Краткосрочный план урока Класс 4 Б Тема урока Общие цели Результат обучения Основные идеи Ресурсы № Этап урока 1 Оргмомент 2 Проверка домашнего задания Дата Предмет: познание мира Раздел: Полезные ископаемые Урок 2 Руды черных металлов 1. Способствовать формированию новых понятий: руда, рудные полезные ископаемые, представлений учащихся о черных металлах в ходе исследовательской работы, познакомить со свойствами металлов и их использованием; 2. Способствовать развитию наблюдательности, любознательности, умения сравнивать, делать выводы; 3.Воспитывать самостоятельность, творческий подход к делу, ответственность по отношению к окружающей среде, любовь к природе и к родному краю. Учащиеся научатся различать черные металлы, узнают о свойствах металлов и их значении в жизни человека. Полезные ископаемые - природные богатства страны Учебник, доска, карточки, презентация Модули, методы Деятельность учителя и приемы ИКТ 1.Психологический настрой. Разминка: те, кто имеет младшую сестру, встают во внутренний круг, а остальные – во внешний круг. Здороваются друг с другом руками, ногами, плечами. 2.Деление на группы: внешний круг – 1 –группа, внутренний круг – 2- группа Индивидуальная работа. Тест соответствия -Сначала ответим на вопросы теста, чтобы повторить д/з. 1.Сколько элементов из 110 известных выявлены в недрах Казахстана? 2.Какое место занимает Казахстан по Деятельность учеников время Приветствуют друг друга 3мин Встают в два круга, здороваются. Делятся на группы и садятся. Ознакомить с Правилами группы. Ознакомить с порядком работы на уроке: У каждого ученика лист сопровождения, куда он записывает все, что делает. В каждой группе есть капитан, который будет оценивать участников группы в течение урока, а в конце урока озвучит оценки. Дети работают индивидуально по карточкам: 5мин 4.Горные породы, из которых можно получить металлы, называются... 5.Отделение руды от пустой породы называется... 3 Актуализация Обучение тому, как обучаться знаний учащихся 4 Сообщение темы и целей урока Работа в группе. Методы и приемы: проблемная ситуация 5 Объяснение нового запасам вольфрама? 3.Места, где П.И. находятся в достаточном для разаработки количестве, называются... 6. Прямоугольником черного цвета на карте обозначается... 7.Равносторонним треугольником черного цвета обозначается... - На какие группы делятся металлы? - Какими свойствами обладают металлы? - Из чего выплавляют железо? -Что относится к железной руде? -Как добываются руды черных металлов? - Где сосредоточены запасы железной руды? На эти вопросы мы сегодня постараемся ответить. Разминка: - Вот перед вами образцы различных предметов в чашке, найдите среди них металлические предметы. (Спички, скрепки, пробка, бумага, кнопки,гвозди). - Покажите эти предметы. - Как вы определили? По каким признакам, свойствам? -Молодцы, как вы уже догадались, тема нашего урока. Руды черных металлов. Дети читают вопросы, слушают Практическая работа -Перед вами изделия из металлов. Вам надо разделить их на 2 группы. Как вы это сделаете? Цель: познакомить І. Работа в группах. -Изучив материал, проведите опыт, 2 мин Дети работают в группах, проводят опыты. 20мин (Магнитными свойствами обладает только сталь.Магнит поможет тебе найти в доме предметы, сделанные из металлов, обладающих магнитными свойствами, - железа, стали, никеля или кольбата). Запишем в лист все предметы, сделанные из металлов. Металлы, которые притягиваются магнитом, образуют группу черных металлов, другая группа- цветные металлы. К черным металлам относятся железо и его сплавы: чугун и сталь. К цветным металлам – алюминий, медь, свинец, цинк. Дети работают в группах, проводят опыты. материала. Совместное открытие знаний. учащихся в ходе исследовательской работы со свойствами металлов. следуя инструкциям концепт-карты. (учитель контролирует процесс) Опыт 1. Твердость. Проведем первый опыт. Возьмите гвоздь, попробуйте согнуть, сложить, надавить, провести линию ручкой. Методы и приемы: Сделайте вывод в группе.(отвечает 1 наблюдения, уч.) 2мин. исследовательская Вывод: Металл имеет твердость. работа, работа с -Все металлы твердые, кроме одного. учебником, Ртуть - единственный металл, который анализ, сравнение, в обычном состоянии – жидкий. сопоставление -Так как называется этот металл? Где его используют? (В термометрах, градусниках) Работа в группе.2 мин. Опыт 2. Пластичность. Металлы твердые, но пластичные. Возьмите медную проволоку и попробуйте ее согнуть. -Сделайте вывод: металлы пластичны. Их можно ковать. При нагревании они расплавляются и их можно разливать в формы, в итоге они приобретут нужную форму. -Ответьте, кто в силу своей профессии, каждый день проводит опыты по ковкости? (кузнец). -Какие предметы может изготовить кузнец? - Правильно, с помощью молота Опыт 3. Расширяется при нагревании Почему зимой провода натягиваются, а летом провисают? Сделайте вывод: При нагревании металл расширяется. (удлиняется), а при не нагревании сжимается, сужается. Опыт 4. Проводит тепло и электричество. Проблемный вопрос. -Ребята, а почему батареи делают из металла, а не из дерева или пластмассы? -Сожмите кусочек металлической пластины в одной руке, а в другой ручку или карандаш. - И сравните, какой предмет быстрее нагревается. Вывод: Проводит тепло. Кроме того, металлы хорошие проводники электрического тока, поэтому незаменимы в электротехнике. Обратите внимание на провода в технике.(слайд телеграфных столбов) Вывод: Проводят тепло и электричество. Общий Вывод: Пластичны и поддаются ковке. Расширяются при нагревании. Проводят тепло и электричество. (Магнитными свойствами обладает только сталь.Магнит поможет тебе найти в доме предметы, сделанные из металлов, обладающих магнитными свойствами, - железа, стали, никеля или кольбата) раскаленный добела кусок железа можно расплющить, изогнуть, растянуть – придать нужную форму. Благодаря этому свойству мастера изготовляют необыкновенно красивые изделия. Сделайте вывод. Металлы пластичны и поддаются ковке. Работа с учебником. Работа с картой. Исследование металлов. Демонстрация, работа с учебником Цель: познакомить с разнообразием металлов, показать образцы металлов. видеометод, эвристическая беседа Просмотр видео сюжета о производстве металлов. 6 Закрепление ІІ.Работа в мини- группах. У меня есть образцы металлов, а у вас в учебнике на с. 35 вверху тоже даны образцы руд, рассмотрите: Черная металлургия - производство чугуна и стали из железной руды. Цветные – медь, свинец, цинк. Редкие – олово – с ее помощью производят белую жесть, используемые в упаковке консервов, ртуть и другие. Драгоценные – золото, серебро, платина. Использовали для производства денег. При производстве украшений, серебро - в электротехнике, радиотехнике, фотографировании. Проблемная ситуация. - Где же используются металлы и сплавы? (В металлургии, машиностроении, производстве бытовой техники, посуды, для передачи электроэнергии и т.д.) Работа по таблице. 1234- Группа: стр 34 –руды ч.м. Группа: стр 34-35-способы добычи Группа: стр 36 –сплавы железа Группа: стр 36- месторождение Дети рассматривают металлы - Вывод: Производство металлов – огромная отрасль современного производства, но, к сожалению, производство металлов сопряжено с загрязнением окружающей среды Название Цвет Свойства 10мин 7 8 и применение знаний. Индивидуальная работа. -Заполните таблицу наблюдений. Объяснение домашнего задания. Домашнее задание: прочитать, выполнить задания на с. 34-36, составить глоссарий(словарь) по пройденной теме. Творческое домашнее задание: – Какие пословицы, поговорки, высказывания, в которых качества горных пород характеризовали бы качества человека. (лучшие работы оценить) - Наш урок стал уроком открытий, удивлений. Спасибо за активное участие. Вы хорошо работали. Итог урока. Рефлексия. Оценивание - А что было бы, если бы люди не открыли металлы? - Какую тему мы сегодня с вами руды Магнетит (магнитный железняк) Гематит (красный железняк) Лимонит (бурый железняк) Дополнительные сведения. 3мин В организме человека тоже есть металлы. Больше всего в организме человека железа, и большая его часть находится в крови в особых тельцах- эритроцитах. Они живут до 100 дней и заменяются новыми. За жизнь у человека вырабатывается 500 кг эритроцитов. Для этого ему нужно 0,5 кг железа. Железо поступает в организм человека с пищей. Больше всего железа в морской капусте, печени говяжей, фасоли, петрушке, овсянке и т.д. Металлы - основа многих видов производства деятельности человека. Все свойства металлов играют важнейшую роль в жизни человека, поэтому мы должны бережно и экономно использовать данные ресурсы. 1. Железо относится к группе черных металлов. (Да) 2. Черные металлы выплавляют из железной 2мин разбирали? Какое открытие для себя вы сделали? -Заполните таблицу: да- нет 3. 4. Лист самооценивания. 5. 6. 7. 8. 9. руды. (Да) Цветные металлы притягиваются магнитом. (Нет) Для добычи глубоко залегающих руд надо строить шахты. (Да) У металлов плохая теплопроводность. (Нет) Все металлы обладают блеском. (Да) Все металлы твердые тела. (Нет) Чугун и сталь – это сплавы железа. (Да) Соколовско –Сарбайское месторождение – самое мелкое. (Нет)
Человек использует так или иначе все минералы и породы Земли. Черные и цветные металлы , как полезные ископаемые входят в состав земной коры в виде руды .
По данным ученого А. Виноградова в залежах земной коры преобладают следующие элементы (содержание их дано в процентах): магний (2,2), калий (2,5), натрий (2,8), кальций (3,7), железо (5,5), алюминий (8,5), кремний (27), кислород (48). Эти элементы входят в состав силикатов и алюмосиликатов, слагающих земную кору.
Железо
Железо – распространенный элемент. Его количество в земной коре исчисляется несколькими процентами, однако добывается железо из богатых руд с содержанием не менее 25 процентов металла.
Железные руды
Типы месторождений железа самые разнообразные. Наибольшее значение имеют так называемые железистые кварциты – тонкополосчатые породы, в которых черные полосы – железные минералы магнетит – магнитный железняк и меньше гематит – красный железняк – переслаиваются лентами светлого кварца . Такие месторождения заключают много миллиардов тонн железных руд и известны главным образом в древнейших толщах возрастом два и более миллиарда лет! Они развиты в древних кристаллических щитах и платформах. Широко распространены они в Северной и Южной Америке , на западе Австралии , в Африке , в Индии . Запасы железных руд этого типа практически безграничны – более 30 триллионов тонн, поистине астрономическая цифра! Предполагается, что железистые кварциты образовались при действии железобактерий в древних бассейнах за счет железа, поступавшего в растворах с окрестных возвышенностей, а может быть, и в горячих глубинных растворах.
Отложение осадочных железных руд происходит в озерах, морях – современных «природных лабораториях». В последние годы открыты выделения железных конкреций (желваков) на дне океанов. Они заключают огромные запасы не только железа, но и сопутствующих ему марганца , никеля и других элементов.
К типам месторождений железа относятся и, так называемые, контактовые или скарновые месторождения , которые располагаются на границе гранитных пород и известняков и образованы за счет растворов, приносившихся из магматического тела. Залежи этого типа сложены богатыми рудами.
Кажется, немногочисленны железные минералы. Главные из них: магнетит, гематит , а также различные разновидности бурых железняков, сидерита (карбонат железа). Эти минералы дают большое разнообразие типов месторождений.
Марганец
С железом сходен по условиям образования и по техническому применению марганец .
Осадочные руды
Он обычно сопутствует железу в осадочных рудах и древних метаморфических месторождениях . Он, как и железо, основа черной металлургии , применяется для производства качественных сталей.
Хром
К черным металлам принадлежит и хром . Главный его минерал – хромит – образует черные сплошные массы и вкрапления кристаллов в ультраосновных породах .
Хромитовые месторождения
Хромитовые месторождения , как и заключающие их массивы ультраосновных пород, встречаются в зонах глубинных разломов. Рудоносная магма поступала из подкоровых глубин, из мантии. Месторождения хромитов известны в Юго-Западной Африке , на Филиппинах , на Кубе , на Урале .
Применяется хром в металлургическом производстве для придания стали особенной твердости , в хромировании поверхностей металлов и в производстве красок, он придает соединениям зеленую окраску.
К этой же технической группе принадлежит титан . Он добывается из основных магматических пород в виде ильменита и из россыпей, наземных и очень широко распространенных на морских пляжах и шельфах (Бразилия, Австралия, Индия ), где источником его служат титаномагнетит, ильменит и рутил.
Титан применяется при производстве особых сортов стали . Это термоустойчивый, легкий металл .
Важен также и ванадий – частый спутник титана в месторождениях и в россыпях, используемый для изготовления особо прочных сортов сталей , применяемых в производстве брони и снарядов, в автомобилестроении, в атомной энергетике. Здесь все большую роль приобретают новые комбинации элементов в сплавах. Например, сплав ванадия с титаном, ниобием, вольфрамом, цирконием, алюминием применяется в производстве ракет и в атомной технике. А композиционные новые материалы тоже готовят из минерального сырья.
Никель и кобальт
Никель и кобальт , тоже элементы семейства железа, встречаются чаще в основных и ультраосновных породах, особенно никель.
Никелевые руды
Он образует крупные месторождения в Юго-Западной Африке , на Кольском полуострове и в районе Норильска . Это – магматические месторождения. Сульфиды никеля кристаллизовались из магматического расплава, поступавшего из мантии или из горячих водных растворов. Особый тип представляют остаточные месторождения никеля, образующиеся в результате выветривания никеленосных основных пород, например базальтов , габброидов . При этом возникают окисленные минералы никеля в виде рыхлых зеленоватых масс. Эти же остаточные никелевые руды обогащены железом, что позволяет их использовать для изготовления железоникелевых сплавов. Такие месторождения встречаются на Урале , но особенно широко распространены они в тропической зоне – на островах Индонезии , на Филиппинах , где интенсивно происходит окисление пород на поверхности.
Цветные металлы
Важное значение для промышленности имеют цветные металлы . Многие из них геохимически относят к группе халькофильных, родственных меди (халькос – медь): медь, свинец, цинк, молибден, висмут . В природе эти металлы образуют соединения с серой , сульфиды .
Отлагались минералы цветных металлов большей частью из горячих водных растворов; главными из них являются для меди халькопирит – золотистый минерал, борнит – лиловатый минерал, постоянный спутник халькопирита, а также черный сажистый халькозин , который встречается в верхней части многих медных месторождений.
Медные руды
Месторождения меди весьма разнообразны. В последние годы очень большое значение приобрели бедные вкрапленные руды так называемого порфирового типа, которые залегают часто в вулканических жерлах. Они были образованы из горячих растворов, поступавших из глубоких магматических очагов. Запасы таких руд огромны, особенно в Южной и Северной Америке .
Большое значение имеют также пластовые залежи медных руд , образованные при вулканических извержениях на дне морей. Это так называемый колчеданный тип, в котором медный колчедан – халькопирит – встречается совместно с железным колчеданом – пиритом . Эти месторождения долгое время служили главным источником руд на Урале.
Наконец, велика роль так называемых медистых песчаников , содержащих минералы меди. К этому типу относятся месторождения в Читинской области , а за рубежом крупнейшие месторождения Катанги в Африке .
Свинец и цинк
Свои особенности имеют месторождения свинца и цинка , этих неразрывно связанных между собой металлов. Главным минералом свинца является свинцовый блеск, или галенит , минерал серебристо-белого цвета в кристаллах кубической формы.
Свинцовые руды
Из свинцовых концентратов извлекают серебро, висмут, сурьма . Последние образуют в свинцовом блеске лишь незначительную примесь, однако при огромном масштабе выплавки свинцовых руд они составляют очень важную добавку к добыче этих ценных элементов из их собственных минералов.
Главный минерал цинка – сфалерит (цинковая обманка). Обманкой его называют потому, что он имеет скорее алмазный блеск, а не металлический, как у руды. Цвет у него различный: от коричневого до черного и кремового. Эти два минерала, галенит и сфалерит, как было сказано, постоянно встречаются совместно.
Цинковые концентраты
Из цинковых концентратов добывают германий, индий, кадмий и галлий . Они образуют очень незначительную примесь в цинковых обманках, где в кристаллической решетке замещают атомы цинка, становясь на их место. И, несмотря на ничтожное содержание, именно извлечение этих малых примесей из цинковых обманок является главным источником их получения.
Они имеют большую ценность! Например, кадмий применяется при производстве ядерных реакторов, аккумуляторов, низкоплавких сплавов. Галлий благодаря его низкоплавкости (температура плавления всего 30 градусов Цельсия) используется как заменитель ртути в термометрах. Кадмий с оловом и висмутом дает сплав Вуда с температурой плавления 70 градусов. Индий, добавленный к серебру, придает последнему большой блеск, а в сплаве с медью защищает корпуса судов от коррозии в морской воде. Германий употребляется при производстве полупроводников.
Сульфидная руда
Часто вместе со свинцом и цинком в рудах встречаются серебро, висмут, мышьяк, медь , поэтому свинцово-цинковые месторождения называют полиметаллическими. Эти месторождения образуются из горячих водных растворов и особенно часто встречаются в виде залежей и жил среди известняков , которые замещены сульфидной рудой .
Олово и вольфрам
Олово и вольфрам относятся к более редким металлам и представляют особую группу (в практике их теперь относят к группе «цветных»). Применение цветных металлов очень широко: в машиностроении, других областях техники, в военном деле.
Представим на минуту, что истощились ресурсы такого металла, как олово, сразу бы встала вся жизнь: ведь сплавы олова идут на подшипники, необходимые в любом механизме, без сплавов олова нельзя было бы производить автомобили, электровозы, станки, упало бы производство консервов (олово – металл консервных банок). Казалось бы, такой малозаметный металл, как олово, является крайне необходимым звеном всей техники.
Минералы редких металлов
Эти металлы встречаются в виде кислородных соединений: олово – в окисле, касситерите , или оловянном камне, вольфрам – в солях вольфрамовой кислоты: вольфрамите и шеелите . Минералы этих элементов часто находят в кварцевых жилах среди гранитов или вблизи них. Блестящие черные или коричневые кристаллы вольфрамита резко выделяются на фоне белого кварца. Иногда они встречаются и в других типах месторождений: шеелит на контактах гранитов с известняками в скарнах, касситерит – в сульфидных жилах.
Кислородные соединения образуют многие так называемые редкие металлы : литий, рубидий, цезий, бериллий, необий, тантал – они часто встречаются в пегматитовых жилах. Особенно богаты ими древние докембрийские пегматиты (Африка, Бразилия, Канада ).
Важное значение приобретают в настоящее время легкие металлы – алюминий и его еще более легкие собратья – магний и бериллий . Эти металлы – конкуренты всесильного железа, призванные во многих областях его заменить. Эти металлы и их сплавы широко используются в технике, особенно в самолетостроении, ракетостроении, в производстве буровых труб – всюду, где нужен легкий металл.
Сырье для алюминия – бокситы
Алюминий, как известно, очень широко распространен в земной коре, и его в будущем можно будет получать из любых алюмосиликатных горных пород, богатых этим элементом. Пока же традиционным сырьем для алюминия являются бокситы . Они состоят из водных соединений глинозема, образующихся как осадочным путем при отложении в морских бассейнах, так и при выветривании алюмосиликатных горных пород.
В последнее время разработан метод получения алюминия из древних кристаллических сланцев , образованных при метаморфизме глинистых отложений, а также из щелочных магматических пород . Таким образом, проблема источников получения алюминия никогда не встанет перед человеком: этого металла с избытком хватит для всех последующих поколений. Дело только за технологией его извлечения и электроэнергией для создания мощных энергоемких производств.
Иное дело бериллий . Это относительно редкий металл. Он входит в состав берилла и других минералов, которые встречаются в высокотемпературных месторождениях, в пегматитах, а также в жилах, образующихся из горячих водных растворов. Этот ценный металл применяется в специальных сплавах для изготовления рентгеновских трубок.
Возрастает комплексное использование полезных ископаемых. Например, из угля извлекаются редкие элементы, главным образом крайне ценный германий .
Такой элемент, как селен , не часто встречается в самостоятельных минералах, но присутствует в пирите
Руды черных металлов
Чтобы получить металл, нужна руда. Неудивительно, что одно из самых древних занятий человека - горнорудное производство, т.е. поиск, разведка, добыча и переработка руд.
К чёрным металлам относят железо, марганец, хром, титан, ванадий. Руду недостаточно добыть, из неё ещё нужно извлечь полезный компонент, чтобы выплавить металл. В результате неизбежно происходит загрязнение окружающей среды. Если в Средние века добыча чёрных металлов была залогом экономического процветания для многих стран, то сегодня, оберегая и охраняя природу, многие государства уже отказываются от добычи руды открытым способом, как на Курской магнитной аномалии, предпочитая закрытый шахтовый метод добычи. Ведь ежегодно из земли извлекается почти миллиард тонн руды. Пустая порода, извлечённая из недр при добыче руды, - это большая экологическая проблема для районов, где идет активная добыча полезных ископаемых - прим.. Металлургические комбинаты тратят огромные средства на установку очистительных фильтров, не позволяющих всем вредным отходам производства попадать в окружающую среду. Однако без добычи руд чёрных металлов не было бы прогресса в развитии цивилизации.
Благородные металлы - золото, серебро, платина ценились всегда благодаря изысканному виду, мягкости и уникальным свойствам (золото, например, очень стойкое; серебро обладает дезинфицирующим свойством).
«Золотая лихорадка»
Едва прослышав о находках золота, тысячи людей теряли покой, заболевали «золотой лихорадкой» и устремлялись в глухие и дикие края в надежде разбогатеть. Одна из самых известных «лихорадок» связана с освоением золотых россыпных месторождений Аляски. Золото в природе может находиться в коренных месторождениях (жилах - прим.) либо в виде россыпей, когда драгоценный металл вместе с речным песком из разрушенной жилы перемещается водой и складируется по берегам рек и ручьёв. Реки впоследствии могут поменять своё русло, уйти от своего прежнего места, а россыпь останется.
Среди золотого песка могут попасться и самородки - достаточно крупные куски металла. В 1896 году Америку облетела весть о богатейших россыпных месторождениях, найденных старателями в долине ручья Клондайк. На поиски золота устремились многочисленные золотоискатели, многие из которых были совершенно не подготовлены к тяготам старательского быта. Об эпопее добычи клондайкских россыпей красочно рассказал Джек Лондон. Но россыпные месторождения быстро истощаются. Самые богатые россыпи были выработаны за несколько десятилетий.
Крупнейшее месторождение золота находится в Южной Африке в провинции Витватерсранд. Отсюда получают до 50% от всего объёма добычи этого металла в мире.
Цветные руды
К рудам цветных металлов относятся известные с древности медь, олово, свинец, ртуть, цинк. Они были востребованы на всем протяжении человеческой истории. Но в последние десятилетия, когда структура экономики стала более прогрессивной, без них просто не обойтись. Цветные металлы - это электротехническая, авиационная, космическая промышленность, производство полупроводников, катализаторов, автомобильных фильтров и др.
Радиоактивность - свойство металлов, о котором стало известно только в XX веке. Оно связано со способностью некоторых элементов - урана, тория, радия, циркония - излучать энергию особого типа - прим.. Это свойство используется в атомной энергетике. Однако выяснилось также, что отходы такого производства обладают смертоносными свойствами. Пока проблема ядерных отходов остаётся нерешённой.
Вторичное использование месторождений
Добыча руды с древности и до недавнего времени не обходилась без отходов - отвалов пустой породы. Современные методы дают возможность извлекать руду и из этих отвалов. Как правило, получают не очень большое количество, но в современном мире, когда недра Земли постепенно истощаются, вторичное использование месторождений приобретает всё большее значение.
Руды черных металлов в зависимости от основного минерала, образующего руду, подразделяются на следующие основные типы: гематито- вые, магнетитовые, гетитовые и сидеритовые.
Гематитовые руды или красные железняки представляют собой окись железа (Fe 2 О 3), отличаются сравнительной химической чистотой и малым содержанием вредных примесей (серы - 0,08-0,20 %, фосфора - 0,02- 0,08 %). Гематитовые руды и их разновидности имеют темный серо-стальной цвет с металлическим блеском, который иногда переходит в красно- бурый или синий (гематитово-мартитовая разновидность). По структуре руды этого типа могут быть плотными, малопористыми (с пористостью не более 5 %, а также рыхлыми (с пористостью до 30 %). Влажность гематитов изменяется в пределах 1,6-7,0 %, плотность - 2,4-2,8 т/м 3 . По гранулометрическому составу они могут быть от крупнокусковых до порошкообразных. Содержание железа в рудах составляет 50-66 %.
Основным потребителем гематитовых руд является черная металлургия. Однако известны различные другие способы и цели использования гематитовых руд. Например, для окраски подводных частей судов, железных конструкций и кровель зданий, в целях предохранения от коррозии, используется специальный краситель красно-бурого цвета - сурик, который является тонким помолом одной из разновидностей гематитовых руд, содержащей 75-90 % железа и имеющей большую плотность.
Магнетитовые руды или магнитные железняки, магнетиты, представляют собой соединения железа и кислорода в форме закиси и окиси (FeO Fe 2 О). Магнетитовые руды черного цвета с металлическим блеском имеют магнитные свойства, плотное, средне- и мелкозернистое строение, иногда крупнокристаллическое, легко разрушающееся. Встречаются также рыхлые руды с большой пористостью. Влажность этого вида руд составляет 2-12 %.
Бурые железняки (гетиты) представляют собой водную окись железа, отличаются легкоплавкостью, могут непосредственно использоваться в доменном процессе. В зависимости от содержания железа цвет бурых железняков меняется от светло-желтого до темно-бурого, а плотность - в пределах 0,6-2,0 т/м 3 . Бурые железняки в большинстве случаев очень пористые, аморфные соединения. Пористость колеблется от 16 до 44 %. Гранулометрический состав несортированных бурых железняков на 60 % состоит из фракций с размера ми отдельных кусков 10- 150 мм при влажности 8-16 %.
Бурые железняки содержат 30-40 % железа, особую металлургическую ценность имеют бурые железняки Керченского месторождения в связи с наличием в них повышенного содержания таких полезных примесей как фосфаты (0,8-1,1 %), марганец (2-3 %), ванадий (0,07 %).
Иногда бурым железнякам могут сопутствовать минералы серного колчедана, цинковой обманки, свинцового блеска, что является причиной появления в руде таких вредных примесей, как сера и фосфор.
Тонкий помол бурых железняков, имеющих в своем составе глинистые породы, известен под названием охры и является распространенным красителем желтого цвета.
Шпатовые железняки или сидериты , содержащие углекислое железо (FeCO 3), имеют цвет от серого до буро-серого, плотные по структуре, влажность 6 %, содержание железа в пределах от 26 % до 37 %; шпатовые железняки часто имеют спутниками сернистые соединения железа и цинка.
Все руды черных металлов перевозятся навалом на открытом подвижном составе и являются смерзающимися грузами. При перевозке в холодное время года необходимо предусматривать специальные профилактические средства, основные из которых указаны в «Правилах перевозок грузов». Рудное сырье должно грузиться в вагоны равномерно. Обработка поверхности груза в вагоне с целью уменьшения потерь от выдувания встречными потоками воздуха зависит от плотности и фракционного состава и может включать следующие операции: разравнивание, уплотнение катком, виброуплотнение, покрытие специальным составом, который при застывании образует защитную пленку. При перевозке рудных грузов, состоящих из мелких фракций, необходимо также предусматривать специальные меры против просыпания груза в щели пола и стенок вагона.
Руды должны храниться строго по сортам и маркам на открытых площадках, заранее спланированных и забетонированных. При хранении необходимо избегать засорения пылеобразующими грузами и посторонними предметами.
Руды серного колчедана представляют собой сернистые соединения железа, имеют желтоватый или зеленовато-серый цвет с металлическим блеском. Плотность руд этого типа составляет примерно 2,2-2,8 т/м 3 . Различают следующие основные сернистые соединения железа: серный колчедан FeS 2 (пирит), магнитный колчедан FeS (пирротин) и медный колчедан CuFeS 2 (халькопирит). В природе серный колчедан в химически чистом виде встречается редко, обычно он вырабатывается промышленностью при обогащении медных и полиметаллических руд. Полезной составной частью серного колчедана является двухсернистое железо, которое в чистом виде содержит 53,5 % серы и 46,5 % железа. Большое содержание серы делает серный колчедан непригодным для непосредственной выплавки чугуна. Это сырье применяется главным образом в химической промышленности для производства серной кислоты. Остающиеся после обжига продукты переработки в виде окиси железа - огарки используются для выплавки чугуна.
К перевозкам по железным дорогам в зависимости от предварительной обработки и обогащения предъявляются серный колчедан рядовой, сортированный, гранулированный и флотационный.
Колчедан серный рядовой представляет смесь фракций самых разных параметров, он вырабатывается в качестве попутного материала при добыче медного колчедана и при разработке месторождений серного колчедана. Размеры частиц серного колчедана изменяются в пределах от О до 400 мм. По крупности кусков этот колчедан делится на пять классов, а по содержанию железа - на 4 марки. Естественная влажность такого груза составляет 4-7 %, а плотность - около 2,5 т/м 3 .
Сортированный серный колчедан имеет такое же деление на классы и марки, но гранулометрический состав его более стабилен.
Гранулированный серный колчедан - это измельченный рядовой колчедан с содержанием серы 35-50 %, плотностью 2,0+2,5 т/м 3 , углом естественного откоса 45°. Гранулированный серный колчедан обладает значительной твердостью, а, следовательно, и абразивностью, оказывает сильное истирающее действие на металлы. Влажность гранулированного колчедана составляет 2-4 %, а его влагоемкость при хранении и перевозке сохраняется почти без изменений. Влажность окружающей среды не оказывает существенного влияния на влагоемкость серного колчедана. Под воздействием атмосферных осадков увлажняется только поверхностный слой, превращаясь в защитное покрытие, при этом серный колчедан окисляется и покрывается белой пленкой сульфидов.
Флотационный серный колчедан вырабатывается при обогащении медных и полиметаллических руд. По химическому составу флотационный колчедан аналогичен рядовому и отличается только размера ми фракций. Основная масса частиц (75-80 %) имеет размеры менее 0,1 мм. Влажность флотационного серного колчедана должна быть не более 4,5 %. При влажности менее 0,5 % (сухой колчедан) частицы груза имеют повышенную подвижность, пылят на воздухе и просачиваются через неплотности емкостей хранения или перевозки. Увеличение влажности до 2-3 % уменьшает подвижность частиц, появляется слеживаемость при длительном хранении.
Хранятся серные колчеданы на чистых бетонированных площадках, строго по классам и маркам. Штабели с колчеданом разных марок и классов должны быть разделены барьерами, не допускающими смешения. Гранулированный серный колчедан обладает способностью измельчаться при производстве погрузочно-разгрузочных работ, поэтому число перегрузочных операций должно быть минимальным, также минимальной должна быть высота, с которой сбрасывается колчедан. При хранении серные колчеданы представляют собой пожарную опасность, так как из- за большого содержания серы способны к самовозгоранию. Температура внутри штабеля не должна превышать 60 °С.
Перевозятся серные колчеданы навалом в вагонах-хопперах, универсальных полувагонах с заделкой щелей кузов а, что предотвращает потери груза через щели. При перевозках в холодное время года необходимо проводить профилактику против смерзаемости в соответствии с «Правилами перевозок грузов».
Железные руды, занимая по объему производства в материальном секторе России второе место после топливно-энергетических ресурсов и первое среди металлических , являются основой экономики страны. Доля железа и его сплавов в настоящее время составляет более 90 % общего количества металлов, используемых в технике.
Железорудная база России - крупнейшая в мире, однако по содержанию железа в добытой руде она уступает основным странам-производителям.
Во России железные руды играют значительную роль. В 2004 г. было экспортировано 17,0 млн т товарных железных руд и концентратов; импорт составил 4,0 млн т (в основном из на металлургические заводы и Западной Сибири).
Железорудный потенциал страны на начало ХХ в. оценивается в 206,2 млрд т и обеспечивает потребность российской экономики и экспортные поставки.
На государственном балансе России находятся 193 месторождения железных руд, из них 174 с запасами 101,0 млрд т, в том числе по категориям А+В+C1 - 56,8 млрд т со средним содержанием железа 35,87 % и по категории C2 - 44,2 млрд т с содержанием железа 46,5 %; остальные 19 - месторождения с забалансовыми запасами. Прогнозные ресурсы оцениваются в 105 млрд т, в том числе по категории P1 - 90 млрд т. Размещаются запасы и прогнозные ресурсы на территории страны неравномерно.
Особенностью железорудной базы России является концентрация ресурсов железных руд в уникальных и весьма крупных по масштабу месторождениях. Так, от общих запасов железных руд категорий A+B+C1+C2 запасы 19 уникальных (более 3 млрд т) и весьма крупных (1–3 млрд т) составляют 82,7 %, 22 крупных (от 300 тыс. т до 1 млрд т) - 10,4 %, 42 средних (50–300 млн т) - 5,8 %, 91 мелких (до 50 млн т) - 1,1 %. При этом среднее содержание железа в рудах соответственно составляет 39,45 %; 32,83%; 34,79% и 36,93 %. Повышенное содержание железа в рудах весьма крупных и уникальных месторождений связано со значительными запасами богатых (содержание железо - до 60,0 %) гематит-мартитовых руд в Белгородском рудном районе Курской магнитной аномалии.
В 2004 г. в стране было добыто 97,1 млн т товарной железной руды. На долю приходилось 54,5 % всей добычи железных руд страны, в то время как в 1991 г. - 39,6 %, что свидетельствует о перемещении центра добычи железных руд на Курскую магнитную аномалию.
Высоко обеспечены разведанными пролицензированными запасами крупнейшие действующие предприятия Курской магнитной аномалии - Михайловский, Лебединский, Стойленский, Коробковский горно-обогатительные комбинаты и строящийся Яковлевский рудник, в Республике - Костомукшский горно-обогатительный комбинат, на Урале - Качканарский.
При удовлетворительной общей обеспеченности черной металлургии России разведанными и освоенными запасами железных руд и при достаточном производстве товарных железных руд в стране из-за неравномерного распределения ресурсов железных руд по острый дефицит в местных товарных рудах испытывают металлургические заводы и Западной Сибири, где сосредоточено две трети их мощностей, а добывается третья часть железных руд. Этот дефицит покрывается и будет покрываться путем завоза руд из Европейской части России и импорта из Казахстана, по крайней мере до 2015 г.
