Eisenerz – die Grundlage der modernen Industrie

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Eisenerz – die Grundlage der modernen Industrie
Bild: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
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Stahl, aus dem viele Dinge um uns herum gemacht sind, ist heute kaum noch wegzudenken.

Die Basis dieses Metalls ist Eisen, das durch Verhüttung von Erz gewonnen wird. Eisenerz unterscheidet sich in Herkunft, Qualität und Gewinnungsmethode, die die Machbarkeit seiner Gewinnung bestimmt. Eisenerz zeichnet sich auch durch seine mineralische Zusammensetzung, den Prozentsatz an Metallen und Verunreinigungen sowie die Nützlichkeit der Zusatzstoffe selbst aus. Eisen als chemisches Element ist Bestandteil vieler Gesteine, doch nicht alle gelten als Rohstoffe für den Bergbau. Es hängt alles von der prozentualen Zusammensetzung der Substanz ab.

Eisenerz ist eine Mineralformation, deren Gewinnung aufgrund der Menge an nützlichem Metall wirtschaftlich machbar ist.

Der Abbau solcher Rohstoffe begann vor 3000 Jahren, da mit Eisen im Vergleich zu Kupfer und Bronze langlebigere Produkte von besserer Qualität hergestellt werden konnten. Und schon damals unterschieden die Handwerker, die Schmelzer hatten, die Erzarten.

Heute werden die folgenden Arten von Rohstoffen für die weitere Metallverhüttung abgebaut:

  • Titan-Magnetit;
  • Apatit-Magnetit;
  • Magnetit;
  • Magnetit-Hämatit;
  • Goethit-Hydrogoethit.

Eisenerz gilt als reichhaltig, wenn es mindestens 57 % Eisen enthält. Entwicklungen können jedoch mit 26 % als angemessen angesehen werden.

Iron ore
Iron ore. Bild: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

Eisen in der Zusammensetzung des Gesteins liegt häufiger in Form von Oxiden vor, die restlichen Zusätze sind Kieselsäure, Schwefel und Phosphor.

Herkunft des Eisenerzes

Magmatisch

Solche Erze entstanden durch die Einwirkung der hohen Temperatur von Magma oder alter vulkanischer Aktivität, dh durch das Umschmelzen und Mischen anderer Gesteine. Solche Mineralien sind harte kristalline Mineralien mit einem hohen Eisenanteil. Erzvorkommen magmatischen Ursprungs sind normalerweise mit alten Gebirgsbauzonen verbunden, in denen geschmolzenes Material nahe an die Oberfläche gelangte.

Der Prozess der Bildung von Eruptivgestein ist wie folgt: Die Schmelze verschiedener Mineralien (Magma) ist eine sehr flüssige Substanz, und wenn sich Risse an Bruchstellen bilden, füllt sie diese, kühlt ab und erhält a kristalline Struktur. So entstanden Schichten mit in der Erdkruste eingefrorenem Magma.

Metamorph

So werden sedimentäre Mineralarten umgewandelt. Der Prozess ist wie folgt: Wenn bestimmte Abschnitte der Erdkruste bewegt werden, fallen einige ihrer Schichten, die die notwendigen Elemente enthalten, unter das darüber liegende Gestein. In der Tiefe sind sie der hohen Temperatur und dem hohen Druck der oberen Schichten ausgesetzt. Während Millionen von Jahren einer solchen Exposition finden hier chemische Reaktionen statt, die die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials verändern, Kristallisation der Substanz. Dann, im Verlauf der nächsten Bewegung, sind die Felsen näher an der Oberfläche.

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Typischerweise ist Eisenerz dieses Ursprungs nicht zu tief und hat einen hohen Prozentsatz an nützlicher Metallzusammensetzung. Zum Beispiel als leuchtendes Beispiel – magnetisches Eisenerz (bis zu 73-75% Eisen).

Sedimentär

Die wichtigsten „Arbeiter“ des Prozesses der Erzbildung sind Wasser und Wind. Gesteinsschichten zerstören und ins Flachland verlagern, wo sie sich in Schichten ansammeln. Außerdem kann Wasser als Reagenz das Ausgangsmaterial modifizieren (Laugen). Als Ergebnis entsteht braunes Eisenerz – ein krümeliges und lockeres Erz mit einem Eisengehalt von 30 bis 40 % und einer Vielzahl verschiedener Verunreinigungen.

Rohstoffe werden aufgrund unterschiedlicher Entstehungsweisen oft schichtweise mit Tonen, Kalksteinen und Eruptivgesteinen vermischt. Manchmal können Ablagerungen unterschiedlicher Herkunft in einem Feld gemischt werden. Meistens überwiegt aber einer der aufgeführten Rassetypen.

Nachdem sie sich durch geologische Erkundung ein ungefähres Bild von den in einem bestimmten Gebiet ablaufenden Prozessen gemacht haben, bestimmen sie die möglichen Orte mit dem Vorkommen von Eisenerzen. Wie zum Beispiel die magnetische Anomalie von Kursk oder das Becken von Krivoy Rog, wo durch magmatische und metamorphe Einflüsse industriell wertvolle Eisenerzarten entstanden sind.

Eisenerzabbau im industriellen Maßstab

Die Menschheit hat vor sehr langer Zeit begonnen, Erz zu gewinnen, aber meistens handelte es sich um minderwertige Rohstoffe mit erheblichen Schwefelverunreinigungen (Sedimentgesteine, das sogenannte „Sumpf“ -Eisen). Der Umfang der Entwicklung und Verhüttung nahm ständig zu. Heute wurde eine ganze Klassifizierung verschiedener Lagerstätten von eisenhaltigen Erzen erstellt.

Hauptarten von Industrievorkommen

Alle Erzvorkommen werden je nach Herkunft des Gesteins in Typen eingeteilt, was wiederum eine Unterscheidung in Haupt- und Nebeneisenerzgebiete ermöglicht.

Iron ore
Iron ore. Bild: Samrat35 | Dreamstime

Dazu gehören folgende Einlagen:

  • Vorkommen verschiedener Arten von Eisenerz (eisenhaltige Quarzite, magnetisches Eisenerz), die durch eine metamorphe Methode entstanden sind, die es ermöglicht, sehr reiche Erze aus ihnen zu extrahieren. Typischerweise sind Ablagerungen mit den ältesten Gesteinsbildungsprozessen in der Erdkruste verbunden und liegen auf Formationen, die Schilde genannt werden.
Crystal Shield sind große, gebogene Linsenformationen. Es besteht aus Gestein, das im Stadium der Bildung der Erdkruste vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist.

Die bekanntesten Lagerstätten dieser Art sind: die magnetische Anomalie Kursk, das Krivoy-Rog-Becken, Lake Superior (USA/Kanada), die Provinz Hamersley in Australien und die Eisenerzregion Minas Gerais in Brasilien.

  • Ablagerungen von geschichteten Sedimentgesteinen. Diese Ablagerungen entstanden durch die Ablagerung von eisenreichen Verbindungen, die in der Zusammensetzung von durch Wind und Wasser zerstörten Mineralien vorhanden sind. Ein markantes Beispiel für Eisenerz in solchen Lagerstätten ist braunes Eisenerz.
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Die bekanntesten und größten Vorkommen sind das lothringische Becken in Frankreich und das Kerch auf der gleichnamigen Halbinsel (Russland).

  • Skarn-Vorkommen. Normalerweise ist das Erz magmatischen und metamorphen Ursprungs, dessen Schichten nach der Bildung zum Zeitpunkt der Gebirgsbildung verschoben wurden. Das heißt, Eisenerz, das sich in Schichten in einer Tiefe befindet, wurde in Falten zerknittert und während der Bewegung von Lithosphärenplatten an die Oberfläche bewegt. Solche Ablagerungen befinden sich häufiger in gefalteten Bereichen in Form von Schichten oder Säulen mit unregelmäßiger Form. Von Magma gebildet. Vertreter solcher Lagerstätten: Magnitogorsk (Ural, Russland), Sarbayskoye (Kasachstan), Iron Springs (USA) und andere.
  • Titanmagnetit-Erzlagerstätten. Ihr Ursprung ist magmatisch, sie werden am häufigsten an Aufschlüssen alter Grundgesteine ​​- Schilde – gefunden. Dazu gehören Becken und Ablagerungen in Norwegen, Kanada, Russland (Kachkanarskoye, Kusinskoye).
  • 2016 wurden in Russland etwa hundert Mineralvorkommen entdeckt

Kleinere Lagerstätten umfassen: Apatit-Magnetit-, Magno-Magnetit-, Siderit-, Ferromangan-Lagerstätten, die in Russland, Europa, Kuba und anderen entwickelt wurden.

Wie Eisenerz abgebaut wird

Eisenerzflöze liegen in unterschiedlichen Tiefen, was die Gewinnungsmethoden aus den Eingeweiden bestimmt.

Karriereweg

Die gebräuchlichste Abbaumethode wird verwendet, wenn Lagerstätten in einer Tiefe von etwa 200 bis 300 Metern gefunden werden. Die Erschließung erfolgt durch den Einsatz leistungsstarker Bagger und Steinbrechanlagen. Danach wird es für den Transport zu Verarbeitungsbetrieben verladen.

Iron ore
Iron ore. Bild: Alexandre Paes Leme | Dreamstime

Minenmethode

Die Grubenmethode wird für tiefere Schichten (600-900 Meter) verwendet. Zunächst wird das Minengelände durchbohrt, von wo aus Stollen entlang der Flöze entwickelt werden. Von dort wird der Schotter mit Hilfe von Förderbändern „auf den Berg“ befördert. Erz aus den Minen wird auch an Verarbeitungsbetriebe geschickt.

Hydroextraktion

Zunächst wird für die hydraulische Produktion im Bohrloch ein Bohrloch bis zur Felsformation gebohrt. Danach werden Rohre in das Ziel gebracht, Erz wird mit einem starken Wasserdruck mit weiterer Extraktion zerkleinert. Aber diese Methode hat heute eine sehr geringe Effizienz und wird ziemlich selten verwendet. Beispielsweise werden 3 % der Rohstoffe auf diese Weise und 70 % durch Minen gewonnen.

Nach dem Abbau muss das Eisenerzmaterial verarbeitet werden, um den Hauptrohstoff zum Schmelzen von Metall zu erhalten.

Eisenerzanreicherung

Da die Zusammensetzung der Erze neben dem notwendigen Eisen viele Verunreinigungen enthält, ist es zur Erzielung der maximal nutzbaren Ausbeute erforderlich, das Gestein zu reinigen, indem das Material (Konzentrat) zum Schmelzen vorbereitet wird. Der gesamte Prozess wird in Bergbau- und Verarbeitungsbetrieben durchgeführt. Für verschiedene Arten von Erzen werden eigene Methoden und Methoden zur Reinigung und Entfernung unnötiger Verunreinigungen angewendet.

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Beispielsweise sieht die technologische Kette der Anreicherung von magnetischem Eisenerz wie folgt aus:

  • Das Erz durchläuft zunächst die Brechstufe in Brechanlagen (z. B. Backenbrecher) und wird über ein Förderband der Trennstation zugeführt.
  • Mit elektromagnetischen Separatoren werden Teile des magnetischen Eisensteins von Abfallgestein getrennt.
  • Danach wird die Erzmasse zur nächsten Zerkleinerung transportiert.
  • Die zerkleinerten Mineralien werden zur nächsten Reinigungsstation, den sogenannten Vibrationssieben, befördert, hier wird das nützliche Erz gesiebt, getrennt von dem leichten unnötigen Gestein.
  • Die nächste Stufe ist der Feinerzbunker, in dem kleine Verunreinigungen durch Vibrationen abgeschieden werden.
  • Die nachfolgenden Zyklen umfassen die nächste Zugabe von Wasser, das Zerkleinern und Leiten der Erzmasse durch Schlammpumpen, das Entfernen von unnötigem Schlamm (Abfallgestein) zusammen mit der Flüssigkeit und das erneute Zerkleinern.
  • Nach wiederholter Reinigung mit Pumpen gelangt das Erz in das sogenannte Sieb, das die Mineralien erneut durch die Gravitationsmethode reinigt.
  • Wiederholt gereinigte Mischung geht zu einem Dehydrator, der Wasser entfernt.
  • Abgelassenes Erz geht wieder zu den Magnetabscheidern und erst dann zur Gas-Flüssigkeits-Station.
Braunes Eisenerz wird nach etwas anderen Prinzipien gereinigt, aber das Wesen davon ändert sich nicht, denn die Hauptaufgabe der Anreicherung besteht darin, die reinsten Rohstoffe für die Produktion zu erhalten.

Die Anreicherung führt zu Eisenerzkonzentrat, das zum Schmelzen verwendet wird.

Verwendung von Eisenerz

Es ist klar, dass Eisenerz verwendet wird, um Metall zu gewinnen. Aber vor zweitausend Jahren erkannten Metallurgen, dass Eisen in seiner reinen Form ein eher weiches Material ist, dessen Produkte etwas besser sind als Bronze. Das Ergebnis war die Entdeckung einer Legierung aus Eisen und Kohlenstoffstahl.

Iron ore
Iron ore. Bild: Alexandre Paes Leme | Dreamstime
Bei Stahl spielt Kohlenstoff die Rolle eines Zements, der das Material festigt. Typischerweise enthält eine solche Legierung 0,1 bis 2,14 % Kohlenstoff, und mehr als 0,6 % sind bereits kohlenstoffreicher Stahl.

Heute wird eine riesige Liste von Produkten, Geräten und Maschinen aus diesem Metall hergestellt. Die Erfindung des Stahls war jedoch mit der Entwicklung der Waffenindustrie verbunden, in der die Handwerker versuchten, ein Material mit starken Eigenschaften, aber gleichzeitig mit ausgezeichneter Flexibilität, Formbarkeit und anderen technischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erhalten. Heute hat hochwertiges Metall andere Zusätze, die es legieren und ihm Härte und Verschleißfestigkeit verleihen.

Das zweite Material, das aus Eisenerz hergestellt wird, ist Gusseisen. Es ist auch eine Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff, die mehr als 2,14 % enthält.

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Gusseisen galt lange Zeit als nutzloses Material, das entweder durch Verletzung der Technologie des Stahlschmelzens oder als Nebenprodukt, das sich am Boden von Schmelzöfen absetzt, gewonnen wurde. Im Grunde wurde es weggeworfen, es kann nicht geschmiedet werden (spröde und praktisch nicht duktil).

Vor dem Aufkommen der Artillerie versuchten sie auf verschiedene Weise, Gusseisen an der Farm zu befestigen. Zum Beispiel wurden im Bauwesen Fundamentblöcke daraus hergestellt, Särge wurden in Indien hergestellt und in China wurden ursprünglich Münzen geprägt. Das Aufkommen von Kanonen machte es möglich, Gusseisen zum Gießen von Kanonenkugeln zu verwenden.

Gusseisen wird heute in vielen Branchen, insbesondere im Maschinenbau, eingesetzt. Dieses Metall wird auch zur Stahlerzeugung verwendet (Herdofen und Bessmer-Verfahren).

Mit zunehmender Produktion werden immer mehr Materialien benötigt, was zur intensiven Erschließung der Lagerstätten beiträgt. Die entwickelten Länder halten es jedoch für sinnvoller, relativ kostengünstige Rohstoffe zu importieren und so das Volumen ihrer eigenen Produktion zu verringern. Dies ermöglicht den Hauptexportländern, die Produktion von Eisenerz mit seiner weiteren Anreicherung und dem Verkauf als Konzentrat zu steigern.