generel og åben porøsitet. Med samme værdi af den totale porøsitet, med et fald i porestørrelsen, øges reaktionsoverfladen af ​​malmstykkerne. Dette, ceteris paribus, øger malmens reducerbarhed og dens metallurgiske værdi.
  11. Reducerbarheden af ​​en malm er dens evne til at frigive oxygen bundet til jern til dens oxider til et gasformigt reduktionsmiddel i større eller mindre hastighed . Jo højere malmreducerbarheden er, jo kortere kan dens opholdstid i højovnen være, hvilket gør det muligt at fremskynde smeltningen. Med samme opholdstid i ovnen giver let reducerede malme ovngasserne mere ilt forbundet med jern. Dette gør det muligt at reducere graden af ​​udvikling af direkte reduktion og det specifikke forbrug af koks til jernsmeltning. Fra ethvert synspunkt er malmens øgede reducerbarhed således dens værdifulde egenskab. Den største reducerbarhed er sædvanligvis løs, meget porøs brun jernmalm og siderit, som, når CO 2 fjernes i højovnens øvre horisonter eller som følge af forbrænding, får høj porøsitet. De efterfølges i faldende reduktionsrækkefølge af tættere hæmatit- og magnetitmalme.
  12. Størrelsen af ​​en jernmalmforekomst er et vigtigt kriterium for dens vurdering, da med en stigning i malmreserver øges rentabiliteten af ​​dens udvikling, effektiviteten af ​​konstruktion og drift af hoved- og hjælpestrukturer ( stenbrud , miner , kommunikationer, boliger) osv.) stiger. Højovnsværkstedet på et moderne metallurgisk anlæg med gennemsnitlig kapacitet smelter 8-10 millioner tons råjern om året, og dets årlige efterspørgsel efter malm er 15-20 millioner tons. For at kompensere for byggeomkostningerne skal anlægget fungere i ca. mindst 30 år (afskrivningsperiode). Det svarer til minimumsindskudsreserverne på 450-600 millioner tons.
  13. En væsentlig indflydelse på bestemmelsen af ​​afvisningsgrænsen for jernindhold udøves af minedriftsforhold, afhængig af arten af ​​malmlegemets forekomst. Den dybe forekomst af malmlag kræver opførelse af dyre miner til deres udvikling, høje driftsomkostninger (til ventilation, belysning af miner, udpumpning af vand , løft af malm og gråsten osv.). Et eksempel på ekstremt ugunstige minedrift og geologiske forhold for forekomsten af ​​et malmlegeme er Yakovlevskoye-forekomsten KMA , hvor tagets højde over malmen i nogle områder når 560 m. Der er otte grundvandsmagasiner i taget, hvilket skaber vanskeligt hydrogeologiske forhold for minedrift og kræver fjernelse af grundvand fra området med en malmforekomst eller kunstig nedfrysning af jord i dette område. Alt dette kræver store kapital- og driftsomkostninger til malmudvinding og reducerer værdien af ​​malme. Forekomstens placering tæt på jordens overflade i dagtimerne og muligheden for at udvinde malm på en åben måde (i stenbrud) reducerer omkostningerne ved malmudvinding betydeligt og øger forekomstens værdi. I dette tilfælde bliver det rentabelt at udvinde og bearbejde malme med et lavere jernindhold end underjordisk minedrift.
  14. Sammen med data om mængden og kvaliteten af ​​jernmalm er en vigtig faktor i vurderingen af ​​en bestemt forekomst dens geografiske og økonomiske placering: afsides beliggenhed fra forbrugeren, tilgængelighed af transportkommunikation, arbejdskraft, osv. [3]

Industrielle typer af indskud

De vigtigste industrielle typer af jernmalmsforekomster

De er af metamorfe oprindelse. Malmen er repræsenteret af jernholdige kvartsitter, eller jaspilitter , magnetit , hæmatit -magnetit og hæmatit-martit (i oxidationszonen). Bassiner af Kursk magnetiske anomali ( KMA , Rusland) og Krivorozhsky (Ukraine), Lake Superior-regionen(USA og Canada), Hamersley jernmalm-provinsen (Australien), Minas Gerais-regionen (Brasilien).

Mindre industrielle typer af jernmalmforekomster

Aktier

Verdens påviste reserver af jernmalm er omkring 160 milliarder tons, som indeholder omkring 80 milliarder tons rent jern. Ifølge US Geological Survey tegner jernmalmsforekomsterne i Brasilien og Rusland sig hver for 18 % af verdens jernreserver. Reserver i form af jernindhold:

Fordeling af jernmalmreserver efter land:

Disse data tager ikke højde for den nyligt opdagede El Mutun- forekomst i Bolivia , verdens største forekomst , hvis reserver anslås til 40-42 milliarder tons malm (20% af verden).

Eksport og import

De største eksportører af jernmalm i 2009 (i alt 959,5 millioner tons), millioner tons:

De største importører af jernmalm i 2009, millioner tons:

Topprisen for jernmalm blev nået i 2011 og beløb sig til omkring $180 pr. ton [4] . Siden da, faldende i tre år, nåede noteringerne i 2015 under 40 USD pr. ton for første gang siden 2009 [5] .

Produktion

Ifølge US Geological Survey udgjorde verdens jernmalmproduktion i 2007 1,93 milliarder tons, en stigning på 7% i forhold til det foregående år. Kina, Brasilien og Australien står for to tredjedele af produktionen og sammen med Indien og Rusland - 80% [6] .

Ifølge US Geological Survey udgjorde verdens jernmalmproduktion i 2009 2,3 milliarder tons (en stigning på 3,6 % i forhold til 2008).

De største producenter af jernmalmråvarer i 2010
Selskab Land Produktionskapacitet, mio. t/år
Vale Brasilien 417,1
Rio Tinto Storbritanien 273,7
BHP Billiton Australien 188,5
ArcelorMittal Storbritanien 78,9
Fortescue Metals Australien 55,0
Evrazholding Rusland 56,90
Metalloinvest Rusland 44,7
AnBen Kina 44,7
Metinvest Holding Ukraine 42,8
Anglo American Sydafrika 41,1
LKAB Sverige 38,5

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 Kozlovsky, 1985 , s. 305.
  2. ↑ Kozlovsky, 1985 , s. 308.
  3. ↑ Shumakov, 2007 , s. 27-37.
  4. ↑ World News - Australien er ved at blive et "nyt Grækenland" på grund af gæld og recessionen i den kinesiske økonomi - The Telegraph - zn.ua. Hentet 19. september 2015. Arkiveret fra originalen 6. oktober 2015.
  5. ↑ Jernmalm handles under $40 pr. ton for første gang siden 2009 - Finmarket nyhedsbureau . Hentet 8. december 2015. Arkiveret fra originalen 10. december 2015.
  6. ↑ USGS rapport "Mineral Commodity Summaries 2008"

Litteratur

Links