Металлические ископаемые. Черные металлы и их сплавы

Железо — наиболее распространенный металл в земной коре, но его начали применять позднее некоторых других металлов, например золота, меди, олова, свинца, цинка. Это, по-ви­димому, объясняется тем, что руды железа мало похожи на металл. Первобытному человеку было трудно догадаться, что из них можно получить металл, пригодный для изготовления нужных ему вещей.

Прошло очень много времени, пока чело­век научился извлекать железо из руд и делать из него чугун и сталь.

В настоящее время железные руды отно­сятся к тем полезным ископаемым, без которых не может обходиться ни одна сколько-нибудь развитая в промышленном отношении страна. Железные руды служат сырьем для черной ме­таллургии. Мировая добыча этих руд примерно 350 млн. Т в год.

Из железных руд выплавляются чугун (с содержанием 2,5—4% углерода), сталь (1,5— 0,2% углерода) и железо (0,2—0,4% углерода), а также сталистые чугуны (2,5—1,5% углерода).

Наиболее широко применяется в промыш­ленности сталь, значительно меньше — чугун и железо.

Чугун выплавляется из железных руд в домнах, работающих на коксе или каменном угле; сталь и железо переплавляются из чугуна в бессемеровских конверторах, в отражатель­ных мартеновских печах или по способу Томаса.

Значение черных металлов и их сплавов в жизни человеческого общества исключительно велико. Сотни миллионов тонн чугуна и стали используются для строительства железных дорог, мостов, железобетонных зданий, для производ­ства различных машин, электровозов, вагонов, автомобилей, тракторов, кораблей. Из железа изготовляются всевозможные предметы широ­кого потребления. Нет такой отрасли промыш­ленности и сельского хозяйства, где не применя­лись бы железо и его сплавы.

В природе встречаются сотни минералов, в состав которых входит железо, но лишь не­многие из них являются железной рудой. Это магнетит, гематит, бурый железняк и некоторые другие, которые образуют крупные месторожде­ния, занимающие площади в десятки и сотни квадратных километров.

Магнитный железняк, или магнетит, в химическом отношении представ­ляет соединение окиси железа с закисью железа. В природе он встречается и в форме хорошо образованных кристаллов, и особенно часто в виде сплошных или зернистых масс. Цвет магнетита железо-черный. Замечательное свой­ство этого минерала — магнитность.

По содержанию металлического железа маг­нетит наиболее богатая железная руда (до 72% железа).

Крупные месторождения магнетитовых руд в нашей стране известны на Урале (горы Маг­нитная, Высокая, Благодать), на Кольском п-ове, в ряде районов Сибири (Горная Шория, в бассейне р. Ангары и др.).

За последние годы в Казахстане были от­крыты и разведаны крупные месторождения богатых магнетитовых руд в Кустанайской области: Соколовско-Сарбайское, Качканарское и многие другие.

Гематит, или красный желез­няк, имеет большее значение для черной металлургии, чем магнетит. В химическом отношении гематит — окись железа. В природе он образует ряд разновидностей (кристалличе­ские, чешуйчатые и плотные скрытокристаллические массы). Окраска гематита от вишнево-красной до железо-черной с сильным металли­ческим блеском.

Гематитовые руды образуют огромные за­лежи особенно среди древнейших гнейсов и метаморфических сланцев.

Из общей добычи железной руды в СССР около 70% приходится на гематитовые руды. Крупнейшее месторождение этих руд в нашей стране — Криворожское, огромные запасы ге­матита таятся и в районе Курской магнитной аномалии. Здесь уже начата промышленная разработка железных руд. В Центральном Казахстане разведано и подготовлено к эксплуа­тации крупное Караджальское месторождение богатых гематитовых руд, на базе которого построен Карагандинский металлургический завод.

Важный источник получения железа — это так называемые бурые железняки, или лимониты, получившие такое название по характерной бурой окраске. В химиче­ском отношении они представляют собой соеди­нение окиси железа с водой.

Бурые железняки образуют сплошные плот­ные, ноздреватые и землистые массы, различные натечные формы в виде почек и гроздьев, а также массы горохообразного сложения. Эти руды образуются из соединений железа, кото­рые извлекают поверхностные воды из разруша­ющихся горных пород. Бурые железняки счи­таются промышленной рудой, если они содержат не менее 30% железа. К числу наиболее крупных месторождений бурых железняков в СССР отно­сятся: Керченское в Крыму, Бакальское и Орско-Халиловское на Урале.

Ценной особенностью бурых железняков не­которых месторождений СССР является при­сутствие в них примесей ванадия, марганца, хрома, никеля, кобальта и других металлов.

Современная техника нуждается не только в обычном чугуне, железе и стали, но и в метал­ле, который обладает повышенной вязкостью, хорошей ковкостью, большой упругостью и другими ценными свойствами. Оказывается, что все эти свойства приобретает сталь, если в со­став ее в качестве примеси ввести марганец, хром, титан, ванадий и некоторые другие ме­таллы.

К группе черных металлов наряду с железом относят марганец и хром, так как они большей частью используются в черной металлургии.

Марганцевые руды представляют собой со­единения марганца с кислородом. В природе они встречаются в виде черных землистых масс. Важнейшие минералы марганца — пиролю­зит, браунит, псиломелан, манганит.

Содержание марганца в промышленных ру­дах колеблется в пределах 15—40%.

Кроме черной металлургии, марганцевые руды применяются в химической промышлен­ности, для изготовления сухих батарей, в ке­рамическом и стекольном производствах.

Наиболее крупные месторождения марган­цевых руд у нас в Чиатуре (Грузия), Нико­поле (УССР), на Урале и в Казахстане.

Единственная руда металла хрома — хро­мистый железняк, или хромит,— по внешнему виду похожа на магнетит, но, в от­личие от него, не обладает магнитными свойст­вами. Хром применяется в металлургической и химической промышленности. Хромит идет на изготовление огнеупорных материалов. В Советском Союзе много высококачествен­ных хромовых руд на Северном и Южном Урале.

В черной металлургии используются также титаномагнетитовые руды, ко­торые придают особую прочность стали.