Geležies rūdos: apibrėžimas, sudėtis ir išgavimas

Geležies rūdos: apibrėžimas, cheminių sudedamųjų dalių aprašymas ir efektyvūs išgavimo metodai — viskas apie geležies oksidus, rūšis ir pramonę.

Geležies rūdos - tai uolienos ir mineralai, iš kurių galima ekonomiškai išgauti metalinę geležį.

Geležis (Fe) yra vienas gausiausių uolienas sudarančių elementų. Ji sudaro apie 5 % Žemės plutos. Tai antras pagal gausumą ir paplitimą metalas (labiausiai paplitęs yra aliuminis). Žmonės jį naudoja jau daugiau kaip 3000 metų. Tačiau plačiai jis pradėtas naudoti tik XIV a., kai lydymo krosnys (aukštakrosnių pirmtakės) pakeitė kalves.

Rūdose paprastai gausu geležies oksidų, o jų spalva varijuoja nuo tamsiai pilkos, ryškiai geltonos, tamsiai violetinės iki rudai raudonos.

Sudėtis ir pagrindinės geležies rūdos

Geležies rūdos sudaro įvairūs geležies junginiai. Pagrindinės rūdos:

• Hematitas (Fe2O3) – vienas dažniausių ir vertingesnių, grynos formos turi apie 69–70 % Fe.
• Magnetitas (Fe3O4) – labai magnetinis, grynas turi apie 72 % Fe; dažnai naudojamas magnetiniam skirstymui.
• Limoniitas (dažnai rašomas kaip limonite, hidrinti geležies oksidai) – kintama sudėtis, Fe kiekis paprastai mažesnis (apie 40–60 %), spalva gelsvai ruda.
• Sideritas (FeCO3) – karbonatinė rūda, Fe kiekis apie 48 %; reikalauja specifinių apdorojimo metodų.

Rūdose taip pat būna įvairių priemaišų: silicio dioksido (SiO2), alyvosičių (Al2O3), fosforo (P), sieros (S), bei manganas. Šios priemaišos lemia rūdos kokybę ir jos tinkamumą tiesioginiam lydymui ar prieš apdorojimą.

Geležies rūdų klasifikacija pagal kokybę

• Aukštos kokybės rūdos – dažniausiai >60 % Fe, jas galima lydyti praktiškai be sudėtingo apdorojimo.
• Vidutinės kokybės rūdos – apie 40–60 % Fe, reikalauja koncentravimo (koncentravimo procesų) prieš gamybą.
• Žemos kokybės rūdos – <40 % Fe, dažnai naudojamos tik po intensyvaus perdirbimo arba aglomeravimo (peletizacijos, sinteringo).

Išgavimas

Dauguma geležies rūdų išgaunama atviru būdu (atvirųjų darbų kasybos), ypač didelėse telkinių zonose. Įprasti žingsniai:

• Geologiniai tyrimai ir gręžiniai – telkinių nustatymas ir preliminarus gradavimas.
• Kasyba – atviras arba požeminis išgavimas priklausomai nuo gylio ir geologinių sąlygų.
• Transportavimas – rūda vežama į perdirbimo įrenginius arba tiesiai į uostus ir plėtojama eksportui.

Koncentravimas ir perdirbimas

Prieš lydymą dauguma rūdų yra perdirbamos, kad padidinti Fe koncentraciją ir pašalinti priemaišas. Pagrindiniai metodai:

• Susmulkinimas ir malimas – sumažina kietų dalelių dydį.
• Magnetinė separacija – ypač efektyvi magnetitui atskirti.
• Gravitacinė separacija – naudojama dalelių dydžių skirtumams.
• Flotacija – taikoma smulkioms hematito dalelėms atskirti nuo silikatų.
• Magnetinio rūšiavimo ir peletavimas – po koncentravimo rūdos gali būti aglomeruotos į peletes arba sinterį, kad pagerėtų krosnių kameros pralaidumas ir kokybė.

Lydymas ir plieno gamyba

Pagrindinis geležies rūdų panaudojimas – plieno gamyba. Tradicinis procesas:

• Aukštakrosnies procesas – rūda, koksas ir kalkakmenis krosnyje išgauna liaudies geležį (pig iron), kuri vėliau konvertuojama į plieną.
• Tiesioginio redukcijos procesai (DRI) – redukcija naudojant gamtinį dujas arba vandenilį, gaunamas tiesiogiai redukuotas geležis; šis metodas mažina CO2 emisijas priklausomai nuo reduktoriaus šaltinio.
• Atkurtos žaliavos (šrotas) – plieninė laužas naudojama kartu su geležimi, sumažinant poreikį natūralioms rūdoms ir energijos suvartojimą.

Aplinkos poveikis ir tvarumas

Geležies rūdų kasyba ir apdorojimas sukelia kelis aplinkos iššūkius:

• Žemės paviršiaus pažeidimas bei biologinės įvairovės poveikis.
• Atliekų (tailings) saugojimas ir galimos užteršimo rizikos.
• Didelis vandens suvartojimas ir potencialus taršos pavojus.
• CO2 emisijos – ypač aukštakrosnių procese dėl kokso degimo.

Mitigavimo priemonės: atkūrimo darbai (reklamacija), vandens valymas, dulkių kontrolė, energijos efektyvumo didinimas ir naujos technologijos (pvz., vandenilio naudojimas redukcijai) siekiant sumažinti emisijas.

Ekonominė ir pasaulinė reikšmė

Geležies rūdos ir plieno gamyba yra pagrindinė šiuolaikinės pramonės šaka. Pagrindinės eksportuotojos šalys: Australija, Brazilija, Indija, Rusija ir Pietų Afrika; didžiausi sunaudotojai – Kinija ir Indija. Plienas naudojamas statyboje, transporto priemonėse, mašinų gamyboje, infrastruktūroje ir daugelyje kitų sričių.

Recycling (perdirbimas) vaidina svarbų vaidmenį: plieno atliekos leidžia reikšmingai sumažinti energijos poreikį ir išmetamą CO2 lygį, mažindamos priklausomybę nuo naujų rūdų.

Santrauka

Geležies rūdos yra pagrindinis šaltinis metalinei geležiai gauti. Jos skiriasi chemine sudėtimi ir geologine kilme, todėl išgavimo bei perdirbimo metodai parenkami pagal rūdos tipą ir kokybę. Nors geležies gavyba turi didelę ekonominę reikšmę, itin svarbu diegti tvarias praktikas ir technologijas, mažinančias poveikį aplinkai bei šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra geležies rūda?

K: Kiek geležies turi būti geležies, kad ją būtų galima laikyti "natūralia rūda" arba "tiesiogiai gabenama rūda"?

K: Kada žmonės pradėjo plačiai naudoti geležį?

Klausimas: Iš kur Žemėje yra geležies išteklių?

K: Ar ugnikalnių suformuotose salų grandinėse gausu metalų rūdų?

K: Iš kur Japonija gauna didžiąją dalį plieno?

Paieška pagal raidę