Железорудная добывающая промышленность России

 
Железорудная  добывающая промышленность России традиционно  является одной из ведущих сырьевых отраслей экономики страны. Опираясь на значительные природные запасы, она в полной мере удовлетворяет  потребности, как отечественных  металлургических производств, так и зарубежных компаний, с которыми существуют долгосрочные контракты.  
 
По данным Росстата, объем производства железной руды в январе-марте 2006 г. в России увеличился до 24,98 млн т (на +3,4% к уровню января-марта 2005 г), объем производства агломерата сократился до 1,21 млн т (на –17,6%), объем производства железорудного концентрата увеличился до 23,97 млн т (на +2,5%), объем производства окатышей - до 9,51 млн т (на +3,9%). 
 
Оценка динамики объемов производства железной руды в России показывает:

1. 1. За шесть последних лет (с 2000 по 2005 гг.) общий прирост объема добычи железной руды всего составил около 12%, что свидетельствует об умеренных темпах роста отрасли.
2. Колебания темпов прироста и спада отраслевого производства имеют циклический характер с периодом 4 года. Следует полагать, что в 2006 г. продолжится спад в объеме добычи.

Изложенное дает основания предположить, что отраслевой рынок России в настоящее время  имеет равновесное состояние, как  по имеющимся производственным мощностям  добычи, так и по уровню потребительского спроса.  
 
На мировом рынке железорудные продукты производятся в 50 странах. В семи самых крупных по объемам национальной добычи ежегодно выпускается до 80% от всего мирового производства, доли других стран не превышает 5%. Россия на мировом рынке традиционно занимает 4 - 5-е место, уступая лишь: Китаю, Бразилии и Австралии, периодически соперничая с Индией. Доля российского производства составляет не менее 9% от общего объема мирового производства. 
 

Урал - "кладовая" полезных ископаемых. Месторождения железных, медных и других руд приурочены к магматическим породам восточного склона гор. Здесь же находятся месторождения асбеста, мрамора, талька, самоцветов. Имеются запасы железной руды, которые еще содержат хром, титан, ванадий. Более ста лет дают железную руду горы Благодать и Высокая. Их запасы сильно истощены. 2/3 железорудных запасов содержит Качканарское месторождение. 
          На Урале добывают медь, никель, магний, бокситы. Особенно ценными являются комплексные руды, которые еще содержат хром, титан, ванадий. Медные руды содержат цинк, золото, серебро. 
            Восточная Сибирь обладает огромными запасами различных полезных ископаемых (уголь, медно-никелевые и полиметаллические руды, золото, слюда, графит). Условия разработки их чрезвычайно трудны из-за сурового климата и многолетней мерзлоты, мощность которой превышает местами 1000 м, и которая распространена практически на территории всего района.

Получение металлов.

Большинство металлов встречаются в природе  в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

Но прежде чем восстановить природное соединение металла, необходимо перевести его в форму, доступную для переработки, например, оксидную форму с последующим восстановлением металла. На этом основан пирометаллургический способ. Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических ? кокс, оксид углерода (II), водород; металлических ? алюминий, магний, кальций и другие металлы. .

Демонстрационный  опыт 1. Получение меди из оксида с  помощью водорода.

Cu ⁺²O + H₂ = Cu⁰ + H₂O (водородотермия)

Демонстрационный  опыт 2. Получение железа из оксида с  помощью алюминия.

Fe⁺³₂O₃ +2Al = 2Fe⁰ + Al₂O₃ (алюмотермия)

Для получения  железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:3Fe₂ O₃ + H₂ = 2Fe₃ O₄ + H₂O или 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4H₂O

Fe₃O₄ + 4CO = 3Fe + 4CO₂

Просмотр  медиалекции . (CD)

Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O, затем проводят реакцию замещения

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Демонстрационный  опыт 3. Взаимодействие железа с раствором медного купороса.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий и другие металлы.

Электрометаллургический способ.

Это способы  получения металлов с помощью  электрического тока (электролиза). Просмотр фрагмента медиалекции. (CD)

Этим  методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При  этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl —> Na⁺ + Cl^?

катод Na⁺ + e > Na⁰ ¦ 2

анод 2Cl^? ?2e > Cl₂⁰ ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl = 2Na + Cl₂

Современный рентабельный способ получения алюминия был изобретен американцем Холлом и французом Эру в 1886 году. Он заключается  в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный  криолит растворяет Al₂O_3, как вода растворяет сахар. Электролиз “раствора” оксида алюминия в расплавленном криолите происходит так, как если бы криолит был только растворителем, а оксид алюминия ? электролитом.

Al₂O₃ —> AlAlO₃ —> Al³⁺ + AlO₃^3–

катод Al³⁺ +3e —> Al ⁰ ¦ 4

анод 4AlO₃^3– – 12 e —> 2Al₂O₃ +3O₂ ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al₂O₃= 4Al + 3O_{2 .}

В английской “Энциклопедии для мальчиков  и девочек” статья об алюминии начинается следующими словами: “23 февраля 1886 года в истории цивилизации начался  новый металлический век - век  алюминия. В этот день Чарльз Холл, 22-летний химик, явился в лабораторию своего первого учителя с дюжиной маленьких шариков серебристо-белого алюминия в руке и с новостью, что он нашел способ изготовлять этот металл дешево и в больших количествах”. Так Холл сделался основоположником американской алюминиевой промышленности и англосаксонским национальным героем, как человек, сделавшим из науки великолепный бизнес.

Термическое разложение соединений.

Железо  взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-200⁰, образуя пентакарбонил: Fe + 5CO = Fe (CO)₅

Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко  отделить от примесей перегонкой. При  температуре около 250⁰ карбонил разлагается, образуя порошок железа: Fe (CO)₅ = Fe + 5CO.

Если  полученный порошок подвергнуть  спеканию в вакууме или в атмосфере  водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа. Еще более глубокой степени очистки железа (до 99,9999%) можно достичь методом зонной плавки.

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами  выделения из них металла, как  простого вещества.