Железные руды

В природе известно более 300 железосодержащих минералов, изних промышленными являются некоторые оксиды, гидроксиды, карбонаты и алюмосиликаты-лептохлориты, содержащие от 30 до 72% железа (табл. 13).

Сульфиды и сульфоарсенйды железа (пирит, пирротин, арсе­нопирит, леллингит и др.) не применяются для извлечения железа, а используются для получения S, Se, As и Au. Полезные примеси в железных рудах — Ni, Со, Мn, V, Ti, Сг и Ge; вредные —Р, S, Si0₂, Zn, РЬ, As и Сu.

Руды железа подразделяются на богатые и бедные. Богатые руды—магнетитовые, гематитовые и мартитовые с содержанием Fe> 55 %, S и Р менее 0, 15 %, Si0₂ менее 5 %, Сu, Zn, РЬ, Sn, As, Ni и Сг сотые доли процента каждого, Мn менее 0, 5 % —характе­ризуются массивными, полосчатыми и густовкрапленными тек­стурами. Они используются в металлургии без обогащения [8]. Бедные руды содержат около 25—30 % железа и подвергаются обогащению. Основные процессы обогащения магнетитовых руд — дробление, измельчение, магнитная сепарация сухая и мокрая. Дробление и измельчение руды производятся с целью раскрытия сростков рудных и нерудных зерен. Железистые кварциты относят­ся к труднодробимым и трудноизмельчаемым. По промышленному значению выделяются четыре главнейших генетических типа ме­ сторождений (табл. 14)

.

Железистые кварциты слагают месторождения Кривого Рога, КМА, оз. Верхнее (США и Канада) и др. Форма рудных тел лин-зо-пластообразная; они согласно залегают в кремнисто-сланцевой; толще докембрия. Протяженность залежей десятки и сотни кило­метров. Мощность одиночных тел от нескольких сантиметров до 800 м [5, 23].

Главные рудные минералы — магнетит, гематит — представлены несколькими генерациями. Форма бластов магнетита изометрич-ная, удлиненная и неправильная. Размеры их колеблются от 0, 04 до 0, 8 мм. Внутреннее строение бластов однородное, реже сито­видное и зональное. Форма зерен гематита пластинчатая и непра­вильная для мартита. Размер зерен 0, 04—0, 05 мм. Второстепен­ные рудные минералы: маггемит, мартит, мушкетовит, сидерит, гётит. Главный нерудный минерал — кварц. Второстепенные не­рудные минералы: биотит, эгирин, амфиболы (куммингтонит и др.), щелочные амфиболы, карбонаты (сидерит, сидероплезит, доломит, анкерит), хлорит, серицит, тальк, каолинит и др. Минералы — вредные примеси: пирит, пирротин, апатит. Содержание апатита возрастает в окисленных кварцитах. Содержание серы и фосфора низкое, сотые доли процента. Полезные примеси (германий) встре­чаются редко.

Магнетиты железистых кварцитов отличаются чистотой от при­месей. По минеральному составу выделяют несколько типов желе­зистых кварцитов: магнетитовые, гематитовые, мартит-гематито­вые, сидерит-магнетитовые, силикатно-магнетитовые. Так, напри­мер, на Лебединском месторождении (КМА) по минеральному со­ставу выделяют: гематит-магнетитовые (33—40 % Fe_общ , 20— 34 % Fe_магн.); магнетитовые со щелочными амфиболами, тальком, актинолитом, эгирином (31—38% Fe_общ.28—37% Fe_магн.); кум-мингтонит-магнетитовые и биотит-магнетитовые кварциты (25— 36 % Fe_общ, 16—29 % Fe_магн). Из них наибольшее распространение имеют среднезернистые магнетитовые и куммингтонит-магнетитовые кварциты. Размер бластов колеблется в пределах 0, 08—0, 1 мм [30].

Окисленные железистые кварциты по минеральному составу подразделяются на полуокисленные гётит-мартит-магнетитовые (34—39 % Fe_общ, 12—20 % Fе_магн)и окисленные мартитовые, магнетит-гётит-мартитовые, гётит-мартитовые, пористые и рыхлые ру­ды (33—39 % Fe_общ, до 8% Fe_магн).

Текстуры руд: полосчатые, сланцеватые, линзовидные, плойчатые, массивные, вкрапленные, трещиноватые, пористые и порошко­ватые. Типоморфные текстуры тонко-широко-грубополосчатые (рис. 27). Отдельные смежные полоски шириной 0, 1—20 мм обыч­но сложены каким-либо одним минералом, например, магнетитом или кварцем или гематитом, или сидеритом.

Структуры руд: гранобластические, ориентированнобластиче-ские и раздробленные. По размеру бластозерен рудных минералов: выделяют средне-тонкобластические и тонкодисперсные руды. В железистых кварцитах часто развиты тонко- и мелкозернистая структуры.

К легкообогатимым магнитной сепарацией рудам относятся магнетитовые кварциты с густовкрапленной и полосчатой тексту­рами и среднезернистыми структурами (размер зерен 0, 07—1 мм). Извлечение железа из магнетитовых кварцитов в концентрат со­ставляет 90, 8 % [30]. С увеличением в руде количества гематита, гётита и уменьшением размера зерен магнетита показатели обога­щения снижаются и усложняется технологическая схема.

Тонкодисперсные руды, в которых магнетит образует тонкие включения размером в тысячные доли миллиметра в кварце, не обогащаются. Магнетитовые руды, добытые из тектонических зон, труднее поддаются обогащению [27]. В таких рудах широко раз­виты брекчиевая, сланцеватая, трещиноватая, порошковатая и ка­емочная текстуры и раздробленная структура. Зерна магнетита и кварца сильно раздроблены. В рудах развиты зеркала скольжения. Каемочная микротекстура характеризуется тончайшими-каем­ками— пленками гематита или гётита вокруг раздробленных зе­рен магнетита и кварца.

Окисленные железистые кварциты, сложенные магнетитом, мартитом и гётитом, обладающие пористыми, землистыми, релик­товыми, коллоидными и метаколлоидными текстурами, с размера­ми зерен рудных минералов менее 0, 03 мм, относятся к трудно-обогатимым рудам или совсем не обогащаются. Извлечение желе­за в концентрат из окисленных железистых кварцитов составляет 66 % [30]. Для обогащения окисленных кварцитов и гематитовых руд применяется магнетизирующий обжиг, магнитно-гравитацион­ная и магнитно-флотационная схемы [30].

Скарново-магнетитовые руды слагают пласто-линзообразные залежи, а также неправильной и гнездообразной формы тела. Промышленные месторождения этого типа руд небольшие по срав­нению с железорудными бассейнами, но они встречаются в приро­де чаще (Соколовское, Сарбайское, Качарское, Высокогорское, Гороблагодатское, Абаканское, Таштагольское, Шерегешевское-и др.).

Главный рудный минерал — магнетит. Выделяются несколько генераций магнетита. Форма зерен неправильная или изометричная. Внутреннее строение зерен ситообразное и зональное. Размер зерен магнетита колеблется от сотых долей до нескольких милли­метров. Второстепенные рудные минералы: мартит, гематит, мушкетовит, шпинель, кобальтсодержащий пирит, халькопирит, сфа­лерит, галенит; редкие — висмутин, кобальтин, линнеит, самород­ное золото и серебро и др. Главные нерудные минералы: гранаты, пироксены, скаполит, карбонаты, амфиболы, эпидот, хлорит и др. Минералы — вредные примеси: пирит, пирротин, апатит, арсенопи­рит. Кобальтсодержащие сульфиды являются ценными.

Полезные примеси в рудах: Со, Zn, Pb, Bi, Au, Ag; вредные — S, Р, Zn, As, Сu.

По минеральному составу выделяются несколько природных типов руд, например, руды Сарбайского месторождения представ­лены следующими типами: пироксен-скаполит-магнетитовый (37, 1—46 % Fe_общ; пироксен-гранат-магнетитовый (36—47% Fe_общ); эпидот-актинолит-магнетитовый (36—47 % Fe_общ) [30].

Текстуры руд массивные, вкрапленные, пятнистые, полосчатые, брекчиевые, прожилковые, коррозионные, трещиноватые. Струк­туры метазернистые, весьма неравномернозернистые, коррозион­ные, пластинчатые, распада твердого раствора (магнетит + шпи­нель) и раздробленные. В рудных телах выделяются массивные ру­ды (Fe более 50%) и вкрапленные (Fe 20—50 %). Окисленные мартитовые руды составляют около 1 % от общих запасов.

Магнетитовые концентраты, полученные при обогащении вкрап­ленных скарново-магнетитовых руд, всегда будут содержать вклю­чения— реликты нерудных минералов, что снижает их качество. Сульфиды извлекаются из хвостов магнитной сепарации по флотационной схеме.

Титаномагнетитовые и ильменит-магнетитовые руды залетают в габбро- и пироксенитах. По объему запасов руд и добыче зани­мают третье место. Месторождения этих, руд эксплуатируются на Урале (Качканарское, Гусевогорское, Первоуральское и др.). Форма рудных тел —зоны вкрапленности и жилообразная.

Главные рудные минералы — титаномагнетит, магнетит и иль­менит; второстепенные— маггемит, гематит, апатит, рутил, лейкоксен, ульвошпинель, пирит, пирротин, халькопирит, борнит, ковел­лин. Главные и второстепенные нерудные минералы: пироксены, плагиоклазы, амфиболы, оливин, серпентин, хлорит, эпидот и др. Минералы — вредные примеси: апатит, сульфиды. Примеси в ру­дах: Ti, V, Сг, Al, Mn, Mg.

Текстуры руд массивные, пятнистые, полосчатые, прожилковые, каемочные, трещиноватые. Наиболее часто развиты вкрапленные текстуры. Выделяют пять типов вкрапленных руд: крупновкраплен-ные (размер рудных агрегатов более 0, 8 мм), средневкрапленные (0, 15—0, 8 мм), мелковкрапленные (0, 1—0, 15 мм), тонковкрапленные (0, 05—0, 1 мм) и дисперсновкрапленные (менее 0, 05 мм).. Средний размер вкрапленности рудных минералов колеблется от^-0, 02 до 1 мм [30]. Структуры среднезернистые, сидерониговые и распада твердого раствора (магнетит + ильменит)—пластинчатая (см. рис. 18), решетчатая и эмульсионная. В зернах магнетита развиты тонкие пластинки ильменита, гематита и ульвошпинели размером в поперечнике в тысячные доли миллиметра. Гематит образует тонкие каемки вокруг выделений титаномагнетита и маг­нетита.

Обогащение титаномагнетитовых и ильменит-магнетитовых руд зависит от их состава и строения. Среднезернистые агрегаты маг­нетита и ильменита легко обогащаются; подвергаются дроблению, измельчению и магнитной сепарации. После переработки получа­ют магнетитовый концентрат, бедный титаном и обогащенный ва­надием, и хвосты, содержащие ильменит. Для получения ильменитового концентрата хвосты титаномагнетитовых руд подвергаются гравитационному обогащению.

Тонкие включения ильменита в зернах титаномагнетита в виде пластинок, эмульсии или каемок, представляющие собой продукты распада твердого раствора, не выделяются при механическом обо­гащении. Такие зерна титаномагнетита переходят в магнетитовый концентрат и повышают его тугоплавкость. Титаномагнетитовые руды дисперсно-тонковкрапленные не обогащаются.

Сидерит-хлорит-гётитовые руды (оолитовые бурые железняки залегают в песчано-глинистых осадочных породах и отличаются особым вещественным составом и строением. Промышленные ме­сторождения этих руд в СССР представлены тремя бассейнами: Керченский, Аятский, Западно-Сибирский и Лотарингский бас­сейн во Франции. Форма рудных тел: пласты и линзы. Руды от­личаются невысоким содержанием железа (20—40 %), повышен­ным содержанием фосфора и глинистых минералов.

Главные рудные минералы — лептохлориты (шамозит, тюрин-гит и др.), гётит, сидерит; второстепенные — гематит, магнетит, пиролюзит, псиломелан, манганит. Главные нерудные минералы: глинистые минералы (каолинит, галлуазит, гидрослюды и др.), опал, кварц, карбонаты (анкерит, манганосидерит, родохрозит, кальцит), глауконит. Минералы — вредные примеси: вивианит Fe3(Р0₄ )₂ *8Н₂0, фосфаты железа, апатит, пирит, марказит, барит, гипс. Элементы-примеси в рудах: Мn (0, 8—4, 3%), Р (0, 6—1, 1 %), As (0, 07-13%), V (до 1, 12%) [30].

На Керченском месторождении выделяются два природных ти­па руд: табачные (гётит-сидерит-лептохлоритовые) и коричневые (гётитовые). По генезису табачные руды являются осадочными, а коричневые — окисленными. Разрабатываются коричневые руды.

Текстуры руд: оолитовые, пизолитовые, обломочные, порошко­ватые, пористые, слоистые, органогенные, коррозионные, трещино­ватые. Из них наиболее характерны оолитовые (см. рис. 8). Стро­ение оолитов однородное и концентрически-зональное. Преобла­дающий размер оолитов 0, 2—0, 6 мм. Содержание железа в них колеблется от 40 до 50 %, a P₂O₅ 2—5 % [30]. Оолиты сложены шамозитом, сидеритом, гидроксидами железа и марганца. Содер­жат поры и трещины дегидратации. Они могут быть плотно уло­жены и сцементированы. Часто цементом является рудный мате­риал, слагающий оолиты, но обычно в цементе преобладают гли­нистые минералы, опал и карбонаты.

На Лисаковском месторождении в Северном Казахстане выде­ляются руды трех технологических типов: 1) рыхлые густоолито-вые с содержанием железа более 40%; 2) среднеоолитовые с со-держанием железа 35—40 %; 3) вкрапленно-оолитовые и обломоч­ные с содержанием железа 30—35 % [30].

Структуры руд коллоидные и метаколлоидные: гелевая, скры-токристаллическая, волокнистая, радиально-лучистая и другие, а также обломочные и гранокластические. Коллоидные, метаколло­идные и коррозионные текстуры и структуры неблагоприятны для обогащения оолитовых бурых железняков и обусловливают поте­ри до 50 % железа. Руды подвергаются промывке, гравитационно-магнитному обогащению. Применяется также магнетизирующий обжиг.