Как образовалась железная руда

Россия – земля, которую природа щедро одарила таким минеральным богатством как железная руда. Чтобы хотя бы примерно оценить это везение, достаточно представить роль металлических предметов в нашей жизни и перекинуть логический мостик к категориям производства.

Недаром времена, когда они только вошли в жизнь людей сотни веков назад, изменения в укладе и сознании человечества оказались настолько велики, что эпоха эта стала именоваться «железным веком».

Что такое железная руда и как она выглядит

Образования в земной коре, содержащие железо в более или менее чистом виде или его соединения с другими веществами: кислородом, серой, кремнием и др.

Рудой такие залежи называются тогда, когда добыча ценного вещества в промышленных масштабах является экономически выгодной.

Видов подобных минеральных образований очень много. Видовой лидер геологической породы – красный железняк или по-гречески гематит. Название в переводе с греческого означает «кроваво-красный», имеет химическую формулу – Fe2O3.

Оксид железа отличается сложным цветом от черного до вишневого и красного. Непрозрачный, может быть в пылевом состоянии и плотным (во втором случае обладает поверхностным блеском).

Разнообразен по форме – встречается в виде зерна, чешуек, кристаллов и даже розового бутона.

Образование железной руды

По происхождению в природе можно классифицировать полезные для человека железосодержащие минералы на несколько основных групп:

1. Магматогенные образования — формируются под воздействием высоких температур.
2. Экзогенные — зародились в речных долинах в результате осадков и выветривании горных пород.
3. Метаморфогенные — образуются на базе старых осадочных месторождений от высокого давления и жара.

Эти группы в свою очередь делятся на многочисленные подвиды.

Виды железных руд и их характеристики

С экономической точки зрения их классифицируют прежде всего по содержанию железа:

1. Высокое – более 55%. Это не природные образования, а уже промышленный полуфабрикат.
2. Среднее. Пример — аглоруда. Получают из богатого железом природного сырья через механическое воздействие.
3. Низкое – менее 20%. Это полученные в результате магнитного сепарирования.

Экономически немаловажно и место добычи руд:

1. Линейные — залегают в местах углублений земной поверхности, самые богатые железом, с малым содержанием серы и фосфора.
2. Плоскоподобные — в природе формируются на поверхности железосодержащих кварцитов.

По геологическим параметрам, помимо гематитов, широко распространены и активно используются:

1. Бурый железняк (nFe2O3 + nH2O) – окись металла с участием воды на основе, обычно, лимонитов. Характерного грязно-желтоватого цвета, рыхлый, пористый. Ценного металла содержится от четверти до полсотни процентов. Немного — но вещество хорошо восстанавливается. Обогащается для дальнейшего изготовления хорошего чугуна.
2. Магнитный железняк, магнетит — природный оксид железа (Fe3O4). Распространены меньше гематитовых, но зато железа в них бывает более 70%. Бывают плотными и зернистыми, в виде вкрапленных в породу кристаллов, черно-синего цвета. Изначально соединение обладает магнитными свойствами, воздействие высоких температур их нивелирует.
3. Шпатовый железняк, содержащий сидерит FeCO3.
4. В руде бывает большая доля глины, тогда это глинистый железняк. Редкий вид с относительно низким железо-содержанием и пустотами.

Месторождения железной руды в России

Самое крупное месторождение в мире – Курская магнитная аномалия. Природное творение настолько грандиозное, что к его осознанию шли с конца 16 века. Навигационные приборы сходили с ума от мощи электрического поля, воздействующего из-под земли на протяжении более 150 квадратных километров. Рудные запасы исчисляются миллиардным тоннажем.

Читать также:  Патрон для ушм м14 алиэкспресс

В Оленегорском месторождении под Муромском разрабатываются залежи магнетитовых кварцитов.

На Кольском полуострове добывают магнетит, оливин, апатит и магнезиоферрит из Еиско-Ковдорского скопления, много рудников в Карелии на территории Костомукшского месторождения.

Одно из старейших мест добычи руды, которое можно обнаружить на карте России, расположено в Свердловской области. Оно поставляет материал с конца 18 столетия и называется Качканарская группа месторождений.

Наследие семьи предпринимателей петровской эпохи Демидовых активно преобразуется. В конце 20 века здесь стали разрабатывать Гусевогорское рудное скопление.

Запасы железной руды в мире

После грандиозного скопления под Курском самое масштабное явление среди подобных на мировой географической карте – полоса железных залежей Криворожского месторождения в Украине.

• Карта месторождений железной руды в мире (для увеличения нажмите)
• Далее по убыванию следует ресурс магнетитов на территории в районе шведского города Кируна – подарок вулканов, живших в древнейшие времена.
• Богатства Лотарингского железорудного бассейна делят между собой три европейские страны – Франция, Люксембург и Бельгия.

В Северной Америке крупные рудники работают в Ньюфаундленде, Бель-Айленде и под Лабрадор-Сити. В Южной — места, богатые рудой, назвали Итабира и Каражас.

На северо-востоке Индии также имеются внушительные запасы руды, а на африканском континенте ее добывают в гвинейском городе Конакри.

Список распределения по странам выглядит так:

Добыча железной руды

Первый критерий способов добычи – где ведутся работы:

1. На земле: когда ископаемые залегают не более, чем в полукилометре от поверхности. В этом случае экономически выгоднее (и дороже для экологии) разрыть гигантские карьеры посредством взрывных работ и специальной техники. Это открытый способ добычи.
2. Под землей: большая погруженность руды в земные недра требует создания шахты. Закрытый способ добычи не так травматичен для экологической системы, но более трудоемкий и опасный для человека.

Извлеченную руду транспортируют на комбинат, где сырье измельчают для последующего обогащения. Происходит оттягивание железа из химических соединений с другими элементами.

Иногда для этого приходится пройти не один, а несколько процессов:

1. Гравитационная сепарация (частицы руды из-за разной физической плотности распадаются за счет механического воздействия на материал – дробления, вибрации, вращения и отсеивания).
2. Флотация (окисление равномерно измельченного сырья воздухом, присоединяющим к себе металл).
3. Магнитная сепарация:
4. примесь смывают потоком воды, а металл оттягивают магнитом – получается рудный концентрат;
5. продукт магнитной сепарации проходит флотацию – сырье выявляет еще половину железа в чистом виде.
6. Комплексный метод: использование всех указанных выше процессов, иногда и несколько раз.

Полученное в итоге горячебрикетированное железо отбывает на электрометаллургический комбинат, где принимает вид металлической заготовки стандартных форм или по индивидуальному заказу до 12 метров. А чугун отправляется в доменное производство.

Применение железной руды

1. Использование по прямому назначению – изготовление чугуна и стали.
2. А уж делают из них великое разнообразие самых разных вещей, окружающих нас: автомобили, офисная техника, трубопроводы, посуда и станки, художественная ковка и различные инструменты.

Заключение

Запасы железной руды обозначается на картах в виде равнобедренного треугольника с широким основанием черного цвета. Знак передает всю суть черной металлургии: это устойчивая основа современной производственной экономики, которую по-прежнему большинство финансистов считают истинной – в противоположность различным криптовалютным рынкам.

ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА — ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА, древняя по происхождению, средне и мелкозернистая ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ, содержащие богатые железом минералы, такие как ГЕМАТИТ и СИДЕРИТ, а также МАГНЕТИТ и КОЛЧЕДАН. Железные руды сформировались 2 3 млрд. лет назад в докембрийскую эру … Научно-технический энциклопедический словарь

Читать также:  Компрессор для шпаклевки стен

железная руда — (применяется как утяжелитель для буровых растворов) [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN ironstoneFe stiron ox >Справочник технического переводчика

ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА — полезное ископаемое, сырьё для получения (см.). Главные минералы, содержащиеся в железной руде: магнетит, гематит, гётит, сидерит, бурые железняки и др … Большая политехническая энциклопедия

Железная руда — Гематит: Главная Железная Руда в Бразильских шахтах … Википедия

ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА — минеральное образование, содержащее оксиды железа и пустую породу. В литейном производстве железную руду применяют в качестве окислителя при плавке стали (смотри Ружение). Железная руда должна содержать не менее 85% оксидов железа … Металлургический словарь

• железная руда — geležies rūda statusas T sritis chemija apibrėžtis Mineralų, kurių sudėtyje yra pad >Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
• железная руда сложного вещественного состава — Железная руда, представленная несколькими железосодержащими и другими минералами. [ГОСТ 26475 85] Тематики продукция железорудная и марганцеворудная EN iron ore of a complex mineral composition … Справочник технического переводчика
• гематитовая железная руда — Железная руда, представленная в основном гематитом. [ГОСТ 26475 85] Тематики продукция железорудная и марганцеворудная EN hematite iron ore … Справочник технического переводчика
• доменная железная руда — Железная руда природного качества, подготовленная для производства чугуна. [ГОСТ 26475 85] Тематики продукция железорудная и марганцеворудная EN blast furnace iron ore … Справочник технического переводчика
• лимонитовая железная руда — Железная руда, представленная в основном лимонитом. [ГОСТ 26475 85] Тематики продукция железорудная и марганцеворудная EN bog ore … Справочник технического переводчика

Железная руда – это горная порода, в состав которой входит естественное скопление разных минералов и обязательно, в том или ином соотношении, присутствует железо, которое можно выплавить из руды.

Компоненты, входящие в состав руды могут быть самыми разнообразными. Чаще всего, она содержит следующие минералы: гематит, мартит, сидерит, магнетит и другие.

Количественное содержание железа, содержащееся в руде, неодинаковое, в среднем оно колеблется от 16 до 70 %.

В зависимости от количества содержания железа в руде, ее делят на несколько типов. Железная руда, содержащая в себе более 50 % железа, называется богатой.

Обычные руды в свой состав включают не менее 25 % и не более 50 % железа.

Бедные руды имеют небольшое содержание железа, оно составляет всего лишь четвертую часть от общего количества химических элементов, входящих в общее содержание руды.

Из железных руд, в которых находится достаточное содержание железа, выплавляют чугун, для этого процесса ее чаще всего обогащают, но могут использовать и в чистом виде, это зависит от химического состава руды. Для того чтобы произвести сталь, необходимо точное соотношение определенных веществ. Это влияет на качество конечного продукта. Из руды могут выплавлять и использовать по назначению и другие элементы.

1. В целом, все месторождения железных руд разделяют на три главные группы, это:
2. • магматогенные месторождения (образованные под воздействием высоких температур); • экзогенные месторождения (образованные в результате отложения осадков и выветривания горных пород);
3. • метаморфогенные месторождения (образованные в результате осадочной деятельности и последующего влияния высокого давления и температуры).

Железная руда — свойства, происхождение, добыча и применение

Образование породы

Если рассматривать железо в качестве химического элемента, то оно входит в состав различных горных пород. Однако не все они используются в качестве сырья для добычи.

Железной рудой принято называть лишь те минеральные образования, в которых содержится определенное количество минерала и его извлечение оправдано с экономической точки зрения.

В природе железо распространено в виде соединений с различными веществами.

Впервые люди начали заниматься добычей железной руды более двух тысячелетий назад. Благодаря этому появилась возможность производить более прочные металлические изделия в сравнении с медными. В зависимости от происхождения, все минералы, содержащие железо, принято классифицировать на 3 группы:

• Метаморфогенные образования. Появились на месте старых осадочных месторождений под воздействием высокой температуры и давления.
• Экзогенные. Сформировались в долинах рек, благодаря воздействию ветра и воды на горные породы.
• Магматогенные. Были созданы в результате высокотемпературного воздействия.

Следует заметить, что эти группы делятся на большое количество подвидов.

Химический состав

Ценности и свойства руды во многом зависят от количества входящих в ее состав примесей. Именно от этого зависит ценность минерала и принимается решение о целесообразности его добычи. В соответствии с процентным содержанием посторонних веществ руду принято делить на несколько групп:

• Максимально богатая — содержание железа составляет более 65%.
• Богатая — 60−65%.
• Средняя — более 45%.
• Бедная — менее 45%.

Вполне очевидно, что при высоком содержании посторонних веществ для переработки руды требуется затратить больше энергии. Это в свою очередь негативно отражается на стоимости готовых изделий. Добываемая руда является совокупностью всевозможных минералов, посторонних примесей и пустой породы. Соотношение всех этих компонентов во многом зависит от месторождения.

В пустой породе также может содержаться железо, но ее переработка экономически невыгодна. Чаще всего в природе встречаются силикаты, оксиды и карбонаты железа. Кроме этого, порода может содержать и различные вредные примеси, например, фосфор, серу и т. д.

Виды и характеристики руды

Кроме химического состава породы, с экономической точки зрения, важное значение имеет и место, где планируется добывать железо. Самыми богатыми месторождениями являются линейные. Кроме этого, они содержат максимально чистую породу. А также в природе есть плоскоподобные месторождения, сформировавшиеся на поверхности железосодержащих кварцитов.

Чаще всего встречается красный железняк, основанный на оксиде гематита. В этом веществе наблюдается высокое содержание железа, а количество вредных примесей сравнительно невелико. Широко используется еще несколько типов породы:

• Бурый железняк. Это вещество представляет собой оксид и имеет грязно-желтый оттенок.
• Магнитный железняк. Формула вещества — Fe3O4. Встречается реже в сравнении с красным, но нередко содержит свыше 70% полезного минерала. Порода может быть плотной либо зернистой с вкраплениями комочков тёмно-синего оттенка. При добыче эта руда обладает магнитными свойствами, которые исчезают после высокотемпературной обработки.
• Глинистый железняк. Встречается сравнительно редко и, как правило, содержит мало полезного ископаемого.
• Шпатовый железняк. Эта порода содержит сидериты и встречается довольно редко. Из-за низкого содержания полезного минерала ее добыча не выглядит экономически выгодной.

В природе также нередко встречаются карбонаты и силикаты.

Запасы в стране и мире

Крупнейшее месторождение железной руды в России расположено на территории Орловской, Курской и Белгородской области. Следует заметить, что Курская магнитная аномалия является самым мощным источником железа не только в стране, но и во всем мире. Это природное творение столь грандиозно, что обнаружить его смогли еще в XVI столетии. Запас руды в месторождении исчисляется миллиардами тонн.

Бакчарское месторождение — еще один крупный железорудный бассейн в мире. Его местонахождение — междуречье рек Икса и Андорма, протекающих на территории Томской области. Оно было открыто в 60-х годах прошлого столетия во время поиска новых мест для добычи нефти. Площадь бассейна составляет около 16 тыс км2. Порода залегает на глубине 190−220 м.

В среднем добываемая руда содержит около 57% железа, а в обогащенной породе — до 97%. Специалисты оценивают запас руды более, чем в 27 миллиардов тонн. Сегодня в бассейне внедряются новые технологии, и вместо добычи карьерным способом планируется использовать скважинную.

В Красноярском крае находится Абагасское месторождение, открытие которого произошло в далеком 1933 году, однако активная разработка началась лишь в 60-х годах. Главным минералом, добываемым в этом бассейне, является магнетит. Кроме этого, встречается пирит, мушкетовит и гематит. Добыча породы ведется открытым способом, а предполагаемые запасы руды составляют более 70 миллионов тонн.

После Курской магнитной аномалии на мировой карте второе место занимает Криворожское месторождение, расположенное на территории Украины. В Западной Европе мощным источником железа является Лотарингский железорудный бассейн.

Он расположен на территории Франции, Бельгии и Люксембурга. Разработка бассейна ведется с XIX столетия, и бо́льшая часть добываемой руды приходится на долю Франции.

Общий запас руды предположительно составляет около 15 миллиардов тонн.

Добыча породы ведется подземным способом. По данным геологической службы Соединенных Штатов, основные месторождения железа находятся в России, Украине, Китае, Бразилии и Австралии.

Особенности добычи

Разработка месторождений может проводиться открытым или подземным способом. Второй метод наносит меньший ущерб природе, но при этом является более трудоемким. Добытую породу доставляют на комбинат, где сырье необходимо предварительно измельчить. Затем руда обогащается, железо отделяется от других элементов.

Эта процедура может проводиться несколькими способами:

• Гравитационная сепарация. Куски породы обладают различной плотностью и распадаются под механическим воздействием, например, в результате вибрации.
• Флотация. Мелкоизмельченное сырье помещается в специальную камеру, в которую затем подается воздух и рабочая жидкость. Частички железа соединяются с воздушными пузырьками и поднимаются.
• Магнитная сепарация. Полезный минерал оттягивается с помощью магнитов.
• Комбинированный. Для отделения железа от пустой породы используется сразу несколько способов.

Полученный рудной концентрат затем отправляется на металлургический комбинат.

Область использования

Сфера применения руды ограничена металлургическим производством. Она является основным сырьем для производства чугуна и различных сплавов. Таким образом, из руды делают различные металл. Однако еще 2 тысячи лет назад люди поняли, что в чистом виде железо незначительно превосходит бронзу в твердости. В результате был открыт сплав железа и углерода, который называется сталь или чугун. В первом типе материала содержится 0,1−2,14% углерода.

Следует заметить, что длительное время чугун не использовался для производства предметов. Металлурги прошлого считали его браком из-за низкой пластичности. Лишь после изобретения пушек этот материал начали применять для производства ядер.

Сегодня ситуация серьезно изменилась, и чугун используется в различных областях. Лидером в черной металлургии является Китай. Эта страна значительно превосходит другие государства в производстве чугуна и сталей.

При этом ведущими экспортерами являются Австралия и Бразилия.

Мировой экономике требуется все больше сырья, и во многих странах месторождения железной руды активно разрабатываются. Однако развитые государства зачастую предпочитают сократить объем собственного производства, предпочитая экспортировать относительно недорогой материал. Хотя мировые запасы железа и кажутся огромными, они все же не являются неисчерпаемыми.

Железная руда

Железная руда стала добываться человеком много веков назад. Уже тогда стали очевидными преимущества использования железа.

Найти минеральные образования, содержащие железо, довольно легко, так как этот элемент составляет около пяти процентов земной коры. В целом, железо является четвертым по распространенности элементом в природе.

Железная руда

В чистом виде найти его невозможно, железо содержится в определенном количестве во многих типах горных пород. Наибольшее содержание железа имеет железная руда, добыча металла из которой является наиболее экономично выгодным. От ее происхождения зависит количество содержащегося в ней железа, нормальная доля которого в составе около 15%.

Химический состав

Свойства железной руды, ее ценность и характеристики напрямую зависят от ее химического состава. Железная руда может содержать различное количество железа и других примесей. В зависимости от этого выделяют ее несколько типов:

• очень богатые, когда содержание железа в рудах превышает 65%;
• богатые, процент железа в которой варьируется в диапазоне от 60% до 65%;
• средние, от 45% и выше;
• бедные, в которых процент полезных элементов не превышает 45%.

Чем больше побочных примесей в составе железной руды, тем больше необходимо энергии на ее переработку, и тем менее эффективным является производство готовой продукции.

Состав породы может представлять собой совокупность различных минералов, пустой породы и других побочных примесей, соотношение которых зависит от ее месторождения.

Химический состав железных руд
Состав железных руд крупных месторождений

Пустая порода также может содержать железо, но ее переработка экономически не целесообразна. Наиболее часто встречающиеся минералы представляют собой оксиды, карбонаты и силикаты железа.

• Следует отметить, что в составе железистых пород может содержаться огромное количество вредных веществ, среди которых можно выделить серу, мышьяк, фосфор и другие.
• На сегодняшний день выделяется множество видов железных руд, характеристики и названия которых зависят от состава.

Наиболее часто в природе встречается такой вид, как красный железняк, в основе которого лежит оксид под названием гематит. Этот оксид содержит в составе количество железа, превышающее 70%, и минимальное количество побочных примесей.

Физическое состояние данного оксида может варьироваться от порошкообразного до плотного.

Бурый железняк представляет собой оксид железа с содержанием воды. Его очень часто называют лимонитом. В его составе значительно меньше железа, количество которого обычно не превышает четверти.

В природе такой железняк содержится в виде рыхлой, пористой породы, со значительным содержанием марганца и фосфора. Обычно обильно насыщен влагой, имеет в качестве пустой породы глину.

Из него очень часто делают чугун, несмотря на незначительную часть железа, так как он очень легко перерабатывается.

Бурый железняк

Магнитные руды отличаются тем, что в их основе заложен оксид, имеющий магнитные свойства, но при сильном нагреве они теряются. Количество этого типа породы в природе ограничено, но содержание железа в нем может не уступать красному железняку.  Внешне он выглядит как твердые кристаллы черно-синего цвета.

Шпатовый железняк представляет собой рудную породу, в основе которой лежит сидерит. Очень часто имеет в составе значительное количество глины. Этот тип породы относительно тяжело найти в природе, что на фоне малого количества содержимого железа делает его редко используемым. Поэтому отнести их к промышленным типам руд невозможно.

Шпатовый железняк

Кроме оксидов в природе содержаться другие руды на основе силикатов и карбонатов. Количество содержимого железа в породе очень важно для ее промышленного использования, но также важно наличие полезных побочных элементов, таких как никель, магний, и молибден.

Отрасли применения

Сфера применения железной руды практически полностью ограничена металлургией. Ее используют, в основном, для выплавки чугуна, который добывают с помощью мартеновских или конверторных печей. На сегодняшний день чугун используется в различных сферах жизнедеятельности человека, в том числе в большинстве видов промышленного производства.

1. Не в меньшей степени используются различные сплавы на основе железа – наиболее широкое применение обрела сталь благодаря своим прочностным и антикоррозийным свойствам.
3. Чугун, сталь и различные другие сплавы железа используются в:

1. Машиностроении, для производства различных станков и аппаратов.
2. Автомобилестроении, для изготовления двигателей, корпусов, рам, а также других узлов и деталей.
3. Военной и ракетной промышленности, при производстве спецтехники, оружия и ракет.
4. Строительстве, в качестве армирующего элемента или возведения несущих конструкций.
5. Легкой и пищевой промышлености, в качестве тары, производственных линий, различных агрегатов и аппаратов.
6. Добывающей промышленности, в качестве спецтехники и оборудования.

Месторождения железной руды

Мировые запасы железной руды ограничены в количестве и своем местоположении. Территории скопления запасов руд называют месторождениями. На сегодняшний день месторождения железных руд делят на:

1. Эндогенные. Они характеризуются особым расположением в земной коре, обычно в виде титаномагнетитовых руд. Формы и расположения таких вкраплений разнообразны, могут быть в форме линз, пластов, расположенных в земной коре в виде залежей, вулканообразовных залежей, в виде различных жил и других неправильных форм.
2. Экзогенные. К этому типу относятся залежи бурых железняков и других осадочных пород.
3. Метаморфогенные. К которым относятся залежи кварцитов.

Месторождения таких руд можно встретить на территории всей нашей планеты. Наибольшее количество залежей сконцентрировано на территории постсоветских республик. В особенности Украины, России и Казахстана.

Крупнейшие месторождения железных руд в России

Большие запасы железа имеют такие страны как Бразилия, Канада, Австралия, США, Индия и ЮАР. При этом практически в каждой стране на земном шаре имеются свои разрабатываемыми месторождения, в случае дефицита которых, порода импортируется из других стран.

Обогащения железных руд

Как было указано, существует несколько типов руд. Богатые можно перерабатывать непосредственно после извлечения из земной коры, другие необходимо обогатить. Кроме процесса обогащения, переработка руды включает в себя несколько этапов, таких как сортировка, дробление, сепарация и агломерация.

На сегодняшний день существует несколько основных способов обогащения:

Применяется для очистки руд от побочных примесей в виде глины или песка, вымывание которых проводят с помощью струй воды под высоким давлением. Такая операция позволяет увеличить количество содержимого железа в бедной руде примерно на 5%. Поэтому его используют только в комплексе с другими типами обогащения.

Выполняется с помощью специальных типов суспензий, плотность которых превышает плотность пустой породы, но уступает плотности железа. Под воздействием гравитационных сил побочные компоненты поднимаются на верх, а железо опускается на низ суспензии.

Наиболее распространенный способ обогащения, который основывается на различном уровне восприятия компонентами руды воздействия магнитных сил. Такую сепарацию могут проводить с сухой породой, мокрой, или в поочередном сочетании двух ее состояний.

Для переработки сухой и мокрой смеси используют специальные барабаны с электромагнитами.

Для этого метода раздробленную руду в виде пыли опускают в воду с добавлением специального вещества (флотационный реагент) и воздуха. Под действием реагента железо присоединяется к воздушным пузырькам и поднимается на поверхность воды, а пустая порода опускается на дно. Компоненты, содержащие железо, собираются с поверхности в виде пены.

Ученые отвечают на вопрос о происхождении железных руд

Гигантское месторождение в Томской области могло возникнуть потому, что из нижележащих слоев соединения железа выносились газом.

Железо (Fe) — это один из самых распространенных металлов в земной коре. В истории человечества этот металл занимает особое, ключевое место. С началом его освоения связан переход в историческую эпоху железного века (1–2 тыс. лет до нашей эры).

Железные руды возникают как в различных геологических условиях, так и практически во всех геологических эпохах, начиная от протерозоя и заканчивая современным временем.

Наибольшие запасы железа сосредоточены в метаморфогенных и осадочных железных рудах.

Метаморфогенные руды — так называемые железистые кварциты — сформировались в самые древние геологические эпохи (докембрий — более 540 млн лет назад) и представляют собой гигантские месторождения с запасами, исчисляемыми миллиардами тонн. К таким известнейшим месторождениям относятся Курская магнитная аномалия (Россия), Криворожский бассейн (Украина), железорудный пояс Лабрадора (Канада), месторождения штата Минас-Жерайс (Бразилия), бассейн Хамерсли (Австралия) и пр.

Другой не менее распространенный тип железных руд — осадочные месторождения так называемых оолитовых железняков. Запасы этих руд, так же как и железистых кварцитов, составляют десятки и сотни миллиардов тонн, однако за счет ряда технологических показателей (содержание железа) они менее востребованы.

Известными примерами оолитовых железняков являются месторождения Западно-Сибирского и Керченского бассейнов (Россия), Лотарингского бассейна (Франция), Аятское и Лисаковское (Казахстан), группа Клинтон (США) и др. Эти месторождения формировались в более молодые геологические эпохи, начиная с ордовика (485 млн лет назад), в основном в морских условиях.

Уже более 170 лет ученые изучают подобные месторождения в поисках ответов на фундаментальные вопросы их природы. До сих существует несколько гипотез об источниках железа, путей его поступления и условий накопления в древних морях.

Этой проблеме и посвящено исследование научного коллектива из Томского политехнического университета совместно с учеными из Индийского технологического института (Бомбей).

Группа ученых исследует одно из крупнейших месторождений оолитовых железняков в мире — Бакчарское железорудное месторождение, находящееся в Томской области.

По предварительным оценкам, ресурсы железа на месторождении составляют более 25 млрд тонн, что позволяет с полной уверенностью относить его к категории уникальных в мире. И, как любое уникальное месторождение, для его формирования должны быть отличительные геологические условия и природные процессы.

А учитывая, что Бакчарское месторождение — это всего лишь часть гигантского Западно-Сибирского железорудного бассейна, его изучение может пролить свет на фундаментальные проблемы происхождения подобных железных руд.

Пытаясь ответить на глобальные вопросы: откуда и как в этом районе происходило накопление колоссального количества металла, ученые из ТПУ и IIT пришли к определенной гипотезе, отличающейся от ранее устоявшихся представлений.

В своей недавней статье в журнале Marine and Petroleum Geology исследователи опровергают распространенную теорию, будто железо в месторождениях такого типа поступало в море с размываемых горных областей древних континентов. По их мнению, источником железа могли стать выбросы в придонные морские воды термальных растворов, содержащих железо и циркулирующих через нижележащие мощные осадочные породы Западной Сибири.

Залежи оолитовых железных руд формировались в позднем мелу и раннем палеогене в период от 90 млн до 56 млн лет назад в мелководной и прибрежной обстановке древнего Западно-Сибирского моря.

Согласно распространенной теории, принято считать, что железо транспортировалось в море путем размыва древних горных областей речными системами.

Но тщательное изучение геологических условий и образцов горных пород с месторождения позволяют не согласиться с этой теорией.

Для начала следует рассмотреть общие геологические факты. Во-первых, на сегодняшний день в районах, которые в период, когда формировалось месторождение, были размываемыми областями, не осталось следов гигантских источников железа. Во-вторых, не обнаружено крупных промежуточных месторождений в районах древних рек, которые должны были бы переносить железо.

Хотя примерно в это время подобные месторождения речных условий формировались в Северном Казахстане (ныне разрабатываемое Лисаковское), в районе Пилбара Западной Австралии.

В-третьих, береговая линия древнего моря неоднократно смещалась, при этом само Бакчарское месторождение формировалось в конкретной локальной области, хотя его границы также должны были бы смещаться и растягиваться.

Железные руды месторождения сконцентрированы в трех разобщенных во времени горизонтах (пластах), которые залегают друг над другом. Их общая область распространения и является контуром всего Западно-Сибирского железорудного бассейна.

И если представить, как изменялась береговая линия моря, в котором происходило накопление руд, то горизонты должны быть разделены в пространстве по воображаемой линии (вектору) от берега к морю.

К тому же в латеральном профиле этих горизонтов должна наблюдаться постепенная смена минералов, которые образуются при различных физико-химических условиях морской среды, то есть при различных глубинах моря. В геологии такая особенность (смена) называется «фациальным замещением» (фация — это условия, в которых образуются осадочные породы, в том числе руды).

Но при детальном и комплексном анализе железных руд в различных горизонтах этой смены не наблюдается. Напротив, каждый горизонт отличается от другого некоторой выдержанной спецификой минерального состава (ассоциацией минералов).

Складывается впечатление, что железо поступало импульсно в конкретную область древнего моря, а формирование определенных минералов (содержащих железо) зависело от глубины моря и соответствующих показателей: кислотно-щелочность, окислительно-восстановительный потенциал, соленость, температура морской воды, количество и степень разложения органического вещества и пр. Но если источник железа не на древнем континенте, то где? Вероятно, необходимо анализировать глубинные части осадочного бассейна. То есть источник железа мог быть под самим месторождением на момент его формирования, а точнее под древним морем. На это указывает ряд фактов.

Во-первых, в руде регулярно находятся сульфиды железа, свинца, цинка, серебра, меди, минеральные формы мышьяка, ртути и сульфат бария, тесно связанные с железистыми минералами. Эти минералы нестабильны, их не могла принести речная вода: они бы просто растворились при длительной транспортировке.

Соответственно, элементы для их кристаллизации должны были поступать в место, где формировалась руда, и не исключено, что они поступали совместно с потоками железа.

В геологии уже давно известно, что подобные металлы поступают в морской бассейн с гидротермальными растворами, которые циркулируют в пространстве земной коры, насыщаются металлами и разгружаются на определенных геохимических барьерах.

Такими барьерами часто служит зона смешения морской воды и термальных растворов, так как физико-химические показатели морской воды отличаются от выходящих растворов, создавая прекрасные градиенты для минералообразования, вплоть до накопления месторождений.

Подобным образом, например, образуются так называемые стратифорные (пластовые) свинцово-цинковые месторождения и месторождения медистых песчаников. Нельзя исключать схожий механизм образования и железорудных пластов Бакчарского месторождения.

Во-вторых, устанавливается особенность распределения и отношения ряда редких металлов — например, никеля, кобальта, свинца, цинка, меди, молибдена, мышьяка, ванадия, которые в других морских железистых осадках на планете наблюдаются в условиях воздействия на них выбросов гидротермальных растворов через морское или океаническое дно.

В-третьих, в руде среди железистого карбоната (сидерита) были обнаружены включения пузырьков метана. Подобное «заточение» пузырьков возможно, если через осадок проходили вверх диффундирующие потоки метана, вырывавшиеся из недр.

Не исключено, что вместе с метаном и водой могли поступать и другие элементы, в том числе железо.

Так, мы обнаружили в рудных образцах минеральные формы металлов, которые сопутствуют процессу железонакопления — это сульфиды свинца и цинка (галенит и вюртцит), селенид свинца (клаусталит), арсенид кобальта и никеля (скуттерудит) и другие. И вот их происхождение не вызывает сомнений — они попали в породу через эмиссию газожидкостных флюидов из нижележащих слоев.

Если дальнейшие исследования Западно-Сибирского железорудного бассейна подтвердят теорию ученых, это позволит по-новому взглянуть на методы поиска не только подобных месторождений железа, но и генетически связанных с ними полезных ископаемых. К ним относятся, например, значимые для промышленности месторождения свинца и цинка.

Эти комплексные исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований и Российским научным фондом.

Как возникли залежи металлических руд? Попробуем разобраться..

Земля, как известно, образовалась более 4,5 миллиардов лет назад из частиц пыли и газа, оставшихся после формирования Солнца.

Значит, теоретически в новорожденной Земле все составляющие ее химические элементы должны были распределиться равномерно (ну разве что более тяжелые из них стремились занять место поближе к центру).

Но ведь сегодня металлы выплавляют из руды — горной породы, в которой этих металлов содержится больше, чем в прочих минералах, а руда, в свою очередь, встречается в природных скоплениях, называемых месторождениями. Получается, что от первоначальной равномерности не осталось и следа!

В самом деле, представь, что никаких месторождений нет и все элементы таблицы Менделеева рассеяны по земной коре. В этом случае в одной тонне горной породы содержалось бы примерно 80 кг алюминия и 50 кг железа, а такого незаменимого для человека металла, как медь, нашлось бы всего 50 граммов.

Олова и того меньше — около двух граммов. Про драгоценные металлы и говорить не стоит — в тонне породы мы смогли бы найти лишь их сотые и тысячные доли грамма.

Представляешь, насколько сложно было бы добывать металлы из такой породы? А самое главное, вряд ли наши предки вообще догадались о существовании металлов, и значит, мы так бы и жили в каменном веке!

Какие же процессы вызывают концентрацию металлов в определенных местах земной коры? Их довольно много, и тем не менее, их можно разделить на две большие группы: одни обусловлены подземным теплом, другие — солнечным излучением.

ЭНЕРГИЯ НЕДР

Благодаря подземному жару в недрах Земли существует расплавленная магма и происходит нагрев глубинных вод. Но оказавшись у поверхности, они, разумеется, начинают остывать. В результате застывания магмы образуются так называемые магматические породы — из них и состоит большая часть земной коры.

Однако для образования месторождения необходимо, чтобы минерал с высоким содержанием того или иного металла отделился от остальной породы. Это может произойти, если температура плавления этого минерала выше, чем температура плавления основной породы.

В этом случае он кристаллизуется раньше, чем застынет остальная магма, и «потонет», погружаясь на дно магматической камеры. Так часто образуются месторождения хромовых руд и платины.

Или, наоборот, если рудообразующий минерал более легкоплавкий, то он будет застывать, когда вся остальная магма уже затвердела, и заполнит трещины между массивами основной породы. Этот способ характерен, например для образования месторождений титановых руд.

Наконец, в некоторых случаях жидкая магма может разделяться на две несмешивающиеся составляющие (подобно тому, как молоко разделяется на сливки и обезжиренную сыворотку), которые затем кристаллизуются по отдельности. Такой тип концентрации руды встречается редко, но по нему образовались некоторые очень крупные месторождения медно-никелевых руд, например в Норильске.

Теперь поговорим о роли воды. Образовавшаяся вблизи поверхности, она, под действием силы тяжести, постепенно просачивается по трещинам в горных породах всё глубже и глубже. А так как чем ближе к центру Земли, тем выше температура, вода начинает постепенно нагреваться. При этом в процессе своего путешествия по глубинам земли вода растворяет много разнообразных веществ.

Из-за того, что горячая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, в определенный момент глубинные воды начинают подниматься обратно к поверхности — и, соответственно, остывать.

С потерей температуры падает и растворимость минералов в воде, и они начинают осаждаться, то есть скапливаться в виде твердых частиц.

Казалось бы — ну сколько нужных минералов способна накопить просочившаяся в глубь Земли вода? Однако образованные таким способом месторождения, называемые гидротермальными, широко распространены.

Так появилось большинство месторождений свинцово-цинковых, ртутных, урановых руд, а также почти все золотоносные жилы.

СОЛНЕЧНАЯ РАБОТА

Ну а если порода уже оказалась вблизи поверхности Земли и на подземное тепло рассчитывать не приходится? В таком случае месторождения могут сформироваться благодаря различным механическим и химическим процессам, источником энергии для которых является солнечный свет. Выделяют четыре вида таких процессов.

Во-первых, вода, просачиваясь от поверхности под землю, растворяет различные вещества, которые могут выпасть в осадок при резком изменении физических или химических условий. Так образовались многие месторождения руд урана, меди и серебра.

Во-вторых, месторождения могут образовываться и за счет того, что вода выносит из приповерхностных слоев хорошо растворимые соединения, которые постепенно накапливаются: таким способом появились все самые крупные месторождения алюминиевых руд.

В-третьих, накоплению определенных минералов могут способствовать не только подземные, но и поверхностные воды. В местах, где скорость течения воды резко падает, например при уменьшении уклона реки, наиболее тяжелые фракции транспортируемых ею частиц откладываются на дно. Так образовались, например золотые россыпи, послужившие причиной золотой лихорадки в Калифорнии, на Аляске, в Сибири.

В-четвертых, образование месторождений может происходить в результате накопления осадка в водоемах.

Например миллиарды лет назад в атмосфере Земли почти не было кислорода, но зато в водах океана содержалось много растворенного железа.

Потом, в результате деятельности появившихся сине-зеленых водорослей, атмосфера начала насыщаться кислородом, который растворялся в воде и вступал в химическую реакцию с находящимся там железом.

Затем продукт этой реакции опускался на дно и накапливался там — именно так и произошли крупнейшие месторождения железных руд.

МЕТАЛЛОЛОМ И ЭКОЛОГИЯ

Как видишь, появление на Земле залежей полезных руд происходило разными способами, за миллионы лет. А вот иссякают месторождения гораздо быстрее — современные методы добычи опустошают рудник за десятки лет, а то и за годы. Если ничего не изменится, запасы металлических руд на Земле быстро закончатся.

Поэтому сейчас важным источником металлов становится вторичное сырье. Из металлолома производится более трети стали и алюминия, более 20% меди. Кроме экономии металла, переработка металлолома позволяет уменьшить использование энергии и серьезно сократить экологическую нагрузку на окружающую среду.