Минеральные образования, содержащие железо в таких количествах, при которых его экономически выгодно добывать. Главные рудные минералы железных руд такие: оксиды железа – магнетит, гематит, мартит; гидрооксиды – гетит и гидрогетит; карбонаты – сидерит и сидероплезит; силикаты – шамозит и тюрингит.
Всего известно более 300 минералов, содержащих железо: оксиды, сульфиды, силикаты, фосфаты, карбонаты и др. Важнейшие минералы железа: магнетит Fe 2 O 4 (72,4% Fe), гематит Fe 2 O 3 (70% Fe), гетит FeOOH (62,9% Fe), лепидокрокит FeO (OH) (62,9% Fe), лимонит – смесь гидроокислов Fe с SiO 2 и др. веществами (40-62% Fe), сидерит FeCO 3 (48,2% Fe), ильменит FeTiO 3 (36,8% Fe), шамозит (34-42% FeO), вивианит (43,0% FeO), боронить (34,6% Fe 2 O 3), Ярозит (47,9% Fe 2 O 3) и др.
Содержание железа в рудах – от 10 до 72%. Бедные руды (до 46% железа) требуют обогащения. Железные руды содержат различные примеси: полезные – никель, кобальт, марганец, вольфрам, молибден, хром, ванадий и др. и вредные – сера, фосфор, цинк, свинец, мышьяк, медь. Месторождения железных руд промышленного значения связаны с эндогенной, экзогенной и метаморфогенных сериями. Среди них по генезису выделяют магматические, карбонатные, скарновые, вулканогенные гидротермальные, вулканогенно-осадочные, коры выветривания, осадочные, метаморфогенные месторождения.
Промышленные типы руд классифицируются в зависимости от рудного минерала, преобладает.
Магнетитовые руды сложены магнетитом, они больше характерны для карбонатитового, скарновых и гидротермальных месторождений. С карбонатитового месторождений попутно извлекается апатит и бадделеит, со скарновых – сульфиды цветных металлов и пирит, содержащий кобальт. Особой разновидностью являются титаномагнетита руды магматических месторождений. Магнетитовые руды содержат до 72% железа.
Гематитовые руды сложены главным образом гематитом и в меньшей степени магнетитом. Они распространены в коре выветривания железистых кварцитов, в скарновых, гидротермальных и вулканогенных осадочных рудах. Богатые гематитовые руды содержат 55 – 65% железа и 15 – 18% марганца.
Сидеритом руды подразделяются на кристаллические сидеритом руды и глинистые шпатов железняки. Они встречаются в гидротермальных и вулканогенных осадочных месторождениях. Содержание железа в сидеритов рудах 30-35%. После обжига сидеритов руд в результате удаления СО2, получают тонкопористых зализооксидни концентраты, содержащие 1-2%, а иногда до 10% марганца. В зоне окисления сидеритом руды превращаются в бурые железняки.
Силикатные железные руды сложены железистыми хлориты (шамозит, тюрингитом и др.), которые сопровождаются гидрооксидами железа, иногда сидеритом. Среднее содержание железа в рудах составляет 25-40%, примесь серы – незначительная, фосфора – до 1%. Они часто имеют оолитов текстуру. В коре выветривания силикатные руды превращаются в бурые, иногда в красные (гидрогематитови) железняки. Бури железняки составлены гидрооксидами железа, чаще гидрогетитом. Бури железняки образуют осадочные залежи (морские и континентальные) и месторождения коры выветривания. Осадочные руды часто имеют оолитов текстуру. Среднее содержание железа в рудах составляет 30-35%. В бурых железняках некоторых месторождений содержится до 1-2% марганца. В природно-легированных бурых железняках, образовавшиеся в корах выветривания ультраосновных пород, содержится 32-48% железа, до 1% никеля, до 2% хрома, сотые доли кобальта и ванадия. Из таких руд без примесей выплавляемым хромоникелевые чугуны и низколегированная сталь.
Железистые кварциты сложены тонкими кварцевыми, магнетитовыми, гематитовых, магнетит-гематитовых и сидеритов прослойками, чередующиеся местами в слоях есть примеси силикатов и карбонатов. Руды характеризуются содержанием железа от 12 до 36% и низким содержанием вредных примесей (содержание серы и фосфора составляет сотые доли процента). Месторождения этого типа обладают уникальными (более 10 млрд. т) или крупные (более 1 млрд. т) запасы руды. В коре выветривания кремнезем выносится и образуются крупные залежи богатых гематито-мартитових руд.
Полосатый магнетитовые кварцит с дисперсным гематитом, Кривой Рог. Крупнейшие запасы и объемы добычи приходятся на железистые кварциты и образованные по ним богатые железные руды, меньше распространены осадочные бурозализнякови руды, а также скарновые, гидротермальные и карбонатитов магнетитовые руды.
По содержанию железа различают богатые (более 50% железа, а кремнезема менее 8 … 10%, серы и фосфора менее 0,15%) и бедные (менее 25% железа) руды, требующие обогащения. Для качественной характеристики богатых руд важное значение имеет содержание и соотношение нерудных примесей (шлакообразующих компонентов), что выражается коэффициентом основности и кремневым модулем. По величине кремневых модуля (отношение суммы содержаний оксидов кальция и магния в сумму оксидов кремния и алюминия) железные руды и их концентраты подразделяются на кислые (менее 0,7), самофлюсуючи (0,7 – 1,1) и основные (более 1, 1). Лучшими являются самофлюсуючи руды, кислые в сравнении с основными требуют введения в доменную шихту повышенного количества известняка (флюса). По величине кремневых модуля (отношение содержания оксида кремния до содержания оксида алюминия) использование железных руд ограничивается типами руд с модулем ниже 2. К бедных руд, требующие обогащения, относят титаномагнетита, магнетитовые руды, а также магнетитовые кварциты с содержанием железа магнетитового более 10-20%; мартитовые и гематитовые руды и гематитовые кварциты с содержанием железа более 30%; сидеритом и гидрогетитом руде с содержанием железа более 25%. Нижний предел содержания железа общего и магнетитового для каждого месторождения с учетом его масштабов, горнотехнических и экономических условий устанавливается кондициями.
Руды, требующие обогащения подразделяются на легкозбагачувани и труднообогатимых. Обогатимость руд зависит от их минерального состава и текстурно-структурных особенностей. К легкозбагачуваних руд принадлежат магнетитовые руды и магнетитовые кварциты, к труднообогатимых – железные руды, в которых железо связано с скрыто-кристаллическими и коллоидальных образованиями. В этих рудах при измельчении не удается раскрыть рудные минералы за их слишком мелкие размеры и тонкого проращивания с нерудными минералами. Выбор способов обогащения определяется минеральным составом и физико-механическими свойствами руд, их текстурно-структурными особенностями, также характером нерудных минералов. Обогащения железных руд осуществляется по магнитным, магнитно-гравитационными и магнитно-флотационной технологическими схемами, которые обеспечивают получение кондиционных концентратов с содержанием железа до ~ 70%. По способу рудоподготовки и применением в производстве различают мартеновские и доменные руды. К мартеновских руд, непосредственно используемых для выплавки стали, относят магнетитовые, мартитовые, гематитовые и гидрогематитови с содержанием железа более 57%, серы и фосфора менее 0, 15% каждого, кремнезема (SiO2) не более 5%, меди, цинка, свинца, олова, мышьяка, никеля и хрома не более 0,04% каждого, марганца менее 0,5% при мартеновской плавке и менее 2% при конверторный и электродуговой. Содержание крупного класса руды с размером кусков от 10 до 250 мм, загружаемого в сталеплавильные агрегаты, должен быть не менее 70%. К доменным руд относят магнетитовые, мартитовые и гематитовые с содержанием железа более 50%, а также гидрогематитови и гидрогетитом с содержанием железа более 45%. Содержание серы и фосфора не должно превышать 0,3% каждого, меди – 0,2%, свинца и цинка 0,1% каждого, оксида олова – 0,08%, мышьяка – 0,07%. Содержание крупного класса руды с размером кусков от 10 до 100 мм, загружаемого в доменную печь, должно быть не менее 70 – 75%. Мелочь (0 – 10 мм) и комья руды с повышенным содержанием серы (выше кондиционного) поступают на агломерацию.
Большая часть железных руд используется для выплавки чугуна. Небольшое количество применяется как природные краски (охры) и утяжелители буровых глинистых растворов.
Основные рудные минералы: магнетит, мартит, гематит, сидерит, железистые хлориты. Содержание железа в З.Р. – От 10 до 72%. Бедные руды (до 46% железа) требуют обогащения. Среди полезных примесей Ni, Co, Mn, W, Mo, Сг, V и др., среди вредных – S, P, Zn, Pb, As, Cu.
По генезису З.Р. подразделяют на
В зависимости от доминирующего минерала выделяют следующие промышленные типы руд:
Кроме того, различают З.Р. по состоянию обработки:
по назначению:
Большие запасы З.Р. является РФ, Казахстане, Бразилии (34 млрд, т), Канаде (26), Австралии (21), США (17), Индии (13), ЮАР (9), Швеции (4,5) и Франции (4).
По прогнозам Римского клуба (2000 г) запасы З.Р. будут исчерпаны на Земле (в земной коре, ноокларк) за следующие 173 года.
Месторождения З.Р. промышленного значения связаны с эндогенной, экзогенной и метаморфогенных сериями.
Среди них выделяют магматические, карбонатные, скарновые, вулканогенные гидротермальные, вулканогенно-осадочные, коры выветривания, осадочные, метаморфогенные.
Магматические месторождения
Магматические месторождения представлены титаномагентитовимы и ильменит-титаномагнетитовых залежами, которые расположены в Карелии (Пудожгирське), на Урале (Качканарский, Гусивгирське, Первоуральск и др.), Горном Алтае (Харливське), Восточных Саянах Лисакивське, Кручинивське, Мало-Тагульская), в США (Тегавус), Норвегии (Телнес), Швеции (Таберг). Вмещающими породами являются оливин, пироксен, амфиболы, плагиоклаз, серпентин и другие. Залегают месторождения на огромных площадях в виде лакколиты.
Карбонатитов месторождения
Карбонатитов месторождения Перовскит-титаномагнетита и апатит-магнетитовые залежи размещены в щелочно-ультраосновных интрузива центрального типа, известные на Балтийском щите (Африканда, Ковдор), Сибирской платформе (Гулинський массив), Африканской платформе (Сукулу, Уганда, здорово, Зимбабве, Люлекоп, ЮАР). З.Р. сосредоточены преимущественно в центральной части интрузива со значительным развитием карбонатитов с содержанием апатит-форстеритових, флогопит-форстератових, апатит-кальцитовых и кальцитовых образованиях по ультраосновных породах. Железорудные тела в таких массивах представляют собой в основном апатит-форстерит породы с сильным вкраплением, жилами и прожилками магнетита, неравномерным вкраплением пирохлора и бадделеит.
Скарновые месторождения
Скарновые месторождения скарново-магнетитовых залежей широко распространены на Урале (высокогорных, Гороблагодатське и др.), в Кустанайской области Казахстана (Сарбайского, Соколовское, Качарской и др.), Западной Сибири (Таштагольське, Абаканское, Тейское и др.), Кавказе (Дашкесанське), в США (Айрон-Спринг, Адирондак и др.), Центральной Европе (Рудные горы), Италии, Болгарии, Румынии, Японии, Китае и других государствах. Месторождения связаны с плагиограниты, производных базальтовой магмы ранней стадии геосинклинального развития. Главным железорудным минералом является магнетит, в отдельных случаях – гематит в виде железного блеска. В составе рудных метасоматитив участвуют эпидот, актинолит, гранаты, пироксены, хлориты, цеолиты, кальцит, кварц.
Вулканогенные гидротермальные месторождения
Вулканогенные гидротермальные месторождения парагенетических связанные с трапами, известные на Сибирской платформе (Коршунивське, Рудногирське, Нерюндинське и Тагорське). Руды представлены зонами вкраплености в метасоматитив, жильными телами и платообразный залежами метасоматического смещения карбонатных пород. Роль экранов при образовании пластоподобные залежей играют пласты аргиллитов, тонкозернистых известняков и трапов солью. Рудотвирний магнетит всегда содержит изоморфную примесь магния и относится к разновидности магномагнетиту. Выделяются шток-, линзы-, пласто-и стовпоподибна метасоматические рудные тела и крутоспадаючи жили сплошного магнетита.
Вулканогенно-осадочные месторождения
Вулканогенно-осадочные месторождения представлены Западным Каражал в Центральном Казахстане, Холзунським в Горном Алтае, Терсинською группой в Кузнецком Алтае, Лан и Диль в ФРГ, Гора Джебилег и Мешера Абделазис в Алжире. Размещены в синклинальный зонах евгеосинклинальних формаций. Рудные пласты и линзы деформированные складчатыми и разрывными дислокациями вместе с содержащейся толщей. Руды представлены гематитом, реже магнетитом и сидеритом. В них встречаются сульфиды, хлорит, кварц и другие нерудные минералы. Промышленное значение месторождений этой группы невелико. Месторождения выветривания представлены гетит-гидрогетитовимы (бурозализняковимы), мартит-гидрогетитовимы зонами окисления месторождений сидеритов и Скарн-магнетитовых руд, а также ультраосновных пород. Образование зон окисления связано с эпохами древнего и современного выветривания. З.Р. помещают примеси хрома, никеля и кобальта и принадлежат к природно легированных образований. Залежи таких руд представлены Елизаветським и Серовським на Северном Урале, Аккерманский, Ново-Киевский, Ново-Петропавловским и другими месторождениями на Южном Урале, Малкинським на Северном Кавказе, а также и экваториальных областях – на Кубе, Гавайских островах, в Гвинее, Филиппинах, Гвиане и Суринаме.
Осадочные морские месторождения
Осадочные морские месторождения в виде сидеритов (в зоне окисления бурозализнякових) пластовых залежей в морских терригенно-карбонатных отложениях известны на западном склоне Южного Урала в древнем ядре герцинского антиклинорию. Они залегают в протерозойских сланцево-карбонатных отложениях. Крупнейшими из них являются Бакальская, а также мелкие месторождения в Комарово-Зигзагинському и Катав-Ивановском районах. Бакальская группа насчитывает более 200 рудных тел в виде пласто-, линзы-и гниздоутворених залежей и рудных жил. Геосинклинальные морские гематитовые месторождения в терригенно-карбонатных отложениях известны в Ангаро-Питському железорудном бассейне, в США (Клинтон в Аппалачей), Африке (Бафинг-Бакайський бассейн в Мали) и Северной Австралии.
Платформенные морские месторождения
Платформенные морские месторождения сидерит-лепту-хлорит-гидрогематитових бобово-оолитовых руд в карбонатно-теригенових отложениях представлены Керченским, Аятським и Западно-Сибирским бассейнами, а также лотарингском бассейном минетових (дрибноолитових) руд на площади Франции, ФРГ, Бельгии и Люксембурга. Значительно развиты они и в Китае.
Осадочные континентальные месторождения
Осадочные континентальные месторождения гидрогетитових бобово-оолитовых озерно-болотистых залежей представлены большим количеством мелких отложений в Тульском и Липецком районах, в верховьях рек Вятка, Кама, Сысола; в северной части Русской платформы. Руды характеризуются низким содержанием железа (30 … 35%). Залежи вытянуты на десятки километров вдоль русла палеоричок, представленные основными русловыми отложениями – линзовиднимы, овальными и неправильной формы поименно залежами, которые сопровождают их. Сегодня месторождения такой формации потеряли промысловое значение.
Метаморфогенные месторождения
Метаморфогенные месторождения включают залежи железистых кварцитов и богатых метаморфических руд древних формаций. Железистые кварциты присущие только докембрийских складчатым областям. Их месторождения залегают в метаморфизированных осадочных комплексах геосинклиналей кристаллических щитов, складчатых фундаментов древних платформ, в ядрах антиклинорию более молодых складчатых областей. Вины является преимущественно морскими хемогенных осадками и достаточно четко отделены среди терригенных и вулканогенно-осадочных вмещающих комплексов.
Для производства чугуна используют железные руды с содержанием железа более 50%, а также вредных примесей: серы – менее 0,3%; фосфора – менее 0,2%; цинка, свинца, мышьяка и меди – менее 0,1% каждый. Для выведения вредных примесей при плавке металла используют флюсу известняки. При этом коэффициент основности доменной шихты должен быть близко или более 1, а кремниевый модуль – более 1,8 … 3. Поэтому присутствие в руде карбонатов кальция и магния желательна, а избыток кремнезема вреден.
В Украине, которая занимает одно из ведущих в мире мест по запасам и добыче З.Р., они сосредоточены в Криворожском и Керченском железорудных бассейнах, Криворожско-Кременчугской, Белозерская-Ореховский, Одесско-Белоцерковской металлогенических зонах, Приазовской и Приднепровской металлогенических областях (суммарно разведанные запасы 40,1 млрд. т, прогнозные – 30,4 млрд. т, потенциальные – 133,5 млрд.т). Из 73 известных месторождений в конце ХХ в. эксплуатируется 23.
Мировая добыча железных руд в 2001 г. составил 931 млн т. Крупнейшие продуценты: Бразилия, Австралия, Китай, Россия, Индия, Украина. Мировые потоки импорта-экспорта железных руд в начале XXI века находятся на уровне 475 млн т.
ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА РЯДОВ
ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА Рядовые – железная руда, не подготовлена по определенной крупностью до использования в металлургической переработке. Противоположное – железная руда сортированная. да
ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА Сортировка
ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА Сортировка – железная руда, подготовленная по определенной крупностью до использования в металлургической переработке. Противоположное – железная руда рядовое.
Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своем составе соединения железа, накопленные в таком объеме, которого достаточно для экономически выгодного его извлечения. Конечно, железо есть в составе всех горных пород. Но железными рудами называют именно те железистые соединения, которые настолько богаты этим веществом, что позволяют промышленную добычу металлического железа.
Типы железных руд и их основные характеристики
Все железные руды сильно отличаются по своему минеральному составу, наличию вредных и полезных примесей. Условиям их образования и, наконец, содержанию железа.
Основные материалы, которые относят к рудным, можно разделить на несколько групп:
- Оксиды железа, к которым относятся гематит, мартит, магнетит.
- Гидроксиды железа - гидрогетит и гетит;
- Силикаты - тюрингит и шамозит;
- Карбонаты - сидероплезит и сидерит.
В промышленных железных рудах железо содержится в различных концентрациях - от 16 до 72%. К полезным примесям, содержащимся в железных рудах, относят: Mn, Ni, Co, Mo, и пр. Есть и вредные примеси, к которым можно отнести: Zn, S, Pb, Cu и др.
Месторождения железных руд и технология добычи
По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:
- Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
- Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
- Метаморфогенные - это месторождения железистых кварцитов.
Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.
При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.
Отрасли применения
Железная руда является основным сырьем для получения чугуна. Он поступает на мартеновское или конвертерное производство, а также на восстановление железа. Из железа, как известно, производят самую различную продукцию, как впрочем, и из чугуна. В этих материалах нуждаются такие отрасли:
- Машиностроение и металлообработка;
- Автомобильная промышленность;
- Ракетная промышленность;
- Военная промышленность;
- Пищевая и легкая промышленность;
- Строительная отрасль;
- Добыча нефти и газа и их транспортировка.
Железные руды
Железо входит в большем или меньшем количестве в состав всех как изверженных, так и осадочных горных пород, но под названием Ж. руд понимают такие скопления железистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой в экономическом отношении может быть получаемо металлическое железо. Ж. руды встречаются лишь на ограниченных пространствах и только в известных местностях. По химическому составу Ж. руды представляют собой окиси, гидраты окисей и углекислые соли закиси железа, встречаются в природе в виде разнообразных рудных минералов, из которых главнейшие: магнитный железняк или магнетит, железный блеск (см.) и плотная его разновидность красный железняк, бурый железняк (см.), к которому относятся болотные и озерные руды, наконец, шпатоватый железняк в его разновидность сферосидерит (см.). Обыкновенно каждое скопление названных рудных минералов представляет смесь их, иногда весьма тесную, с другими минералами, не содержащими железа, как, например, с глиной, известняком или даже с составными частями кристаллических изверженных пород. Иногда в одном и том же месторождении встречаются некоторые из этих минералов совместно, хотя в большинстве случаев преобладает какой-нибудь один, а другие связаны с ним генетически.
Магнитный железняк - соединение окиси и закиси железа по формуле Fe 2O4, в чистом виде содержит 72,4% металлического железа, хотя чистая, сплошная руда встречается крайне редко, почти всюду к ней примешиваются серный колчедан или руды других металлов: медный колчедан, свинцовый блеск, цинковая обманка, а также составные части пород, сопровождающих магнитный железняк в его месторождениях: полевой шпат, роговая обманка, хлорит и др. Магнитный железняк представляет одну из лучших и наиболее разрабатываемых Ж. руд; встречается пластами, жилами и гнездами в гнейсах и кристаллических сланцах архейской группы, а также образует иногда целые горы в области развития массивных изверженных горных пород. Железный блеск - безводная окись железа Fe 2O3, является в виде руды как агрегат кристаллических зерен минерала того же имени; содержит до 70% металла и образует сплошные пласты и залежи в кристаллических сланцах и гнейсах; одна из лучших Ж. руд по чистоте. Окись железа плотного, шестоватого, чешуйчатого или землистого строения носит название красного железняка и также во многих местностях служит источником добычи железа. Под именем бурых железняков соединяют чрезвычайно различные по строению Ж. руды, в составе которых преобладает водная окись железа
2Fe 2 О 3 +3Н 2 О,
что соответствует 59,89% металлического железа. Чистые бурые железняки всюду в значительном количестве содержат разнообразные примеси, часто вредные, как, например, фосфор, марганец, серу. Месторождения бурого железняка весьма многочисленны, но редко достигают значительных размеров. Как продукты выветривания других железных руд, бурые железняки встречаются в большинстве известных месторождений Ж. руд. К бурым железнякам по химическому составу приближаются болотные и озерные руды, представляющие отчасти химический, отчасти механический осадок водной окиси и кремнекислой закиси железа, песка и глины в виде горошин, лепешек или ноздреватых пористых масс в болотах, озерах и других стоячих водах. Обыкновенно содержат 35-45% железа. Бурые железняки, по удобству добывания и своей легкоплавкости, с самых давних времен служили предметом разработки, но получаемое из них железо обыкновенно невысокого качества. Шпатоватый железняк и его разновидность сферосидерит - по составу углекислая закись железа (49% металлического железа), встречается в виде пластов и залежей в гнейсах, кристаллических сланцах, реже в более новых осадочных образованиях, где весьма часто сопровождается медным колчеданом и свинцовым блеском. Обыкновенно встречается в природе в тесной смеси с глиной, мергелем, углистым веществом, в каком виде они известны под именем глинистых, мергелистых и углистых сферосидеритов. Такие руды встречаются в виде пластов, гнезд или залежей в осадочных породах различного возраста и если не содержат вредных примесей (фосфорнокислая известь, серный колчедан), то представляют ценную руду. Наконец, всюду распространенные бурые охристые глины местами так богаты железом, что могут тоже считаться Ж. рудами и носят в этом случае название глинистых железняков - красных, если железо содержится в них в виде безводной окиси, и бурых, когда рудный минерал имеет состав бурого железняка. Остальные рудные минералы, иногда образующие значительные скопления, как, например, самородное железо и серный колчедан (FeS2), не могут быть названы Ж. рудами, первое - по своему малому распространению, а второй - по затруднительности отделить заключенное в нем железо от серы.
Способ и время происхождения Ж. руд чрезвычайно разнообразны. Одни из рудных минералов, как, например, магнитный железняк и, может быть, отчасти железный блеск, в особенном изобилии залегающие в гнейсах и кристаллических сланцах архейской группы, представляют, по всей вероятности, первичные продукты - результат первоначального отвердевания земной коры. К первичным же минералам, непосредственно выкристаллизовавшимся из расплавленной массы, относится магнитный железняк, зерна и кристаллы которого встречаются во всех без исключения изверженных горных породах от самых древних гранитов до современных базальтовых лав. Как непосредственные продукты первоначальных слоев земной коры - гнейсы и кристаллические сланцы, так и изверженные горные породы, заключающие, помимо рудных, много других минералов, в более или менее значительном количестве содержащих железо, послужили материалом, из которого при дальнейшей химической и механической переработке в природе произошли вторичные скопления Ж. руд, то выполняющих трещины и пустоты в горных породах, то образующих обширные и мощные пласты среди осадочных образований, то неправильные гнезда и залежи метаморфического происхождения, каковы в особенности месторождения бурых железняков и сферосидеритов. Образование таких вторичных месторождений - результат изменения и разрушения более древних пород деятельностью атмосферных агентов, а главным образом деятельностью наземных и подземных вод и водных растворов, - совершалось во все периоды жизни Земли, происходит весьма энергично и в настоящее время, о чем свидетельствуют, например, образующиеся на наших глазах во многих местностях северной и средней России болотные и озерные Ж. руды. Тем не менее большинство Ж. руд залегает среди наиболее древних геологических образований палеозойской и особенно архейской группы, в которых метаморфическая деятельность проявлялась особенно энергично, вследствие особых условий их образования. Многоразличны и формы залегания Ж. руд. Они являются как в осадочных, так и в изверженных породах то в виде жил, вкрапленников, гнезд или штоков, пластов, залежей, поверхностных масс, то даже в виде россыпей и рыхлых механических осадков. По условиям залегания, минеральному составу, а отчасти и происхождению один из наилучших знатоков рудных месторождений (Гроддек) различает следующие главные типы месторождений Ж. руд, повторяющиеся с незначительными различиями на всем земном шаре:
Слоистые месторождения
1) Пласты шпатоватых и глинистых железняков, образующие залежи во всех геологических отложениях, содержащих окаменелости. По минералогическому составу руды этого типа представляют плотный сферосидерит, реже тонкокристаллический шпатоватый железняк, с глиной и углистым веществом. Месторождения этого типа по преимуществу в Богемии, Вестфалии, Саксонии, Силезии, но встречаются также в Англии, Франции и Богемии.
2) Пласты или залежи бурых и красных железняков, часто богатые окаменелостями Ж. руды, состоят из плотного или землистого, чистого или глинистого, известковатого или кремнистого, бурого или красного железняка, очень часто оолитового строения. Месторождения этого типа частью относятся к разряду метаморфических, частью же по слоистому характеру и присутствию окаменелостей причисляются к настоящим осадочным образованьям. Железистые руды этого типа особенно распространены в Северной Америке, Богемии и на Гарце.
3) Залежи шпатоватого железняка в связи с известняками. Шпатоватый железняк кристалличен и содержит иногда в виде примеси сернистые руды: серный и медный колчедан, свинцовый, блеск, кобальтовые и никелевые руды. В наибольшем числе месторождения этого типа встречаются в кристаллических сланцах и пластах силурийской системы Каринтии, Штирии и Восточных Альп.
4) Железно-слюдковые сланцы - кристаллические сланцы, содержащие железную слюдку (разновидность железного блеска) и другие железные руды, встречаются среди кристаллических сланцев архейской группы Южной Каролины и Бразилии, под именем итабирита - зернистая плотная порода, состоящая из железного блеска, магнитного железняка, железной слюдки и зерен кварца. Пласты итабирита, вместе с катавбиритом, представляющим смесь талька с магнитным железняком, образуют часто сплошные рудные массы и содержат в виде примеси золото и алмазы.
5) Залежи сплошного магнитного железняка (франклинита), железного блеска и плотного красного железняка в кристаллических сланцах. Ж. руды находятся в смеси с полевым шпатом, гранатом, роговой обманкой, авгитом и другими минералами; весьма часто содержат значительную примесь медного колчедана. Сюда относится громадная залежь железного блеска на острове Эльба, между тальковыми сланцами и известняками архейской группы, разрабатываемая уже в течение нескольких столетий; залежи железного блеска, переходящего в плотный красный железняк, в слюдяных сланцах Сьерры-Морены в Испании, также некоторые месторождения Буковины, Силезии и Саксонии. В Швеции, Норвегии и Финляндии громадные штокообразные залежи магнитного железняка среди гнейсов пользуются особым распространением, таковы, например, знаменитые месторождения Даннеморы и Гелливары в Швеции и Арендальские залежи Норвегии. В гнейсах и кристаллических сланцах Северной Америки месторождения этого типа достигают исполинских размеров в окрестностях Верхнего озера, где красные железняки образуют целые горы, как, например, железная гора Смита, Мичигамми и др. массивные месторождения.
6) Включения магнитного железняка, часто титанистого, очень нередко встречаются в массивных горных породах, а местами образуют настолько значительные скопления, что приобретают техническое значение, например в Таберге в Швеции и особенно у нас на Урале - знаменитые месторождения гор Высокой, Магнитной и Благодати.
7) Включения железного блеска в массивных породах - единственным примером служит Айрон Монтен в Северной Америке, где коренная порода, порфировидный мелафир, пересечена мощными прожилками железного блеска.
Выполнения пустот.
8) Красный железняк в виде красной стеклянной головы, плотного красного железняка и железной сметаны, в смеси с кварцем, углекислыми и другими соединениями, в жилах, пересекающих массивные горные породы или залегающих на границе последних с осадочными образованиями, встречается очень часто в диабазах Гарца, на границе гранитов и порфиров с кристаллическими сланцами в Саксонии и в др. местностях.
9) Бурый и красный железняки, большей частью смешанные с кварцем и известковым или тяжелым шпатом, проходящие жилами в осадочных породах различных геологических систем, часто встречаются в силурийских, девонских, триасовых и юрских отложениях Германии.
10) Шпатоватый железняк в сплошном виде или в смеси с кварцем и известковым шпатом встречается довольно редко, и классическим примером месторождений этого типа может служить месторождение Штальберг, среди девонских образований Рейнского кряжа, где в глинистых сланцах разрабатывается жильный штоп шпатоватого железняка от 16 до 3 0 м толщиной.
11) Жилы магнитного железняка и железного блеска в кристаллических сланцах Рио-Альбано и Терра-Нера.
12) Бурые железняки, содержащие часто марганец, встречаются часто как выполнения пустот или псевдоморфные образования по известняку; кроме Германии, чрезвычайно распространены и у нас в средней России.
13) Бобовые руды - скопления шаровидного глинистого железняка, как предполагают, осадки минеральных источников, попадаются кое-где в юрских отложениях Западной Европы. У нас им отчасти соответствуют весьма распространенные современные образования на дне болот и озер, известные под именем болотных и озерных Ж. руд.
Обломочные месторождения.
14) Бурые железняки в виде сплошных или внутри полых обломков и конкреций в глинах и рухляках встречаются часто в пластах новейших геологических систем, но по своим размерам редко имеют техническое значение.
15) Брекчии или конгломераты магнитного или красного железняка с сыпучим глинистым или плотным железистым цементом встречаются иногда в ближайшем соседстве с месторождениями других типов, как продукт механического их разрушения. В Бразилии, в провинции Минас Гераес, над итабиритом и кристаллическими сланцами часто находят особое поверхностное образование, толщиной от 1 до 4 м, называемое тапанхоаканга и состоящее из крупных угловатых обломков магнитного железняка, итабирита, железного блеска и бурого железняка, вместе с обломками кварцита, итаколумита и других пород, связанных цементом, в состав которого входят красный и бурый железняк, красная и бурая железная охра.
16) Наконец, известны и рыхлые россыпи Ж. руды, наичаще титанистого магнитного железняка, на побережьях многих рек, озер и морей, но они редко достигают значительных размеров и не представляют особого значения для промышленности.
В Европейской России Ж. руды значительно распространены на Урале, в центральной и южной России, в Олонецкой губернии, Финляндии и Привислянских губерниях. Значительные месторождения Ж. руд известны также на Алтае, в Саянах и Восточной Сибири, но до сих пор остаются еще неисследованными. На Урале, на восточном склоне хребта, многочисленные месторождения магнитного железняка, из которых до сих пор разрабатываются лишь немногие, находятся в связи с развитыми здесь ортоклазовыми породами (сиенитами и порфирами). Месторождения гор Благодати, Высокой и Магнитной (Ула-Утасе-Тау), по громадному запасу руд занимающие выдающееся место на всем земном шаре. Гора Благодать (см.), наиболее северное из названных месторождений, находится в среднем Урале, около Кушвинского завода. К югу от предыдущей, около Нижне-Тагильского завода, находится другая Ж. гора Урала - Высокая. Главная залежь магнитного железняка, в виде гигантского штока, находится на западном склоне горы среди разрушенных в буроватые глины ортоклазовых пород. Месторождение работается около 150 лет открытым разносом. Руда, вообще весьма высокого качества, состоит из магнитного железняка, часто переходящего в скрытно-кристаллический железный блеск (мартит), дает 63-69% металлического железа, но местами содержит вредную примесь медных руд. Не менее значительные запасы руд заключает наиболее южная Магнитная гора на Урале (в Верхнеуральском уезде), имеющая тот же характер, как вышеописанные; до сих пор это месторождение, находящееся в безлесной местности, мало разрабатывается. Красный железняк встречается на Урале только небольшими массами, подчиненными залежам бурого железняка. В последнее время открыто, по-видимому, значительное месторождение этой руды на западном склоне Северного Урала, недалеко от Кутимского завода, около которого находится также недавно открытое наилучшее на Урале месторождение железного блеска в кристаллических сланцах. Напротив, месторождений бурых железняков, иногда крайне значительных, насчитывается на Урале до 3000, принадлежащих к самым разнообразным типам и залегающих пластами, гнездами, залежами как в массивных, так и в слоистых породах, от самых древних до самых новых. В южной России наиболее значительны месторождения Ж. руд в окрестностях Кривого Рога, на границе Екатеринославской и Херсонской губерний, где многочисленные пласты красного железняка и железного блеска залегают среди кристаллических сланцев, и месторождение Корсак-Могилы, в котором между кварцитами и гнейсами открыты мощные залежи магнитного железняка. В Донецком кряже, по соседству с месторождениями каменного угля находятся многочисленные пластовые залежи бурых железняков, переходящих иногда в шпатоватые, среди осадочных пород каменноугольной системы. По разведкам в одной области Войска Донского, на глубине не более 60 м заключается до 23 миллиардов пудов Ж. руды, которые могут дать до 10 миллиардов пудов чугуна. В центральной России - подмосковном бассейне - Ж. руды, по преимуществу бурые железняки и глинистые сферосидериты, известны давно и во многих местностях и служат предметом энергичной эксплуатации. Все руды тесно связаны с известняками, доломитами и рухляками девонской, каменноугольной и пермской систем и образуют различных размеров гнезда и пластообразные залежи, образовавшиеся гидрохимическим путем - действием железосодержащих растворов на известковые породы. Первичной рудой должны считаться сферосидериты, из которых путем выветривания произошли бурые железняки. На севере России и в Финляндии известны многочисленные жилы и залежи магнитного железняка и железного блеска среди массивных пород и кристаллических сланцев архейской группы, в Финляндии служащие предметом эксплуатации. Что касается Олонецкой и Новгородской губерний, то здесь предметом разработки служат исключительно болотные и озерные руды, хотя и содержащие много вредных примесей, но по удобству добычи и обработки представляющие немалое экономическое значение. Запасы озерных руд настолько значительны, что на заводах Олонецкого округа в 1891 г. добыча этих руд достигла 535000 пудов, из которых выплавлено 189500 пудов чугуна. Наконец, в Привислянском крае, в южных его частях, имеются многочисленные месторождения бурых железняков и сферосидеритов
Месторождения Ж. р. по происхождению разделяются на 3 группы - магматогенные, экзогенные и метаморфогенные. Среди магматогенных различаются: магматические - дайкообразные, неправильные и пластообразные залежи титаномагнетитов, связанные с габбро-пироксенитовыми породами (Кусинское и Качканарское месторождения на Урале в СССР, местооождения Бушвельдского комплекса в ЮАР, Лиганга в Танзании), и апатито-магнетитовые залежи, связанные с сиенитами и сиенитдиоритами (Лебяжинское на Урале в СССР, Кируна и Елливарс в Швеции); контактово-метасоматические, или скарновые, возникают на контактах или вблизи интрузивных массивов; под воздействием высокотемпературных растворов вмещающие карбонатные и др. породы превращаются в скарны, а также пироксен-альбитовые и скаполитовые породы, в которых обособляются сложные по форме залежи сплошных и вкрапленных магнетитовых руд (в СССР - Соколовское, Сарбайское в Северо-Западном Казахстане, Магнитогорское, Высокогорское и др. на Урале, ряд месторождений в Горной Шории; Айрон-Спрингс в США и др.); гидротермальные образуются при участии горячих минерализованных растворов, путём отложения Ж. р. по трещинам и зонам смятия, а также при метасоматическом замещении боковых пород; к этому типу относятся Коршуновское и Рудногорское магномагнетитовые месторождения Восточной Сибири, гидрогётит-сидеритовое Абаильское в Средней Азии, сидеритовые месторождения Бильбао в Испании и др.
К экзогенным месторождениям относятся: осадочные - химические и механические осадки морских и озерных бассейнов, реже в долинах и дельтах рек, возникающие при местном обогащении вод бассейна соединениями железа и при сносе в них железистых продуктов прилегающей суши; слагают пласты или линзы среди осадочных, иногда - вулканогенно-осадочных пород; к этому типу относятся месторождения бурых железняков, частью сидеритов, силикатных руд (в СССР - Керченское в Крыму, Аятское - Казахская ССР; в ФРГ - Лан-Диль и др.); месторождения коры выветривания образуются в результате выветривания горных пород с железосодержащими породообразующими минералами; различают остаточные, или элювиальные, месторождения, когда продукты выветривания, обогащенные железом (вследствие выноса из породы др. составных частей), остаются на месте (тела богатых гематито-мартитовых руд Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, района оз. Верхнего в США и др.), и инфильтрационные (цементационные), когда железо вынесено из выветривающихся пород и переотложено в нижележащих горизонтах (Алапаевское месторождение на Урале и др.).
Метаморфогенные (метаморфизованные) месторождения - преобразованные в условиях высоких давлений и температур ранее существовавшие, преимущественно осадочные, месторождения. Гидроокислы железа и сидериты переходят при этом обычно в гематит и магнетит. Метаморфические процессы иногда дополняются гидротермально-метасоматическим образованием магнетитовых руд. К этому типу относятся месторождения железистых кварцитов Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, месторождения Кольского полуострова, железорудной провинции Хамерсли (Австралия), полуострова Лабрадор (Канада), штат Минас-Жерайс (Бразилия), штат Майсур (Индия) и пр.
Основные промышленные типы Ж. р. классифицируются по преобладающему рудному минералу. Бурые железняки. Рудные минералы представлены гидроокислами железа, больше всего гидрогетитом. Такие руды обычны в осадочных месторождениях и месторождениях коры выветривания. Сложение плотное или рыхлое; осадочные руды часто имеют оолитовую текстуру. Содержание Fe колеблется от 55 до 30% и менее. Обычно требуют обогащения. Т. н. самоплавкие бурые железняки, в которых
близко к единице, идут в плавку при содержании Fe до 30% (Лотарингия). В бурых железняках некоторых месторождений находится до 1-1,5% и более Mn (Бильбао в Испании, Бакальское в СССР). Важное значение имеют комплексные хромо-никелевые бурые железняки; при наличии 32-48% Fe в них нередко содержится также до 1% Ni, до 2% Cr, сотые доли процента Со, иногда V. Из таких руд могут без добавок выплавляться хромо-никелевые чугуны и низколегированная сталь. Красные железняк и, или гематитовые руды. Основным рудным минералом является гематит. Представлены главным образом в коре выветривания (зона окисления) железистых кварцитов и скарновых магнетитовых руд. Такие руды часто называют мартитовыми (мартит - псевдоморфозы гематита по магнетиту). Среднее содержание Fe от 51 до 60%, иногда выше, с незначительными примесями S и Р. Известны месторождения гематитовых руд с присутствием в них до 15-18% Mn. Менее развиты гидротермальные месторождения гематитовых руд. Магнитные железняки, или магнетитовые руды. Рудный минерал - магнетит (иногда магнезиальный), нередко мартитизированный. Наиболее характерны для месторождений контактово-метасоматического типа, связанных с известковыми и магнезиальными скарнами. Наряду с богатыми массивными рудами (50-60% Fe) распространены вкрапленные руды, содержащие менее 50% Fe. Известны месторождения руд с присутствием ценных примесей, в частности Со, Mn. Вредные примеси - сульфидная сера, Р, иногда Zn, As. Особую разновидность магнетитовых руд представляют титаномагнетитовые руды, являющиеся комплексными железо-титано-ванадиевыми. Важное промышленное значение приобретают вкрапленные титаномагнетитовые руды, являющиеся по существу основными интрузивными породами с повышенным содержанием породообразующего титаномагнетита. В них обычно присутствует 16-18% Fe, но они легко обогащаются магнитной сепарацией (Качканарское месторождение на Урале и др.). Сидеритовые руды (шпатовые железняки) разделяются на кристаллические сидеритовые руды и глинистые шпатовые железняки. Среднее содержание Fe 30-35%. После обжига, в результате удаления CO2, сидеритовые руды превращаются в промышленные ценные тонкопористые железо-окисные (обычно содержат до 1-2% Mn, иногда до 10%). В зоне окисления сидеритовые руды превращаются в бурые железняки. Силикатные железные руды. Рудными минералами в них являются железистые хлориты, обычно сопровождающиеся гидроокислами железа, иногда сидеритом (Fe 25-40%). Примесь S незначительна, Р до 0,9-1%. Силикатные руды слагают пласты и линзы в рыхлых осадочных породах. Часто обладают оолитовой текстурой. В коре выветривания превращаются в бурые, частью красные железняки. Железистые кварциты (джеспилиты, железистые роговики) - бедные и средние (12-36% Fe) докембрийские метаморфизованные Ж. р., сложенные тонкими чередующимися кварцевыми, магнетитовыми, гематитовыми, магнетит-гематитовыми прослоями, местами с примесью силикатов и карбонатов. В железистых кварцитах мало примесей S, Р. Залежи железистых кварцитов обычно обладают крупными запасами металла. Их обогащение, в особенности магнетитовых разностей, даёт вполне рентабельный концентрат с содержанием 62-68% Fe. В коре выветривания кварц из железистых кварцитов выносится, и возникают крупные залежи богатых гематито-мартитовых руд.
Большая часть Ж. р. используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно небольших количествах служат природными красками (охры) и утяжелителями буровых глинистых растворов. Требования промышленности к качеству и свойствам Ж. р. разнообразны. Так, для выплавки некоторых литейных чугунов применяются Ж. р. с большой примесью Р (до 0,3-0,4%). Для плавки мартеновских чугунов (главного продукта доменного производства), при плавке на коксе содержание S в руде, вводимой в домну, не должно превышать 0,15%. Для производства чугунов, идущих в мартеновский передел кислым способом, Ж. р. должны быть особо малосернистыми и малофосфористыми; для передела основным способом в качающихся мартенах допускается несколько более повышенная примесь в руде Р, но не выше 1,0-1,5% (в зависимости от содержания Fe). Томасовские чугуны плавятся из фосфористых Ж. р. с повышенным количеством Fe. При выплавке чугунов любого типа содержание Zn в Ж. р. не должно превышать 0,05%. Руда, используемая в домне без предварительного спекания, должна быть механически достаточно прочной. Т. н. мартеновские руды, вводимые в шихту, должны быть кусковыми и иметь высокое содержание Fe при отсутствии примесей S и Р. Обычно таким требованиям удовлетворяют плотные богатые мартитовые руды. Магнетитовые руды с содержанием до 0,3-0,5% Cu используются для получения сталей с повышенной устойчивостью против коррозии.
В мировой добыче и переработке Ж. р. различных промышленных типов отчётливо проявляется тенденция значительного увеличения добычи бедных, но хорошо обогащающихся руд, в особенности магнетитовых железистых кварцитов, в меньшей мере вкрапленных титано-магнетитовых руд. Рентабельность использования таких руд достигается крупными масштабами горно-обогатительных предприятий, совершенствованием техники обогащения и окускования получаемых концентратов, в частности получения т. н. окатышей. Вместе с тем сохраняет актуальность задачи увеличения ресурсов Ж. р., не требующих обогащения
