1. Железные руды

Всякая руда представляет собой механическую смесь или химическое соединение окислов металла с сопутствующей в природе породой, которая в этом случае называется пустой (ненужной). Руды обычно называют по извлекаемому из них металлу: железной, марганцевой и т. д.

Основным сырьем для выплавки чугуна служат железные руды. При оценке руд учитывают их богатство, содержание примесей, восстановимость, химический состав, кусковатость и характер пустой породы. Чем больше железная руда содержит железа, тем она богаче, тем меньше в ней пустой породы, и наоборот. Бедные руды целесообразно обогащать, т. е. искусственным путем повышать содержание в них железа.

В железных рудах железо в основном находится в следующих соединениях.

Безводная окись железа (гематит) - Fe₂O₃, которая встречается в виде так называемых красного железняка и железного блеска. Максимальное содержание железа в этом минерале достигает 70%. Руды, в которых железо содержится в основном в виде этого окисла, называют гематитовыми или красными железняками.

Водные окиси железа (лимонит) - 2Fe₂O₃·3H₂О и гетит - Fe₂О₃·H₂О весьма распространены в виде бурых железняков. Максимальное содержание железа в водной окиси железа может составлять 63%.

Магнитная окись (магнетит) Fe₃О₄ - FeО·Fe₂О₃. Минерал очень плотный. Максимальное содержание железа в нем равно 72,4%. Руды, содержащие магнитную окись железа, называют магнитными железняками.

Углекислая закись железа (сидерит) - FeCО₃. Минерал, содержащий 48,3% железа. Железные руды, содержащие углекислую закись железа, относят к шпатовым железнякам.

Для выплавки чугуна могут применяться так называемые комплексные руды, которые содержат в себе, кроме окислов железа, окислы других металлов, восстанавливающиеся в доменной печи.

Так, например, магнетитовые железные руды, содержащие железо и титан в виде FeTiО₃ и окислы ванадия (0,2 - 0,4%), называют титаномагнетитами.

Как уже указывалось железосодержащим минералам в рудах сопутствуют различные окислы других элементов, представляющие собой пустую породу, которая может состоять из кремнезема (SiO₂), глинозема (Аl₂O₃), магнезии (MgO) и извести (СаО). Эти вещества обычно находятся в виде различных соединений и содержание их колеблется в широких пределах. Повышенное количество кремнезема и глинозема в рудах снижает их качество. Плавка руд с большим содержанием пустой породы заметно снижает технико-экономические показатели работы доменных печей. Небольшое же содержание глинозема в рудах может быть иногда полезным для ведения доменного процесса. Известь и магнезия не ухудшают качества железных руд, так как они заменяют известняк, вводимый в доменную печь.

Кроме окислов железа и пустой породы, железные руды могут содержать вредные примеси, к которым относятся мышьяк, фосфор и сера. Мышьяк в рудах, добываемых на территории Советского Союза, встречается редко и в небольших количествах. При выплавке чугуна он почти полностью переходит в чугун. При переработке такого чугуна в сталь присутствие мышьяка приводит к ухудшению ее качества, так как она плохо поддается электросварке, штамповке.

Фосфор, так же как и мышьяк, при проплавке руд в доменной печи переходит в чугун почти полностью. Содержание фосфора в определенных пределах затрудняет переработку чугуна в сталь. Государственные стандарты строго нормируют содержание фосфора в чугуне и стали. Фосфор снижает механические свойства готового металла и придает ему так называемую хладноломкость.

Чаще, чем остальные примеси, в руде встречается сера. Она содержится в них в виде разнообразных соединений с другими элементами. Основными сернистыми веществами, входящими в железные руды, являются пирит (FeS₂) и гипс (CaSO₄). Сера ухудшает все свойства стали и делает ее красноломкой при прокатке.

К вредным примесям в железных рудах относится также цинк. В чугун он не переходит, но его окислы, испаряясь в доменной печи, отлагаются в порах огнеупорной кладки печи и разрушают ее.

Существуют два способа добычи руд: открытый и подземный, что определяется формой залегания рудного тела. При его близком залегании от поверхности месторождение разрабатывают открытым способом. В этом случае удаляют слой почвы для обнажения рудного массива. Обнаженную рудную залежь разрабатывают при помощи экскаваторов, скрепперов, отвальных мостов и т. д. Открытые разработки обычно называют карьером.

Подземный способ разработки более сложен, так как все работы, связанные с выработкой рудных тел, ведут на разных горизонтах ниже поверхности земли. Глубина шахт при подземных выработках достигает 1,5 - 2 тыс. м.

На некоторых месторождениях используют оба способа разработки одновременно или по мере выработки верхних пластов (слоев) руды переходят к подземным выработкам. Указанные способы разработки относятся не только к железным рудам. Открытым и подземным способами добывают также марганцевые и другие руды.