Руды черных металлов входят в состав всех как изверженных, так и осадочных горных пород, но под названием черных руд понимают такие скопления железистых соединений, из которых в больших размерах и с выгодой в экономическом отношении может быть получаемо металлическое железо. Железные руды (рис.1) встречаются лишь на ограниченных пространствах и только в известных местностях. По химическому составу 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 и плотная его разновидность красный железняк, бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды, наконец, железняк в его разновидность сферосидерит. 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.

Начало применения железа относится к ІІІ тысячелетию до н.э., когда люди из метеоритов делали орудия труда и охоты, украшения. В I тысячелетии до н.э. люди начали выплавлять железо из руд, на смену бронзовому веку пришел век железа. С развитием металлургии бурые железняки начали плавить в домнах сначала на древесном угле, а с ХIХ в. на каменном угле и коксе. Из чугуна научились выплавлять сталь. А в ХХ в. и высококачественные легированные стали путем добавок марганца, хрома, титана, никеля, кобальта, ванадия, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала.

Рис.1. Железная руда

Среди железорудных месторождений формации коры выветривания выделяются три типа - россыпные, остаточные (бурожелезняковые и мартитовые руды) и зоны окисления (железные шляпы). Важное промышленное значение имеют лишь остаточные месторождения. Остаточные месторождения образуются главным образом на гипербазитах, габбро, диабазах и базальтах, а также на железистых осадочных и метаморфических породах. При выщелачивании силикатов и выносе из коры выветривания кремнезема, серы и щелочей на месте накапливаются гидроксиды и оксиды железа, алюминия, марганца, хрома, титана, кобальта, никеля и других компонентов. Устойчивые к выветриванию минералы (магнетит, хромшпинелиды, ильменит и др.), содержащиеся в материнских породах, концентрируются в коре выветривания, обогащая железные руды повышенными содержаниями хрома, титана, никеля, ванадия, кобальта.

Бурожелезняковые природно- легированные руды формируются при выветривании ультраосновных и основных пород и руд других формаций (сидеритовых, оолитовых и др.). К такому типу относится месторождение Бильбао в Испании, где лимонитовые и гематито- вые рудные тела мощностью до 30 м образовались по первично сидеритовым и анкеритовым залежам длиной до 3 км и шириной до 1 км. Аналогичные месторождения известны в СРВ (Тхайнгуен), Алжире, Гвинее, Индонезии, в Новой Каледонии, на Кубе и Филиппинах. Содержание железа в рудах достигает 60 %.

Породы железисто-кремнистых (джеспелитовых) формаций в средне- и позднедевонские этапы корообразования подвергались интенсивному выветриванию с разложением щелочных и щелочноземельных силикатов, окислением (мартитизацией) магнетита, выщелачиванием кремнезема и образованием богатых железных руд. Такие руды формируют мощные и глубоко уходящие вниз по разрезу вертикального профиля залежи на некоторых месторождениях KMA.

Все известные в KMA богатые железные руды представлены двумя генетическими типами: остаточными и осадочными. Залежи богатых руд располагаются в верхних (головных) частях железистых кварцитов. Богатые руды, как правило, наследуют текстуру и минеральный состав железистых кварцитов и представляют собой тяжелые (объемная масса 3-3,8), слабомагнитные, мелко- и тонкозернистые породы, сложенные мартитом, магнетитом (редко), железной слюдкой, карбонатом (сидерит и кальцит), тонкочешуйчатыми гематитом и гидрогематитом, гидрогетитом и хлоритом типа шамозита. Контур залежей железных руд определяется контуром выходов железистых кварцитов под осадочные породы. Вследствие этого залежи богатых руд обычно вытянуты по простиранию при относительно небольшой ширине вкрест простирания. Большое значение в формировании морфологии залежей имел также эрозионный размыв богатых железных руд.

На участках высоких абсолютных отметок, обычно на широких полях железистых кварцитов, богатые руды имеют небольшую мощность или вообще отсутствуют. На месторождениях, расположенных в юго-западной части КМА, где зоны железистых кварцитов линейно вытянуты, мощность богатых железных руд огромна, а протяженность залежей по простиранию измеряется десятками километров. К легирующим металлам относятся: марганец, хром, титан, ванадий, никель, кобальт, молибден, вольфрам в основном применяются как легирующие добавки для изготовления легированных сталей.

Марганец

Марганцевые руды использовались с конца XVIII в. для изготовления красок и медицинских препаратов. В связи с развитием черной металлургии марганцевые руды начали широко применяться со второй половины XIX в. В настоящее время металлургия является главным потребителем марганца. Добавка марганца повышает вязкость стали, ее твердость и ковкость, способствует переходу в шлак многих вредных примесей. В небольших количествах марганец используется в электротехнической, химической и керамической промышленности. Основными месторождениями марганцевых руд в на постсоветском пространстве являются Никопольское (Украина) и Чиатурское (Грузия). Никопольское месторождение (Днепропетровская область) является крупнейшим месторождением, запасы его оцениваются в 1 млрд. т (мировые ресурсы этих руд - 3 млрд. т). Из всех запасов руд месторождения 80 % представляют собой пиролюзит, а остальные - карбонатные руды. Содержание марганца в зависимости от пласта, участка и т. д. изменяется от 23 до 31 %, но в среднем по бассейну оно составляет 27-28 %.

Рис.2. Пиролюзитовая руда

Добываемые, в основном пиролюзитовые руды (рис.2) более богаты, чем карбонатные. Пустая порода кремнеземистая. Развитие бассейна, являющегося основной базой черной металлургии страны, идет в направлении расширения добычи открытым способом, магнитного обогащения и окускования концентратов. Южнее г. Запорожье разведано мощное Больше-Токмакское месторождение карбонатных марганцевых руд со средним содержанием марганца 20 %. Руда легко обогащается до содержания 27 % Мn при 0,17 % Р. Пустая порода основная, что повышает ценность этой руды. Это месторождение пока не разрабатывается.

Чиатурское месторождение является вторым после Никопольского по значению и запасам. Запасы его оцениваются в 180 млн. т сравнительно богатой руды двух минералогических типов: смеси пиролюзита с псиломеланом и карбонатных руд. Содержание марганца колеблется от 25 до 47 %, фосфора - 0,18-0,2 %. Низкое содержание железа дает возможность выплавлять богатые сорта ферромарганца. Основная часть руды обогащается промывкой и магнитной сепарацией. Месторождение интенсивно разрабатывается и является поставщиком качественных руд для ферросплавной промышленности. Кроме этих месторождений на Урале, в Казахстане и Западной Сибири есть ряд других, но с гораздо меньшими запасами менее качественных руд. Из зарубежных месторождений наибольшее значение имеют Бразильское (район г. Рио-де-Жанейро, 60 млн. т, 48-51% Mn), Золотого Берега (Гана, 30 млн. т, 46-61% Mn), Южно-Африканское (50 млн. т, 40-50% Mn), индийские и ряд других.

Хром

Хромсодержащие руды были впервые выявлены на Урале в 1799 году. В начале XIX в. они использовались в качестве огнеупорного материала для футеровки металлургических печей, получения красок и дубителей кожи. В конце XIX в. хром начал широко использоваться в качестве легирующего металла. В настоящее время основным потребителем хромо содержащих руд является металлургическая промышленность 65%, остальные используются в огнеупорной и химической промышленности. Хром применяют для производства нержавеющих, жаропрочных, кислотоупорных, инструментальных и других сталей.

Хромиты (хромовые руды) - природные минеральные агрегаты, содержащие хром в концентрациях и количествах, при которых экономически целесообразно извлечение металлического хрома и его соединений. Собственно рудным компонентом являются так называемые хромшпинелиды; по составу среди них выделяют хромит, магнохромит, алюмохромит и хромпикотит. Термин «Хромит» иногда применяется также для обозначения всей минеральной группы хромшпинелидов. В ассоциации с хромшпинелидами в хромитах постоянно встречаются серпентин, оливин, хлориты, иногда хромсодержащие гранаты. Местами с ними парагенетически связаны элементы платиновой группы. По областям применения хромиты делят на металлургические, огнеупорные и химические.

Титан

Титан был открыт в 1791 году, но применяться начал лишь с середины XX в. Свойства титана уникальны: температура плавления 1725 0 . Титан отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Титановые сплавы, отличающиеся высокой прочностью, ковкостью и свариваемостью, применяются в космической технике, авиационной, автомобильной, судостроительной, пищевой и медицинской отраслях промышленности. Карбид титана применяется для изготовления сверхтвердых сплавов, двуокись титана для производства стойких титановых белил, пластмасс и в целлюлозно-бумажной промышленности.

Рис.3. Ильменит

Месторождения титановых руд делятся на магматические, экзогенные и метаморфогенные. Магматические месторождения связаны с ультраосновными, основными и щелочными породами, содержат 7-32% TiO2. Встречаются вкрапленные и сплошные титановые руды, имеющие пластовую или жилообразную форму. Переходы между вкрапленными и сплошными титановыми рудами обычно постепенные. Наряду с ильменитом в них содержатся титаномагнетит и гематит. Крупные магматические месторождения известны в СССР, Канаде, США, Норвегии, ЮАР, Индии. Среди экзогенных месторождений титановых руд выделяются: ильменитовые и рутиловые в корах выветривания (3-30% TiO2); элювиально-делювиальные и аллювиальные россыпи ильменита (0,5-25% TiО2); прибрежно-морские (древние и современные) россыпи ильменита (рис.3), лейкоксена, рутила (0,5- 35% TiO2), а также циркона, монацита и др.

Прибрежно-морские россыпи - основной промышленный тип титановых руд. Для них характерны пластовые и линзообразные залежи, мощность которых достигает нескольких десятков м, а протяжённость нескольких десятков км при ширине до нескольких тысяч м. Крупные россыпи известны в СССР, Австралии, Индии, Бразилии, Новой Зеландии, Малайзии, Шри-Ланке, Сьерра-Леоне. Среди метаморфогенных месторождений выделяются песчаники с лейкоксеном (8- 10% TiO2); ильменит-магнетитовые в амфиболитах (12,2% TiO2); рутиловые в гнейсах, хлоритовых сланцах и др.

Ванадий

Ванадий был открыт в 1801г., используется с начала XX в. для легирования чугуна и стали. Он повышает твердость, упругость, износоустойчивость и сопротивление разрыву. Титано ванадиевые сплавы применяются для изготовления реактивных самолетов и космической техники. Известны также сплавы V с Cu, Ta, Nb, Zr, Ni, Co, Al и Mg. В химической промышленности ванадий применяется в качестве катализатора при крекинге нефти, производстве красок, каучука. Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10−2% по массе, в воде океанов 3·10−7%. Наиболее высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в габбро и базальтах (230-290 г/т).

Рис.4. Ванадинит

В осадочных породах значительное накопление ванадия происходит в биолитах (асфальтитах, углях, битуминозных фосфатах), битуминозных сланцах, бокситах, а также в оолитовых и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов ванадия и широко распространённых в магматических породах железа и титана приводит к тому, что ванадий в гипогенных процессах целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные минералы титана (титаномагнетит, сфен, рутил, ильменит), слюды, пироксены и гранаты, обладающие повышенной изоморфной ёмкостью по отношению к ванадию. Важнейшие минералы: патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl (рис.4) и некоторые другие. Основной источник получения ванадия - железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Никель

Никель известен с глубокой древности, но промышленное производство началось в первой половине XIX в. Никель используется для покрытия металлических изделий для придания им высокой химической и термической стойкости. Добавка к сталям повышает их вязкость, упругость, антикоррозионные свойства. Применяются также сплавы Ni с Cu, Zn, Al, Cr, монетный сплав содержит 75% Cu + 25% Ni.

Кобальт

Кобальтовые краски использовались в глубокой древности. Металлический кобальт впервые получен в 1735г. Резкое возрастание потребления кобальта относится к началу XX в. В настоящее время свыше 40% Co используется для производства сплавов и супер сплавов, сверхтвердых сплавов Co с Ni, Fe, Cr, W, Mo.

Молибден

Молибден был открыт в 1778г., но широкое применение в промышленности он нашел только в XX в. Свыше 80% всего добываемого молибдена используется в металлургической промышленности в основном для легирования сталей и получения супер сплавов. Молибденовые стали приобретают высокую твердость, вязкость, тугоплавкость, кислотоупорность и ряд других ценных свойств. Металлический молибден используется в производстве электроламп, электровакуумных приборов. Кроме этого он употребляется в химической, нефтеперерабатывающей, керамической, стекольной и других отраслях промышленности.

Вольфрам

Вольфрам в виде соединения WO 3 был открыт в 1781 г, а промышленное использование его для легирования сталей началось с конца XIX в. Вольфрам применяется в производстве специальных сталей, присадка вольфрама к стали повышает ее твердость, прочность, тугоплавкость, это быстрорежущие, инструментальные, броневые стали, используемые в изготовлении оружия и снарядов. Вольфрам в сочетании с Cr, Ni, Co используется для изготовления жаропрочных и сверхтвердых сплавов – победитов, карбидов, боридов.

Металлы - это никогда не теряющие своей актуальности материалы. Они широко применяются в быту и в промышленности. Конечно, сегодня придумали массу различных альтернативных веществ, на основе которых получают материалы, не уступающие по качеству металлам. Однако полностью заменить их невозможно. Сложно представить себе заборы и ворота, решетки, крышки люков, инструменты и многое другое из чего-то иного.

Хотя пластик, стекло, силикон, полиэтилен и полипропилен прочно вошли в современную жизнь человека, сложно заменить фундаментальные части конструкций, многочисленные детали автомобилей и других транспортных средств на любую альтернативу металлам. Ее просто нет.

Металлы в Периодической системе

В Периодической системе химических элементов металлы занимают лидирующее положение. Из известных на сегодня 117 позиций к металлам относится более 90. Все эти элементы имеют ряд характерных особенностей, которые позволяют относить их к группе металлов:

1. Способны проводить электрический ток.
2. Обладают теплопроводностью.
3. Ковкие, пластичные, поддаются прокатке в листы и проволоку (не все).
4. Обладают серебристым блеском (кроме меди и золота).

Помимо общих свойств каждый подобный элемент обладает и рядом специфических, что и делает его таким востребованным.

Типология

Все металлы как простые вещества можно также разделить на три класса:

1. Черные.
2. Цветные.
3. Драгоценные.

К относятся все, кроме драгоценных и железа. То есть это медь, ртуть, палладий, хром, никель, цинк, магний, кальций, алюминий, свинец, олово и так далее.

К драгоценным металлам относят следующие:

• серебро;
• золото;
• платину.

Черные металлы - какие к ним относятся?

В данный класс входят:

• железо и все его сплавы;
• марганец;
• хром;
• ванадий;
• титан;
• актиноиды и уран (торий, плутоний, нептуний и другие);
• вольфрам;
• щелочные металлы.

То есть из всего многообразия данных веществ на долю черных металлов приходится меньшая часть. Причем в основном не самые распространенные (за исключением железа) находятся в земной коре и недрах.

Но несмотря на то что черные металлы представлены таким немногочисленным количеством элементов, они очень распространены и объемны в производстве и переработке. Масса изделий, деталей, принадлежностей изготовлена именно из железа и его сплавов.

Металлов достаточно обширна и востребована во всем мире. Добыча и обработка железа - одна передовых технических и экономических задач многих стран мира, в том числе и России.

Месторождения черных металлов на планете

Железо по масштабам добычи стоит на первом месте среди всех металлов. Его массовое содержание в природе, в том числе и в земной коре, исчисляется биллионами. При этом, по данным специалистов, человек на сегодняшний день разведал только сто миллиардов тонн.

Если говорить о мировых месторождениях черных металлов, в первую очередь железа, то следует заметить, что они есть на всех континентах, во всех частях света, кроме точек крайнего Севера. При этом распределение по странам примерно следующее (в порядке убывания):

• Россия (около сорока процентов всех мировых запасов);
• Бразилия;
• Австралия;
• Канада;
• Китай;
• Индия;
• Швеция.

Месторождения в России

В России черные металлы содержатся практически во всех масштабных федеральных округах.

1. (Курская - свыше 59%.
2. Уральский федеральный округ - 14%.
3. Сибирский округ - 13%.
4. Дальневосточный - 8%.
5. Северо-Западный федеральный округ - 4%.
6. Приволжский - 0,5%.

В каждом из перечисленных округов находится предприятие, на котором осуществляется металлургия черных металлов. Россия занимает явное лидирующее положение в мире по данному показателю, и, судя по запасам, так будет продолжаться еще очень продолжительное время.

Добыча материала

Производство черного металла сопряжено с несколькими сложными стадийными процессами. Во-первых, черные металлы не встречаются в самородном виде, а входят в состав соответствующих железных и так далее). Поэтому прежде чем получить металл, необходимо извлечь из земли горную породу - руду.

Этот процесс осуществляется горнодобывающей промышленностью. При этом руды, содержащие железо, могут быть богатыми и насыщенными или же скудными на металл. Поэтому после извлечения пласта руды ее кусок берется на химический анализ. Если количественное содержание металла составляет свыше 57-60%, то работы продолжаются. Если же ниже, то прекращаются либо перемещаются на другую территорию для поиска более богатой руды. Иначе этот процесс просто экономически нерентабелен.

Следующий этап, который включает в себя производство черного металла, - это обработка извлеченной руды на специальном заводе. Такой процесс носит название металлургии. Он может быть нескольких видов:

1. Гидрометаллургия - в основе техники извлечения и обработки руды лежит использование воды. При этом в процессе выщелачивания металлы из состава руды переходят в раствор, а оттуда методом элетролиза извлекаются в чистом виде. Энергетически и материально данный способ более дорогой, поэтому применяется только для особых металлов.
2. Пирометаллургия - в основе техника использования огня. Процессы термической обработки руды в доменных печах с использованием коксованного угля. Самый распространенный способ обработки руды и извлечения металлов. Используется в черной металлургии.
3. Биометаллургия . Основана на действии живых организмов, только начинает вводиться в практику, разрабатывается биотехнологами. Суть состоит в способности некоторых микроорганизмов извлекать в процессе жизнедеятельности металлы из состава руд.

Обработка

На перерабатывающем предприятии добытые руды, содержащие черные металлы, подвергаются тщательной обработке. Все эти процессы отражены в представленной ниже таблице.

Технологический процесс	Суть процесса	Результат
1. Обогащение руды	Отделение части руды, содержащей металл, от Может происходить одним из трех способов: магнитный (базируется на ферромагнитности железа); гравитационный (база - разные плотности пустой и богатой породы); флотационный (основан на применении воды с пенообразователем).	Получают чистый, богатый черным металлом субстрат, который отправляется на дальнейшую обработку.
2. Агломерация	Процесс спекания руды. Проводится с целью получения чистого вещества, без примесей газов и пыли и так далее.	Получают три типа обработанной руды: аглоруда (испеченная высокими температурами без доступа воздуха); сепарированная (очищенная сепарацией); окатышная (масса, содержащая флюсы железа).
3. Доменный процесс	Коксование руды в при использовании в качестве топлива и восстановителя железа из его оксидов угля.	Получают чистое железо, при необходимости уже сплавленное с углеродом, с образованием стали.

Вот таким образом происходит получение железа и его сплавов. При этом максимум материальных затрат уходит на подготовку и использование Именно он является для железа восстановителем, топливом, источником тепла, поставщиком углерода. Поэтому в описанном процессе используется довольно большое его количество, отсюда и высокие денежные расходы.

Условия хранения

К черным металлам, прежде всего, относится железо и его сплавы. Следует понимать, что это очень коррозионно нестойкий материал. Поэтому хранение черного металла требует соблюдения определенных правил, особенно если речь идет не о конструкциях и изделиях, а о так называемом ломе черных металлов (отходы, поломанные изделия, листы, прутья, арматуры и так далее):

1. Помещение, в котором находится материал, должно быть полностью закрыто от доступа влаги (дождя, снега). Чем меньше влаги, тем дольше срок хранения.
2. Территория склада должна быть большой, нельзя хранить листовые структуры черных металлов впритык друг к другу, поскольку это спровоцирует раннюю коррозию.
3. Весь имеющийся материал следует рассортировать по маркам и размерам.

При соблюдении этих нехитрых правил можно будет максимально долго сдерживать процессы разрушения структуры металлов.

Сплавы черного металла

К таковым принято относить сплавы железа, которые подразделяются на несколько типов:

1. Сталь . Черный металл, сплавленный с углеродом, дает такой результат.
2. Чугун . Начальный чугун, который получается в доменных печах при обработке руды, совершенно непригоден в качестве материала для производства приборов и предметов хозяйственного назначения. Он слишком хрупкий. Его нужно подвергнуть дальнейшей обработке в виде насыщения железом и углеродом, чтобы получился отличный прочный материал. Также добавляют другие элементы с целью повышения коррозионной стойкости и улучшения технических характеристик.
3. Ферросплавы (силикокальций, феррохром, ферросилиций, силикомарганец). Основное назначение данных сплавов - улучшение технических характеристик конечного материала.

Сталь

Главное место среди всех сплавов черных металлов отводится стали. Сегодня научились добиваться очень значимых результатов в производстве этого материала с заранее заданными важными свойствами. Такого рода сплав - самое важное для промышленности, что дали черные металлы. Какие стали выделяют?

1. Низкоуглеродистые - используются для производства различных инструментов.
2. Нержавеющие (из них делают трубы, тугоплавкие детали, режущие инструменты, сварная аппаратура и так далее).
3. Феррито-хромовые.
4. Мартенситно-хромовые.
5. Легированные.
6. Никелевые.
7. Хромовые.
8. Хром-ванадиевые.
9. Вольфрамовые.
10. Молибденовые.
11. Марганцевые.

По названиям очевидно, что именно эти компоненты добавляются в смесь железа и углерода в определенном соотношении. Это влияет на существенное изменение свойств получаемых материалов.

Вторичные металлы

К сожалению, как бы нам ни хотелось, вещи не могут служить вечно. Со временем все приходит в негодность - ломается, бьется, стареет и выходит из моды. Так происходит и с конструкциями из черных металлов. Стальные, чугунные и другие изделия, запчасти просто перестают быть нужными.

Тогда их сдают на специальные предприятия, занимающиеся обработкой пришедшего в негодность сырья. Теперь это металлы черные вторичные. Именно так называются вышедшие из строя и ненужные в быту металлические изделия из черных металлов.

Те предприятия, которые осуществляют сбор лома, должны соблюдать определенные правила по его хранению, вывозу и продаже. Законодательством нашей страны по этому вопросу установлен ГОСТ. Черные металлы, так же, как и цветные, находятся под строгим контролем закона.

Вторичные металлы можно переработать и снова пускать в производство. Именно для продажи в таких целях и скупают посредники-предприниматели.

Сегодня к черным металлам относятся с должным уважением, они занимают лидирующие позиции на рынке соответствующих изделий.

Использование в машиностроении

Стальные и чугунные предметы, детали, различные приспособления находят самое широкое применение в машиностроении. Они востребованы не только на автомобильном, но и на химическом, авиационном производстве, а также в кораблестроении. Все это благодаря особой прочности данных материалов, их термостойкости и коррозионной устойчивости. Черные металлы становятся базовым материалом для выпуска многих типов изделий. Среди наиболее распространенных следующие:

• боковые крышки редукторов;
• подшипники;
• клапаны;
• фитинги;
• втулки;
• трубы;
• цилиндры автомобилей и других транспортных средств;
• зубчатые колеса;
• звенья цепей на тракторах;
• тормозные барабаны;
• каретки;
• кожухи и так далее.

Этот список можно продолжать бесконечно, потому что изделий из черных металлов и их сплавов действительно много.

Применение в других отраслях промышленности

Можно назвать несколько основных сфер, в которых находят применение черные металлы:

1. Химическая промышленность.
2. Машиностроение.
3. Производство мебели специального назначения.
4. Выпуск посуды.
5. Производство конструкционных деталей.

Это, конечно, далеко не полный список, а лишь самые распространенные области, на долю которых приходится подавляющее большинство продуктов черной металлургии.

Руды черных металлов

Железо. Главные железосодержащие минералы Ї гематит, магнетит, лимонит, шамозит, тюрингит и сидерит. Месторождения железных руд классифицируют как промышленные при содержании металла не менее нескольких десятков миллионов тонн и неглубоком залегании рудных тел (чтобы можно было вести добычу открытым способом). В крупных месторождениях содержание железа исчисляется сотнями миллионов тонн.

Больше всего руды (в млн. т) добывается в Китае (250), Бразилии (185), Австралии (более 140), России (78), США и Индии (по 60) и на Украине (45). В значительных масштабах добыча железной руды ведется также в Канаде, ЮАР, Швеции, Венесуэле, Либерии и Франции. Общие мировые ресурсы сырой (необогащенной) руды превышают 1400 млрд. т, промышленные Ї более 360 млрд. т.

Марганец используется при производстве легированной стали и чугуна, а также в качестве легирующей добавки к сплавам для придания им прочности, вязкости и твердости. Бoльшая часть мировых промышленных запасов марганцевых руд приходится на Украину (42,2 %), ЮАР (19,9 %), Казахстан (7,3 %), Габон (4,7 %), Австралию (3,5 %), Китай (2,8 %) и Россию (2,7 %). Значительное количество марганца производится в Бразилии и Индии. Хром Ї один из основных компонентов нержавеющей жаропрочной, кислотоупорной стали и важный ингредиент коррозионностойких и жаропрочных суперсплавов. Из 15,3 млрд. т предполагаемых запасов высокосортных хромитовых руд 79 % приходится на ЮАР .

Руды цветных металлов

Бокситы Ї главное сырье алюминиевой промышленности. Бокситы перерабатываются на глинозем, а затем из криолит-глиноземного расплава получают алюминий. Бокситы распространены преимущественно во влажных тропиках и субтропиках, где протекают процессы глубокого химического выветривания горных пород. Наибольшими запасами бокситов располагают Гвинея (42 % мировых запасов), Австралия (18,5 %), Бразилия (6,3 %), Ямайка (4,7 %), Камерун (3,8 %) и Индия (2,8 %).

Медь Ї наиболее ценный и один из самых распространенных цветных металлов. Крупнейший потребитель меди Ї электротехническая промышленность Ї использует медь для силовых кабелей, телефонных и телеграфных проводов, а также в генераторах, электродвигателях и коммутаторах. Медь широко применяется в автомобилестроении и строительстве, а также расходуется на производство латуни, бронзы и медно-никелевых сплавов. Медные месторождения распространены преимущественно в пяти регионах мира: Скалистых горах США; докембрийском (Канадском) щите в пределах штата Мичиган (США) и провинций Квебек, Онтарио и Манитоба (Канада); на западных склонах Анд, особенно в Чили и Перу; на Центрально-Африканском плато Ї в медном поясе Замбии и Демократической Республики Конго, а также в России, Казахстане, Узбекистане и Армении.

Свинец используется главным образом при изготовлении автомобильных аккумуляторов и присадок тетраэтилата свинца к бензину (в последнее время применение токсичных свинцовых присадок сокращается в связи с ограничениями на использование этилированного бензина). Около четверти добываемого свинца расходуется на нужды строительства, связи, электротехнической и электронной промышленности. Свинец Ї основной материал для защиты от ионизирующего излучения. Добыча свинцовых руд ведется в 48 странах; ведущие производители Ї Австралия (16 % мировой добычи), Китай (16 %), США (15 %), Перу (9 %) и Канада (8 %).

Другие минеральные ресурсы стран

Также минеральные ресурсы стран мира включают в себя благородные металлы и их руды (золото, серебро, металлы платиновой группы); руды редких металлов; рассеянные элементы; радиоактивные металлы и их руды (уран, торий). Неметаллические полезные ископаемые состоят из агрономического и горно-химического сырья (нитраты, калийные соли и др.); промышленных минералов (алмазы, слюды и др.) .

Минеральные ресурсы не возобновляются, поэтому необходимо постоянно вести поиски новых месторождений. Все более увеличивается значение морей и океанов как источников получения нефти, серы, поваренной соли и магния; их добыча обычно ведется в шельфовой зоне. В перспективе стоит вопрос об освоении глубоководной зоны. Разработана технология добычи рудных железо-марганцевых конкреций со дна океана. В их состав входят также кобальт, никель, медь и ряд других металлов.

Агроклиматические пояса Китая

Вследствие огромного разнообразия природных условий Китая его почвенный покров представлен широким спектром почв Ї от бурых лесных и подзолистых на северо-востоке до краснозёмов на юге, а также серо-бурых пустынных почв на северо-западе, развивающихся в экстремально засушливых условиях. Сложность структуры почвенного покрова обусловлена тремя факторами: 1) широтная зональность на равнинах; 2) различный состав широтных почвенных зон в западных и восточных районах; 3) высотная поясность в горах.

Общая характеристика полезных ископаемых

Прежде всего, полезными ископаемыми называются горные породы и минералы, которые используются в хозяйстве стран.

По своему физическому состоянию они могут быть:

• твердые – уголь, соль, руда, мрамор и др.;
• жидкие – нефть, минеральные воды;
• газообразные – горючий газ, гелий, метан.

Когда за основу берут их использование, тогда выделяют:

• горючие – уголь, нефть, торф;
• рудные – руды горных пород, включающие металл;
• нерудные – гравий, глина, песок и др.

Отдельную группу представляют драгоценные и поделочные камни.

Полезные ископаемые образовались разными способами и по происхождению бывают магматические, осадочные, метаморфические, размещение которых по земным недрам подчиняется определенным закономерностям.

Для складчатых областей обычно характерны магматические, т.е. рудные полезные ископаемые. Данное обстоятельство связано с тем, что они образуются из магмы и выделяющихся их неё горячих водных растворов.

Магма поднимается из земных недр по трещинам в земной коре и в них застывает на различной глубине.

Также рудные полезные ископаемые могут образоваться и из излившейся магмы-лавы, которая относительно быстро остывает. Магма внедряется, как правило, в период активных тектонических движений, поэтому рудные полезные ископаемые связаны со складчатыми областями планеты.

Руды могут образоваться и на платформенных равнинах, но, в этом случае они приурочены к нижнему ярусу платформы. На платформах рудные полезные ископаемые связаны со щитами, т.е. с выходами фундамента платформы на поверхность или в тех местах, где осадочный чехол не отличается мощностью, и фундамент близко подходит к поверхности.

Примером такого месторождения является Курская магнитная аномалия в России и Криворожский бассейн на Украине.

Замечание 1

Вообще руда представляет собой минеральный агрегат, из которого технологическим путем можно извлечь металл либо соединения металлов.

Руды металлов связаны с районами активного горообразования, но наличие гор ещё не означает наличия богатых месторождений. Третья часть Европы, например, занята горами, но, крупных рудных месторождений совсем немного.

Исходя из области применения, рудные полезные ископаемые делятся на группы – руды черных металлов, руды цветных металлов, руды благородных металлов и радиоактивные металлы.

Такое рудное полезное ископаемое, как железная руда является основой для производства черных металлов – чугуна, стали, проката. Крупнейшие запасы железных руд сосредоточены в США, Индии, Китае, Бразилии, Канаде.

Есть отдельные крупные месторождения в Казахстане, Франции, Швеции, Украине, Венесуэле, Перу, Чили, Австралии, Либерии, Малайзии, В странах Северной Африки.

В России крупные запасы железных руд, кроме КМА, есть на Урале, Кольском полуострове, в Карелии, В Сибири.

Руды черных металлов

Среди руд черных металлов наиболее востребованными и используемыми в промышленности являются железные руды.

Такие минералы, как гематит, магнетит, лимонит, сидерит, шамозит и тюрингит являются главными железосодержащими породами.

Добыча железной руды в мире превышает 1 млрд. тонн. Самым крупным производителем железной руды является Китай, добывающий 250 млн. тонн, в то время как Россия добывает 78 млн. тонн. По 60 млн. тонн добывают США и Индия, Украина – 45 млн. тонн.

Добыча железной руды в США ведется в районе озера Верхнее и в штате Мичиган.

В России крупнейшим железорудным бассейном является КМА, залежи которой оцениваются в 200-210 млрд. тонн или 50% планетарных запасов. Месторождение охватывает Курскую, Белгородскую, Орловскую области.

Для производства легированной стали и чугуна используется марганец в качестве легирующей добавки для придания им прочности и твердости.

Мировые промышленные запасы марганцевых руд сосредоточены на Украине – 42,2%. Есть марганцевые руды в Казахстане, ЮАР, Габоне, Австралии, Китае, в России.

Большое количество марганца производится также в Бразилии и Индии.

Для того чтобы сталь не ржавела, была жаропрочной и кислотоупорной необходим хром, один из основных компонентов руд черных металлов.

Специалисты предполагают, что из мировых запасов этой руды 15,3 млрд. тонн хромитовая руда высокого сорта приходится на ЮАР – 79%. В небольших количествах хром есть в Казахстане, Индии, Турции, довольно крупное месторождение этой руды находится в Армении. Небольшое месторождение разрабатывается в России на Урале.

Замечание 2

Самым редким из черных металлов является ванадий. Он используется для производства марочного чугуна и марочной стали. Ванадий очень важен для аэрокосмической промышленности, потому что его добавка обеспечивает высокие характеристики титановых сплавов.

При получении серной кислоты ванадий используется в качестве катализатора. В чистом виде его нет, и встречается ванадий в составе титаномагнетитовых руд, иногда встречается в фосфоритах, урансодержащих песчаниках и алевролитах. Правда, его концентрация не более 2%.

Иногда даже значительные количества ванадия могут быть в бокситах, бурых углях, битуминозных сланцах и песках. При извлечении главных компонентов из минерального сырья, ванадий получают как побочный продукт.

По учтенным запасам этой руды лидерами являются ЮАР, Австралия и Россия, а основные его производители ЮАР, США, Россия, Финляндия.

Руды цветных металлов

Цветные металлы представлены двумя группами:

1. легкие, к ним относятся алюминий, магний, титан;
2. тяжелые – это медь, цинк, свинец, никель, кобальт.

Из всех цветных металлов алюминий является самым распространенным в земной коре.

Среди его физических свойств такие, как малая плотность, высокая теплопроводность, пластичность, электрическая проводимость, коррозионная стойкость. Этот металл хорошо поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению. Его легко можно сварить.

Исходное сырье для металлического алюминия – глинозем, который получают при переработке бокситов и нефелиновых руд.

Запасы бокситов есть в Гвинее, Бразилии, Австралии, а Россия занимает по ним 9-е место.

Российские запасы бокситов сосредоточены в Белгородской и в Свердловской области, а также в Республике Коми. Российские бокситы невысокого качества. Нефелиновые руды залегают на Кольском полуострове. По производству глинозема Россия занимает 6-е место в мире. Весь глинозем производится из отечественного сырья.

Титан, открыли в 1791 г. Его отличительные характеристики – это высокая прочность и коррозионная стойкость. Для промышленности основным типом титановых руд являются прибрежно-морские россыпи. Такие крупные россыпи известны в России, Австралии, Индии, Бразилии, Новой Зеландии, Малайзии, Шри-Ланке.

Россыпные месторождения титана являются комплексными и содержат цирконий.

К легким цветным металлам относится магний, который в промышленности применяется сравнительно недавно. В военные годы основная его часть шла для производства зажигательных снарядов, бомб, осветительных ракет.

Сырье для получения магния приурочено ко многим районам планеты. Магний содержится в доломите, карналлите, бишофите, каините и других породах, имеющих широкое распространение в природе.

На долю США приходится около 41% мирового производства металлического магния и 12% его соединений.

Кроме США крупными производителями металлического магния являются Турция и КНДР. Производителями соединений магния – Россия, Китай, КНДР, Австрия, Греция, Турция.

Среди тяжелых цветных металлов выделяется медь, которая представляет собой пластичный элемент золотисто-розового оттенка, на открытом воздухе покрывающийся кислородной пленкой.

Отличительной особенностью меди являются её высокие антибактериальные свойства. В сплавах с никелем, оловом, золотом, цинком она используется в промышленности.

После Чили и США, по запасам меди Россия стоит на третьем месте в мире.

Кроме самородной меди, сырьем для её получения является халькопирит и борнит. Распространяются месторождения меди в США – Скалистые горы, В Канадском щите и провинции Квебек, Онтарио в Канаде, в Чили и Перу, в медном поясе Замбии, ДРК, в России, Казахстане, Узбекистане, Армении.

Основными и крупными производителями этого металла являются Чили и США, а также Канада, Индонезия, Перу, Австралия, Польша, Замбия, Россия.

Цинк впервые получили из каламина, по существу это карбонат цинка ZnCO2. Сегодня получают цинк из сульфидных руд, наиболее важной из которых является цинковая обманка и марматит.

Добыча цинковых руд идет в Канаде, США, в России, Австралии, Мексике, в центральной Африке, Казахстане, Японии и других странах.

Крупные производители цинковой руды – Япония и США они же её крупные импортеры.

Известный с древности никель при добавке к стали повышает её вязкость, упругость, антикоррозионные свойства.

Впервые металлический кобальт был получен в 1735 г. Сегодня он используется для производства сверхтвердых сплавов.

Сырьем для свинца является его главный рудный минерал галенит. Свинцовые руды добываются во многих странах, а ведущие его производители Австралия, Китай, Перу, Канада.

Добыча свинца ведется в Казахстане, России, Мексике, Швеции, ЮАР, Марокко. Крупные месторождения свинца есть в Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане.

В России свинцовые месторождения сосредоточены на Алтае, в Забайкалье, Якутии, Приморье, Северном Кавказе.

Урок №10 Дата «_____»______

Тема урока: Полезные ископаемые. Руды черных металлов.

Цель урока : Формировать у детей целостный взгляд на мир, определять в нём место человека.

Задачи урока:

1. Дать учащимся не только теоретические знания о человеке, обществе и природе, но и развивать их творческое мышление, умение самостоятельно раскрывать смысл вещей и явлений, делать определённые выводы.

2. Ознакомить с разнообразием полезных ископаемых и некоторыми их свойствами, способами их добычи. Объяснить, что относится к рудам черных металлов и как их используют в быту. Сформировать понятия о рудах черных металлов, наиболее распространенных среди полезных ископаемых рудного происхождения.

3. Воспитывать любовь к знаниям.

Оборудование, наглядность, ТСО: Учебник «Познание мира», тетрадь, иллюстрации, коллекция полезных ископаемых, схемы, карта полезных ископаемых Казахстана, контурная карта полезных ископаемых Казахстана.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний.

Методы преподавания: Информационно-сообщающий, объяснительный, инструктивный, стимулирующий, побуждающий.

Методы учения: Исполнительский, репродуктивный, практический, частично-поисковый, поисковый.

Этапы и структура урока.

Базовые знания: Понятия о руде. Руды черных и цветных металлов. Руды черных металлов: магнитный железняк, красный и коричневый железняк. Группа черных металлов - железо и его сплавы: сталь и чугун. Основные месторождения железной руды в Казахстане.

Опорные знания: Общие понятия о полезных ископаемых, полученные учениками в 3-м классе.

I. Организационный момент.

Эмоциональный настрой. Сообщение темы и цели урока.

Как вы понимаете значение слов «польза», «копать»?

Польза - хорошие, положительные последствия, выгода.

Копать - 1) разрыхлять, отваливать, отделяя и приподнимая;

2) отваливая землю, делать углубления;

3) отваливая землю, доставать, извлекать.

Теперь примените свои знания для пояснения смысла темы нашего урока.

(открывается написанное на доске название «Полезные ископаемые»)

Для человека в мире существует множество полезных предметов. Например, дерево

Можем ли его назвать полезным ископаемым? Почему?

Что вы предлагаете отнести к полезным ископаемым?

Всегда ли их надо « выкапывать» из недр земли?

Назовите полезные ископаемые, которые лежат прямо у нас под ногами (глина, песок).

Сформулируйте понятие «полезные ископаемые».

II. Практическая работа.

А) Возьмите в руки изделия из чугуна, стали, алюминия, свинца, олова, серебра и т.д. К каждому из них поднесите магнит. Некоторые из них притягиваются магнитом, некоторые нет.

Притягивающиеся магнитом – это черные металлы, не притягивающиеся – цветные металлы.

Б) - Назовите известные вам полезные ископаемые.

Учитель показывает коллекцию полезных ископаемых и предлагает детям назвать, какие из них узнали.

Расскажите, как можно использовать знакомые вам полезные ископаемые в экономике страны.

Далее учащиеся выполняют практическую работу по учебнику. Изученные свойства полезных ископаемых заносятся учащимися в таблицу самостоятельно по мере их определения. Практическую работу лучше организовать в группах.

Свойства полезных ископаемых.

Рассмотрите внимательно таблицу. Какими свойствами могут обладать разные полезные ископаемые?

III. Знакомство с новым материалом.

А) Понятие о полезных ископаемых.

Вся поверхность Земли состоит из горных пород. Камушки на берегу реки, мел, которым мы пишем в классе, уголь – все это горные породы. Все горные породы, полезные для человека, так и называют полезные ископаемые. Почему ископаемые?

Потому что многие из них находятся под землей, закрыты от нашего взгляда, их надо извлечь («ископать», говорили в старину) из-под земли.

Полезные ископаемые - это природные богатства, которые люди добывают из глубин земли или с её поверхности и используют в хозяйстве.

Например:

1. В строительстве (песок, глина, гранит, известняк).
2. Как топливо (нефть, газ, каменный уголь, торф).
3. Для приготовления пищи (каменная соль).

Б) Добыча полезных ископаемых.

Рассмотрите карту Казахстана. Многочисленные значки различной конфигурации и цвета означают места добычи разных полезных ископаемых.

Места, где находятся полезные ископаемые в количествах, достаточных для разработки, называют месторождениями полезных ископаемых.

В) Знакомство с железной рудой.

Железная руда - это полезное ископае­мое, из которого получают железо.

К железным рудам относятся красный желез­няк, магнитный железняк, бурый железняк.

Красный железняк (гематит) содержит 70% железа. Он красного цвета, имеет полуметал­лический блеск, оставляет на керамической плитке вишнево-красную черту, твер­дый (оставляет царапину на стекле), тяжелее воды. Это основная руда для получения железа.

Магнитный железняк (магнетит) содержит до 73% железа. Он черного цвета, имеет металлический блеск, тверже стекла, оставляет на керамической плитке черту черного цвета, тяжелее воды. Эта руда имеет очень большое значение для народного хозяйства.

Бурый железняк (лимонит) содержит до 60 % железа. Цвет бурого железняка различный - бу­рый, желтый, черный; он мягче стекла, на кера­мической плитке оставляет черту бурого цвета, тяжелее воды. Эта руда наиболее распростране­на на поверхности Земли.

Из железной руды выплавляют чугун, сталь, железо. А из них в свою очередь изготавливают предметы быта: ножи, ножницы, детали машин, вагонов, тракторов, железнодорожные рельсы.

В некоторых местах железная руда залега­ет неглубоко, в таких месторождениях ее добывают открытым способом. Сначала пласт взрывают, а потом в образовавшемся карьере огромные экскаваторы черпают руду и грузят ее в машины или желез­нодорожные вагоны.

В других местах руда залегает глубоко, тогда для ее добычи роют глубокие шахты.

На физической карте месторождения желез­ной руды обозначают черным треугольником.

По запасам железной руды Казахстан занимает среди других стран мира одно из первых мест. Более 85 % всего запаса железной руды республики сосредоточено в Костанайской области.

Самое крупное Соколовско-Сарбайское месторождение было открыто с помощью самолета (что повлияло на магнитную стрелку прибора самолета?). Другие месторождения железной руды имеются в Сарыарке, на севере Арала.

Учитель рассказывает, как добывают железную руду в рудниках и в карьерах открытым способом.

В нашей стране добывают железную руду в основном открытым способом, так как этот способ добычи является выгодным.

Показывает наиболее крупные месторождения железных руд на карте.

Из железной руды получают чугун и сталь. Они не встречаются в природе в чистом виде. Металл находится в смеси с другими веществами. Сначала в доменных печах выплавляют из руды чугун. В настоящее время доменные печи полностью механизированы. Высота печей превышает 10-этажный дом, снаружи они покрыты стальным каркасом.

Небольшие вагонетки беспрерывно доставляют в домну руду и кокс. Из нижнего отверстия домны постоянно вдувают горячий воздух. В домне происходит восстанов­ление железа из окислов.

Температура внутри печи достигает 20 000 С. Металл, находящийся в составе руды, плавится и стекает вниз, накапливается на дне печи. Собравшийся металл понемногу вытекает из нижнего отверстия печи в огромный ковш, расположенный на движущейся по железным рельсам вагонетке. Далее подвижный ковш разливает чугун в формы.

Доменная печь Доменная печь

(схематическое изображение)

Остыв, затвердевший чугун, отправляют в плавильные печи. Здесь выплавляют из чугуна сталь.

В Казахстане самый крупный завод, где выплавляют сталь, находится в городе Темиртау. На этом заводе начинал свой трудовой путь в качестве сталевара первый Президент нашей Республики Нурсултан Назарбаев.

IV. Работа с учебником.

с. 38-40 Чтение текста, ответы на послетекстовые вопросы и выполнение заданий.

Что относится к черным металлам?

Назовите виды черных металлов.

Как из железной руды получают сталь и чугун?

Какие изделия изготавливают из чугуна и стали?

Назовите места, где добывают железную руду.

V. Итог урока.

VI. Задание на дом.

Б) Описать предметы из чугуна и стали, встречающиеся в повседневной жизни.

В) Обозначить на контурной карте месторождения железной руды.

VII. Рефлексия.

Урок:

Привлек меня тем...

Показался интересным...

Взволновал...

Заставил задуматься...

Навел меня на размышления...