ПЛАН
Введение
1. Черные металлы и их сплавы
2.
Железные руды
3. Марганцевые руды
4. Карбонатные руды
5. Поиск и разведка рудных
месторождений
Заключение
Литература
Введение
Черные металлы - общее
название железа, а также сплавов из него (чугун, сталь, ферросплавы), широко
применяемых в промышленности. Многие тысячелетия человечество развивалось
благодаря освоению чёрных металлов, в частности, железа. Сегодня, несмотря на
развитие высоких технологий и появление огромного количества новых уникальных
материалов, именно черные металлы остаются основным конструкционным материалом.
Чёрные металлы применяются в рекордном числе отраслей промышленности. Так,
широко распространено применение черных металлов в машиностроении, строительстве
и т.д.. Особо нужно отметить, что по объемам выработки продукции из чёрных
металлов (к черным металлам традиционно относят железную руду, сталь, чугун)
Россия занимает лидирующее положение в мире.
К месторождениям чёрных
металлов принадлежат месторождения железа, марганца, хрома, титана и ванадия.
Запасы наиболее крупных из них составляют миллиарды т с содержанием металла, достигающим
нескольких десятков процентов. Месторождения железных руд - наиболее крупные и разнообразные
по условиям образования. Самые значительные среди них - метаморфогенные
гематитовые и магнетитовые месторождения железистых кварцитов докембрийского
возраста (Криворожский
железорудный бассейн,
Курская
магнитная аномалияв,
Верхнего
озера железорудный район в США, Лабрадора
железорудный пояс в
Канаде). Важное промышленное значение имеют осадочные буро-железняковые,
сидеритовые и железисто-хлоритовые месторождения Керченского железорудного
бассейна. Среди
месторождений марганцевых
руд различают
осадочные окисные и карбонатные руды, к которым принадлежат Никопольское
месторождение на Украине и Чиатурское в Грузии. Значительны метаморфизованные
месторождения Индии, Африки, Бразилии и др.
1. Черные металлы и их сплавы
Железо
- наиболее распространенный металл в земной коре, но его начали применять
позднее некоторых других металлов, например золота, меди, олова, свинца, цинка.
Это, по-видимому, объясняется тем, что руды железа мало похожи на металл.
Первобытному человеку было трудно догадаться, что из них можно получить металл,
пригодный для изготовления нужных ему вещей.
Прошло
очень много времени, пока человек научился извлекать железо из руд и делать из
него чугун и сталь.
В
настоящее время железные руды относятся к тем полезным ископаемым, без которых
не может обходиться ни одна сколько-нибудь развитая в промышленном отношении
страна. Железные руды служат сырьем для черной металлургии. Мировая добыча этих
руд примерно 350 млн. Т в год.
Из железных руд выплавляются чугун (с содержанием 2,5-4% углерода), сталь (1,5-0,2%
углерода) и железо (0,2-0,4% углерода), а также сталистые чугуны (2,5-1,5%
углерода).
Наиболее
широко применяется в промышленности сталь, значительно меньше - чугун и железо.
Чугун
выплавляется из железных руд в домнах, работающих на коксе или каменном угле;
сталь и железо переплавляются из чугуна в бессемеровских конверторах, в отражательных
мартеновских печах или по способу Томаса.
Значение
черных металлов и их сплавов в жизни человеческого общества исключительно
велико. Сотни миллионов тонн чугуна и стали
используются для строительства железных дорог, мостов, железобетонных зданий,
для производства различных машин, электровозов, вагонов, автомобилей,
тракторов, кораблей. Из железа изготовляются всевозможные предметы широкого
потребления. Нет такой отрасли промышленности и сельского хозяйства, где не
применялись бы железо и его сплавы.
В
природе встречаются сотни минералов, в состав которых входит железо, но лишь
немногие из них являются железной рудой. Это магнетит, гематит, бурый железняк
и некоторые другие, которые образуют крупные месторождения, занимающие площади
в десятки и сотни квадратных километров.
Магнитный
железняк, или магнетит, в химическом отношении представляет соединение окиси
железа с закисью железа. В природе он встречается и в форме хорошо образованных
кристаллов, и особенно часто в виде сплошных или зернистых масс. Цвет магнетита
железо-черный. Замечательное свойство этого минерала - магнитность.
По
содержанию металлического железа магнетит наиболее богатая железная руда (до
72% железа).
Крупные
месторождения магнетитовых руд в нашей стране известны на Урале (горы
Магнитная, Высокая, Благодать), на Кольском п-ове, в ряде районов Сибири
(Горная Шория, в бассейне р. Ангары и др.).
За последние годы в Казахстане были открыты и разведаны крупные месторождения богатых
магнетитовых руд в Кустанайской области: Соколовско-Сарбайское, Качканарское и
многие другие.
Гематит,
или красный железняк, имеет большее значение для черной металлургии, чем
магнетит. В химическом отношении гематит — окись железа. В природе он образует
ряд разновидностей (кристаллические, чешуйчатые и плотные скрытокристаллические
массы). Окраска гематита от вишнево-красной до железо-черной с сильным металлическим
блеском.
Гематитовые руды образуют огромные залежи особенно среди древнейших гнейсов и метаморфических
сланцев.
Из
общей добычи железной руды в России около 70% приходится на гематитовые руды.
Крупнейшее месторождение этих руд в нашей стране — Криворожское, огромные
запасы гематита таятся и в районе Курской магнитной аномалии. Здесь уже начата
промышленная разработка железных руд. В Центральном Казахстане разведано и
подготовлено к эксплуатации крупное Караджальское месторождение богатых
гематитовых руд, на базе которого построен Карагандинский металлургический
завод.
Важный
источник получения железа - это так называемые бурые железняки, или лимониты,
получившие такое название по характерной бурой окраске. В химическом отношении
они представляют собой соединение окиси железа с водой.
Бурые
железняки образуют сплошные плотные, ноздреватые и землистые массы, различные
натечные формы в виде почек и гроздьев, а также массы горохообразного сложения.
Эти руды образуются из соединений железа, которые извлекают поверхностные воды
из разрушающихся горных пород. Бурые железняки считаются промышленной рудой,
если они содержат не менее 30% железа. К числу наиболее крупных месторождений
бурых железняков в России относятся: Керченское в Крыму, Бакальское и
Орско-Халиловское на Урале.
Ценной
особенностью бурых железняков некоторых месторождений России является
присутствие в них примесей ванадия, марганца, хрома, никеля, кобальта и других
металлов.
Современная
техника нуждается не только в обычном чугуне, железе и стали, но и в металле,
который обладает повышенной вязкостью, хорошей ковкостью, большой упругостью и
другими ценными свойствами. Оказывается, что все эти свойства приобретает
сталь, если в состав ее в качестве примеси ввести марганец, хром, титан,
ванадий и некоторые другие металлы.
К
группе черных металлов наряду с железом относят марганец и хром, так как они
большей частью используются в черной металлургии.
Марганцевые руды представляют собой соединения марганца с кислородом. В природе
они встречаются в виде черных землистых масс. Важнейшие минералы марганца - пиролюзит,
браунит, псиломелан, манганит.
Содержание марганца в промышленных рудах колеблется в пределах 15-40%.
Кроме
черной металлургии, марганцевые руды применяются в химической промышленности,
для изготовления сухих батарей, в керамическом и стекольном производствах.
Наиболее
крупные месторождения марганцевых руд у нас в Чиатуре (Грузия), Никополе, на
Урале и в Казахстане.
Единственная
руда металла хрома — хромистый железняк, или хромит, - по внешнему виду похожа
на магнетит, но, в отличие от него, не обладает магнитными свойствами. Хром
применяется в металлургической и химической промышленности. Хромит идет на
изготовление огнеупорных материалов. В Российском Союзе много высококачественных
хромовых руд на Северном и Южном Урале.
В
черной металлургии используются также титаномагнетитовые руды, которые придают
особую прочность стали.
2. Железные руды
Железные
руды,
природные минеральные образования, содержащие железо
в таких количествах и соединениях, при
которых промышленное извлечение из них металла экономически
целесообразно. Железные руды разнообразны по минеральному составу, содержанию
железа, полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам. Важнейшими рудными
минералами являются: магнетит, магномагнетит, сидерит, железистые хлориты
(шамозит, тюрингит и др.). Содержание
железа в промышленных рудах изменяется в
широких пределах — от 16 до 70%. Различают богатые ( 50% Fe), рядовые
(50—25% Fe) и бедные ( 25% Fe) Железные руды В зависимости от
химического состава Железные руды применяются для выплавки чугуна в
естественном виде или после обогащения. Железные руды, содержащие меньше 50%
Fe, обогащают (до 60% Fe) главным образом методами магнитной сепарации или гравитационного
обогащения.
Рыхлые и сернистые (>0,3% S) богатые руды, а также концентраты обогащения
окусковываются путём агломерации; из концентратов производятся также
т. н. окатыши. Железные руды,
идущие в доменную шихту, во избежание ухудшения качества стали или условий
плавки, не должны содержать более 0,1—0,3% S, Р и Cu и 0,05—0,09% As, Zn, Sn,
Pb. Примесь в Железные руды Mn, Cr, Ni, Ti, V, Co, кроме некоторых случаев,
полезна. Три первых элемента улучшают качество стали, а Ti, V, Со
могут попутно извлекаться при обогащении и металлургическими переделе.
Месторождения Железные руды 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, местооождения
Бушвельдского комплекса в ЮАР, Лиганга в Танзании), и апатито-магнетитовые
залежи, связанные с сиенитами и сиенитдиоритами (Лебяжинское на Урале, 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 (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
Железные руды 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 (Керченское в
Крыму, Аятское — Казахстан; 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 Австралия), полуострова
Лабрадор (Канада), штат Минас-Жерайс (Бразилия), штат
Майсур (Индия) и пр.
Основные промышленные типы Железные руды
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). 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 средние (12—36% Fe) докембрийские
метаморфизованные Железные руды, 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 Железные руды используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно
небольших количествах служат природными
красками (охры) и утяжелителями буровых глинистых растворов. Требования промышленности к свойствам Железные руды
разнообразны. Так, для выплавки некоторых литейных чугунов применяются Железные
руды 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,
Железные руды 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 Железные руды с повышенным
количеством Fe. При выплавке чугунов любого типа содержание Zn в Железные руды
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 железные руды 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 железные руды, не требующих обогащения.
3. Марганцевые руды
Марганцевые
руды,
природные минеральные образования, содержание марганца в которых
достаточно для экономически выгодного извлечения этого металла или
его соединений. Важнейшие рудообразующие минералы: пиролюзит MnO2
(63,2 % Mn), псиломелан MnO2nH2O
(45-60 % Mn), манганит Mn(OH)2
(62,5 % Mn), вернадит MnO2H2O (44-52 % Mn), браунит Mn2O3
(69,5 % Mn), гаусманит Mn3O4
(72 % Mn), родохрозит MnCO3
(47,8 % Mn), олигонит (Mn, Fe)CO3 (23-32 % Mn), манганокальцит (Ca,
Mn)CO3 (до 20-25 % Mn), родонит (Mn, Ca)(Si3O9)
(32-41 % Mn), бустамит (Ca, Mn)(Si3O9) (12-20 % Mn). В
Марганцевые руды почти всегда присутствуют минералы железа. По генезису
наибольшее значение имеют осадочные месторождения, представленные
пластовыми и линзообразными залежами, сформировавшимися в древних морских или
озёрных бассейнах (Никопольское, Чиатурское и Полуночное, месторождения Марокко). Эти руды имеют
наибольшее промышленное значение; среди них различают следующие главные типы:
а) окисные псило-мелано-пиролюзитовые и манганитовые руды, образующиеся на
небольшой глубине, в зоне максимального насыщения вод растворённым кислородом; содержание Mn по
отдельным месторождениям 19-36 %; б) карбонатные, преимущественно
родохрозитовые, олигонитовые, мангано-кальцитовые руды, формирующиеся на
больших глубинах, в условиях недостатка кислорода в сопровождении сероводородного
брожения; содержание Mn от
16 до 25 %, отличаются от окисных руд повышенным содержанием фосфора.
Метаморфические месторождения образуются за счёт изменения осадочных
месторождений в недрах Земли под действием высоких температур и давлений (Усинское в
Западной Сибири, месторождения Атасуйского района в Центральном Казахстане);
обычно представлены плотными разновидностями руд, в составе
которых принимают участие безводные окислы (браунит, родонит и другие); среди
них развиты железо-марганцевые руды с содержанием Mn около 10 %, включающие промышленные магнетита, гематита и
других). Месторождения выветривания представлены
мощными древними и современными корами выветривания с вторичной концентрацией в
них марганца (месторождения Индии, Бразилии, Ганы, ЮАР); это рыхлые окисленные
руды так называемых марганцевых шляп, сложенные пиролюзитом, псило-меланом и
другими гидроокислами марганца и железа.
4. Карбонатные руды
Карбонаты, соли угольной кислоты H2CO3.
Различают нормальные (средние) Карбонаты, с
анионом СО32- (например, KHCO3), кислые Карбонаты
(гидрокарбонаты или бикарбонаты), с анионом НСО-3
(например, КНСОз) и основные Карбонаты [например, Cu2(OH)2СОз
- минерал малахит]. В воде
растворимы только нормальные Карбонаты щелочных металлов, аммония и таллия. В
результате значительного гидролиза растворы их
показывают щелочную реакцию. Наиболее трудно растворимы нормальные Карбонаты
кальция, стронция, бария и свинца
(2-валентного). Кислые Карбонаты хорошо растворимы в воде. При нагревании
Карбонаты, как правило, разлагаются (CaCO3=
CaO + CO2) ещё до достижения точки плавления; исключение представляют
Карбонаты щелочных металлов и таллия. Гидрокарбонаты при нагревании переходят в
нормальные Карбонаты (2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O
+ CO2). Сильными кислотами нормальные и кислые Карбонаты разлагаются
с выделением CO2 (K2CO3
+ H2SO4 = K2SO4 + H2O +
CO2). В природе нормальные Карбонаты широко распространены,
составляя одну из групп минералов (см. Карбонаты
природные).
Некоторые природные, нормальные и основные, Карбонаты являются весьма ценными
металлическими рудами; таковы Карбонаты цинка, свинца, меди, железа, марганца и
др. Нерудное сырьё — известняк CaCO3, витерит BaCO3
употребляют в строительном деле, в производстве промышленности и т.д. Из
синтетических Карбонаты в технике широко применяется сода (Na2CO3
и NaHCO3) и в меньшей степени — поташ K2CO3.
Гидрокарбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами.
5.
Поиск и разведка рудных месторождений
К рудным полезным
ископаемым относят различные типы минерального сырья, из которого
технологически возможно и экономически целесообразно извлекать в промышленных
масштабах металлы или получать на их основе другие материалы, используемые в
народном хозяйстве. Геофизические методы при поисках и разведке месторождений
рудных полезных ископаемых (рудная геофизика) применяются на всех стадиях
геологоразведочных работ - от региональных исследований до обслуживания
рудничной геологии во время эксплуатации месторождений.
Поиски рудных ископаемых
начинаются с постановки или анализа данных уже имеющихся среднемасштабных
(1:200000) геофизических съемок (см. 3.3), а иногда с их целевой
переинтерпретации. В результате аэрокосмических съемок в видимом и инфракрасном
диапазонах частот, аэромагнитных и аэрогамма-спектрометрических, полевых
гравимагнитных, электромагнитных или сейсмических исследований устанавливают основные
закономерности в распределении месторождений полезных ископаемых, связи между
положением рудных поясов, полей и месторождений, рудовмещающих и рудоконтролирующих
структур с глубинным строением земной коры.
Картировочно-поисковые
крупномасштабные (1:50000) геофизические исследования перечисленными выше
методами обеспечивают уточнение и выделение перспективных на поиск полезных
ископаемых площадей.
Поисково-разведочные
работы на рудных месторождениях начинаются с поисков в первую очередь крупных
или средних рудопроявлений, приуроченных к рудоконтролирующим структурам. Из
числа наземных геофизических методов для решения поисковых и особенно
разведочных задач выбирают наиболее эффективные, но, как правило, трудоемкие
методы: профилирование и зондирование ВП или детализированные работы индуктивными
методами с использованием широкого спектра частот: низкочастотными (НЧМ) или
переходных процессов (МПП); высокоточную гравиразведку; иногда сейсморазведку
методом преломленных волн (МПВ).
В результате
количественной интерпретации геофизических данных оценивают геометрические и
физические параметры разведываемых объектов. Далее строят физико-геологические
модели (ФГМ) исследуемого объекта, которые используются для интерпретации
наблюденных аномалий в рамках этих ФГМ. Затем выявленные аномалии разбуривают
контрольными разведочными скважинами, что необходимо не только для проверки
достоверности полученной геофизической информации и уточнения методики дальнейших
наземных работ, но и для проведения исследований методами скважинной геофизики,
оценки запасов полезных ископаемых.
Геофизические
исследования в этих скважинах, позволяющие с достаточной степенью детальности расчленить
геологический разрез и выявить рудные интервалы, проводят с использованием
электрических, ядерных, магнитных, реже сейсмоакустических методов.
Если по данным
поисково-оценочных работ и предварительной разведки прогнозные запасы полезного
ископаемого на выявленном месторождении достаточны, а предполагаемые
горнотехнические условия его добычи благоприятны, то разрабатывают технико-экономическое
обоснование (ТЭО) на детальную разведку месторождений.
Целью детальной разведки
является изучение особенностей морфологии и внутреннего строения отдельных
рудных тел, что необходимо для подсчета запасов, оценки горнотехнических и
гидрогеологических условий проведения эксплуатационных работ. Детальную
разведку осуществляют главным образом с помощью скважин и горных выработок. Из
геофизических методов на этом этапе применяют исследования скважин и геоэлектрохимические
и подземные методы. В результате геологи и геофизики составляют
геолого-геофизическую документацию в масштабе 1:5000, 1:2000, 1:1000 для
подсчета запасов и представления материалов в Государственную комиссию по запасам
полезных ископаемых.
При доразведке и
эксплуатационной разведке месторождений, сопровождающейся проходкой
вертикальных и горизонтальных подземных горных выработок, а также в ходе непосредственной
эксплуатации месторождений иногда применяют комплекс методов шахтно-рудничной
геофизики (методы радиоволнового и сейсмоакустического просвечивания или
ядерно-физические методы).
При поисках и разведке
черных металлов используют комплекс геофизических методов, среди которых
основными являются методы магнито- и гравиразведки, а методы электро- и
сейсморазведки носят вспомогательный характер. Месторождения черных металлов по
условиям образования весьма разнообразны, а слагающие их руды обладают различными
физическими свойствами. Например, магнетитовые рудные тела характеризуются
высокими значениями магнитной восприимчивости, плотности и электропроводности.
Поэтому прежде всего для их поисков и разведки следует применять магниторазведку.
Эффективному применению гравиразведки способствует большая плотность железных
руд (3,2-4,7 г/см3) по сравнению с рудовмещающими породами (2,6-3
г/см3). Значение методов электроразведки существенно повышается при
поисках слабомагнитных буро-железистых месторождений в осадочных породах и коре
выветривания. Сейсморазведку при поисках и разведке черных металлов применяют,
в основном, для изучения рельефа поверхности кристаллического фундамента и
определения мощности покровных отложений над рудными залежами.
Заключение
К черным металлам
относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в
состав которых входят еще и кремний, марганец, сера и другие элементы.
Чугун - железоуглеродистый сплав, в котором
содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец,
фосфор и сера. Чугун выплавляется в доменных печах из железных руд. Исходными
материалами для его получения кроме руды служат топливо и флюсы.
Железная руда представляет собой горную породу, в
которой содержатся соединения железа и примеси других элементов. Чугун получают
из красного, бурого и магнитного железняков.
В качестве топлива
используют главным образом каменно-угольный кокс. Флюсы применяют для отделения
от железной руды пустой породы (оксиды кремнезема, кальция, марганца), которая,
способствуя образованию шлаков, оказывает вредное влияние на процесс выплавки
чугуна.
В чугуне углерод
содержится в свободном состоянии в виде графита или в связанном состоянии в
виде карбида железа или цементита.
Чугуны, в которых углерод
находится в виде графита, имеют в изломе серый цвет и крупнозернистое строение.
Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, имеют высокие литейные
качества, относительно невысокую температуру плавления (1100—1200°С), небольшую
усадку (1%) и применяются для изготовления многих деталей машин и механизмов.
Эти чугуны называются серыми или литейными.
Чугуны, в которых углерод содержится только
в виде химического соединения с железом, имеют в изломе белый цвет. Они плохо
обрабатываются режущим инструментом и обычно используются для получения стали.
Эти чугуны называются белыми или передельными.
Кроме белого и серого
чугунов для отливки деталей в тракторной, автомобильной и других отраслях
промышленности употребляется еще и так называемый ковкий чугун, который
получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых
нагревательных печах при температуре 950—1000°С. При этом чрезмерная хрупкость
в твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун,
как и серый, не куется, а название «ковкий» указывает лишь на значительную его
пластичность.
Для повышения прочности
чугуны легируют, т. е. вводят в их состав никель, хром, молибден, медь и другие
элементы (легированный чугун), а также модифицируют, т.е. добавляют магний,
алюминий, кальций, кремний (модифицированный чугун).
Наибольшее применение
получили чугуны следующих марок: отливки из серого чугуна: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18,
СЧ-20 и др. (ГОСТ 1412-79); отливки из ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10,
КЧ37-12 и др. (ГОСТ 1215-79).
Буквы и цифры марок
чугуна обозначают: СЧ - серый чугун, КЧ - ковкий чугун. Цифры после букв у
серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.
Сталь - сплав железа с углеродом, содержащий
углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более
высокими физико-механическими свойствами. Она отличается высокой прочностью,
хорошо обрабатывается резанием, ее можно ковать, прокатывать, закаливать. Кроме
того, сталь в расплавленном состоянии жидкотекуча, из нее изготовляют различные
отливки. Поэтому она широко применяется во всех областях народного хозяйства,
особенно в машиностроении.
Сталь получают из передельного чугуна его
переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и
выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.
Наиболее распространенным
способом получения обычных сортов стали является мартеновский, а для выплавки
высококачественных сталей применяют электроплавку.
Сталь, выплавленная из чугуна на
металлургических заводах, в виде слитков поступает в прокатные, кузнечные или
прессовые цехи, где перерабатывается на фасонный и листовой прокат, а также в
поковки различной формы и размеров.
Все применяемые в
настоящее время стали классифицируются по следующим признакам:
по химическому составу -
углеродистая, легированная;
по качеству - сталь
обыкновенного качества, качественная, высококачественная;
по назначению —
конструкционная, инструментальная.
Литература
1. Быховер Н. А. Экономика минерального сырья. - М., 2001.
2. Котляр В. Н. Основы теории
рудообразования, М., 2000.
3. Магакьян И. Г., Рудные месторождения, 2 изд., -
Ер., 1961.
4. Оценка месторождений при поисках и разведках, в. 14 - Авалиани Г. А., Марганец,
М. - Л., 1953.
5. Парк Ч. Ф., Мак-Дормид Р. А., Рудные
месторождения, пер. с англ.. - М., 1966.
6. Смирнов В. И., Геология полезных ископаемых, 3 изд. - М., 2001.
7. Хмелевской В.К. Международный университет
природы, общества и человека "Дубна", 1997.