ФКП ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ № 142
РЕФЕРАТ
на тему «Стали, чугуны и цветные металлы. Классификация и маркировка»
Выполнил:
преподаватель
ФКП ОУ №142 Ф.М. Имангулов
г.Салават,
2023г.
Содержание.
Введение………………………………………………………….…….3
1. Классификация и маркировка сталей. ………………….………..3
2. Классификация и маркировка чугунов……………………………7
3. Классификация и маркировка цветных металлов………………..9
4. Железные руды……………………………………………………..12
5. Марганцевые руды………………………………………….……..15
6. Карбонатные руды………………………………………………….16
7. Поиск и разведка рудных месторождений……………….……….17
8.Список использованной литературы. ……………………………..20
Введение.
Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы – черные и цветные.
К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных. Из металлов особое значение имеют железо и его сплавы, являющиеся до настоящего времени основным машиностроительным материалом.
В общемировом производстве металлов свыше 90% приходится на железо и его сплавы. Это связано с тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто. Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют и цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико – химических свойств , которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь, алюминий, магний, никель, титан, вольфрам и другие цветные металлы.
Классификация и маркировка сталей.
Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы). Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим следующие: 1. Химический состав. В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:
A) малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
Б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%
B) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%
Легированные стали подразделяют на:
а) низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%
б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.
2. Назначение.
По назначению стали бывают:
1) конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
2) Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
3) С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.
4) С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.
3. Качество.
В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:
1. Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
2. Качественные — до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
3. Высококачественные — до 0.025% серы и фосфора.
4. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
4. Степень раскисления.
По степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:
1) спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются); 2) кипящие стали — слабо раскисленные; маркируются буквами «кп»; 3) полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «пс».
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:
1) сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора); 2) сталь группы Б — по химическому составу;
3) сталь группы В — с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
Стали обыкновенного качества обозначают буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа «А» в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают. Например: Ст1кп2 — углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А). ВСт5Г — углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В); Вст0 — углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).
Качественные стали маркируют следующим образом:
1) в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации; а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода; 05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С; 60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С; У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены); У12 — углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;
2) легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами: А – азот К – кобальт Т – титан Б – ниобий М – молибден Ф- ванадий В – вольфрам Н – никель Х – хром Г – марганец П – фосфор Ц – цирконий Д – медь Р – бор Ю – алюминий Е – селен С – кремний Ч – редкоземельные металлы Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).
14Г2 – низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца. 03Х16Н15М3Б — высоко легированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb. Высококачественные и особовысококачественные стали. Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной — через тире букву «Ш». Например: У8А — углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода; 30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого. Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе. Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами «ШХ», после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента: ШХ6 — шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома; ШХ15ГС — шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния. Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама: Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама; Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта. Автоматные стали обозначают буквой «А» и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента: А12 — автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора); А40Г — автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием
2.Классификация и маркировка чугунов
Чугун отличается от стали по составу – более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам – лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке ). Чугун дешевле стали. Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2 до 6,67 %.однако применяемые чугуны содержат углерода не более 4,3 %, редко _ до 5 %. Изделия из чугуна получают главным образом путем литья (чугунные отливки), хотя имеются данные о том, что чугуны можно при определенных условиях подвергать горячей обработке давлением, после которой механические свойства чугунов повышаются, приближаясь к свойствам высококачественной углеродистой конструкционной стали. Высокие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием и небольшая стоимость обеспечивают широкое применение серых, высокопрочных и ковких чугунов. Структура белых чугунов образуется у железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 2 %, при их относительно быстром охлаждении. Важнейшей структурной составляющей белых чугунов, определяющей их свойства, является ледебурит. При комнатной температуре ледебурит представляет эвтектическую смесь перлита и цементита. Наибольшее влияние на свойства белых чугунов оказывает цементит. Чем больше цементита в структуре белого чугуна, тем выше его твердость и хрупкость. Применение белых чугунов для деталей машин ограничено из-за их невысоких литейных свойств и плохой обрабатываемости резанием. Поэтому белые чугуны используют в основном как предельные (для производства стали), а также для производства ковких чугунов.
Серые чугуны. Их получают при медленном охлаждении железоулеродистых сплавов, содержащих углерода более 2 %. Основной структурной составляющей серых чугунов, определяющей их свойства, является графит. Процесс кристаллизации графита называют графитизацией. Графит может выделяться как непосредственно из жидкого раствора, так и из аустенита и цементита. На процесс графитизации, кроме скорости охлаждения, температуры нагрева и других технологических факторов, оказывает влияние содержание различных элементов. Одни элементы, как кремний, углерод, алюминий, титан, способствуют графитизации, другие, например, марганец, сера, хром, затрудняют ее и способствуют отбеливанию, т.е. производству белого чугуна. Основными элементами, влияющими на графитизацию, помимо углерода, являются кремний и марганец. Кремний способствует графитизации и улучшает литейные свойства; его содержание в серых чугунах составляет от 0,5 до 4,5 %. Марганец, наоборот, способствует отбеливанию и ухудшает литейные свойства; поэтому его содержание в серых чугунах допускается от 0,5 до 1%.Сера является вредной примесью в чугуне: она затрудняет графитизацию и ухудшает литейные свойства; в серых чугунах ее содержание ограничивают 0,07 %.Фосфор в небольших количествах улучшает литейные свойства чугуна: содержание его составляет от 0,5 до 1%.В небольших количествах присутствуют также газы. Структура серых чугунов состоит их стальной основы и выделений графита. По структуре стальной основы серые чугуны розделяют на четыре группы:
1) ферритные; структура феррит и графит;
2) ферритно-перлитные; структура феррит, перлит и графит;
3)перлитные; структура перлит и графит;
4)перлитно-цементитные; структура перлит, цементит и графит. Наибольшее влияние на механические свойства серых чугунов оказывают выделения графита. Имея малую прочность, графит ослабляет стальную основу; его влияние на чугун подобно действию надрезов. Поэтому чем больше графита в структуре, тем ниже прочность серого чугуна. Однако механические свойства серого чугуна зависят и не только от количества, но и от формы, величины и расположения графитных выделений. В серых чугунах выделения графита имеют форму пластинок. Чем крупнее пластинки графита, тем ниже механические свойства серого чугуна. По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами. Серый чугун малой прочности имеет в основе микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом. Такой чугун обладает прочностью на растяжение 300Мпа и соответствует маркам до СЧ-30.В марке буквы сокращенно обозначают наименование чугуна, а следующая за ними двухзначная цифра – предел прочности на растяжение. Серый чугун повышенной прочности имеет перлитную основу и более мелкое, завихренное строение графита. Он соответствует маркам от СЧ 35 до СЧ 40. Прочность этих чугунов обеспечивается легированием модифицированием чугуна. Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру небольших количеств никеля и хрома, молибдена, а иногда титана или меди.
Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. В структуре отливок из модифицированного серого чугуна не содержится ледебуритного цементита. Вследствие малого количества вводимого в чугун модификатора его химический состав практически остается неизменным. Серые чугуны имеют низкий предел прочности на растяжение и высокие предел прочности на сжатие и твердость; поэтому их в основном используют для изготовления деталей, работающих на сжатие и подвергающихся износу (станины и суппорты станков, стойки и р.) Пластические свойства серого чугуна низкие. По литейным качествам серые чугуны превосходят стали. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием. Ковкий чугун. Ковкий чугун — условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки их ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно — цементитной структурой. При отжиге цементит белого чугуна распадается с образованием графита хлопьевидной формы. В зависисимости от структуры металлической основы различают ковкий ферритный чугун и ковкий перлитный чугун. В зависимости от предела прочности ковкий чугун (ГОСТ 1215 –79) разделяют на следующие марки: КЧ 30 –6 (163), КЧ 33 – 8 (163),КЧ 35-10 (163),КЧ 37 – 12 (163)-ферритные черносердечные и КЧ 45 – 6 (241), КЧ 50 – 4 (241), КЧ 56 – 4 (269),КЧ 60 – 3(269), КЧ 63 –2 (269) — перлитные светлосердечные. Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высокой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами исходного белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.
3. Классификация и маркировка цветных сплавов.
1. Медь и её сплавы.
Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78): Марка МВЧк MOO МО Ml М2 МЗ Содержание Cu+Ag, не менее % 99,993 99,99 99,95 99,9 99,7 99,5 После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к — катодная, б – бес кислородная, р — раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается. МООк — технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра. МЗ — технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5%меди и серебра. Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни.
Бронзы- это сплавы меди с оловом (4 — 33% Sn, хотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором (ГОСТ 493-79 , ГОСТ 613-79, ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78). Латуни — сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы предназначены для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием — сплавами, обрабатываемыми давлением. Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие кол-во элемента в процентах. Приняты следующие обозначения компонентов сплавов: А – алюминий Мц — марганец С — свинец Б — бериллий Мг – магний Ср – серебро Ж — железо Мш — мышьяк Су – сурьма К – кремний Н – никель Т – титан Кд – кадмий О – олово Ф – фосфор Х – хром Ц — цинк
Примеры: БрА9Мц2Л — бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu («Л»‘ указывает, что сплав литейный); ЛЦ40Мц3Ж — латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu; Бр0Ф8,0-0,3 — бронза на ряду с медью содержащая 8% олова и 0,3% фосфора; ЛАМш77-2-0,05 — латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди). В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди: Л96 — латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак); Лб3 — латунь содержащая 63% Cu и -37% Zn.
2. Алюминий и его сплавы.
Алюминий — легкий металл, обладающий высокими тепло — и электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква «Е» обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния. А999 — алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al; А5 — алюминий технической чистоты, в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL-Mg: Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим. состава. Дуралюмины маркируются буквой «Д» и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8. Чистый деформируемый алюминий обозначается буквами «АД» и условным обозначением степени его чистоты: АДоч (>=99,98% Al), АД000(>=99,80% Аl), АД0(99,5% Аl), АД1 (99,30% Al), АД(>=98,80% Аl). Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-75) обладает хорошей жидко-текучестью, имеет сравнительно не большую усадку и предназначены в основном для фасонного литья. Эти сплавы маркируются буквами «АЛ» с последующим порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗО. Иногда маркируют по составу: АК7М2; АК21М2, 5Н2,5; АК4МЦ6. В этом случае «М» обозначает медь. «К» — кремний, «Ц» — цинк, «Н» — никель; цифра — среднее % содержание элемента. Из алюминиевых антифрикционных сплавов (ГОСТ 14113-78) изготовляют подшипники и вкладыши как литьем так и обработкой давлением. Такие сплавы маркируют буквой «А» и начальными буквами входящих в них элементов: А09-2, А06-1, АН-2,5, АСМТ. В первые два сплава входят в указанное количество олова и меди (первая цифра-олово, вторая-медь в %), в третий 2,7-3,3% Ni и в четвертый медь сурьма и теллур. 3. Титан и его сплавы. Титан — тугоплавкий металл с невысокой плотностью. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40%. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы маркируют буквами «ВТ» и порядковым номером: ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14. Пять титановых сплавов обозначены иначе: 0Т4-0, 0Т4, 0Т4-1, ПТ-7М, ПТ-3В. 4.
Магний и его сплавы.
Магниевые сплавы подразделяют на деформируемые (ГОСТ 14957-76) и литейные (ГОСТ 2856-79). Первые маркируются буквами «МА», вторые «МЛ». После букв указывается порядковый номер сплава в соответствующем ГОСТе. Например: МА1-деформируемый магниевый сплав №1; МЛ19-литейный магниевый сплав №19
4. Железные руды
Железные руды, природные минеральные образования, содержащие железо в таких количествах и соединениях, при которых промышленное извлечение из них металла экономически целесообразно. Железные руды разнообразны по минеральному составу, содержанию железа, полезных и вредных примесей, условиям образования и промышленным свойствам. Важнейшими рудными минералами являются: магнетит, магномагнетит, сидерит, железистые хлориты (шамозит, тюрингит и др.). Содержание железа в промышленных 25% Fe) Железные руды В зависимости от химического состава Железные руды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или после обогащения. Железные руды, содержащие меньше 50% Fe, обогащают (до 60% Fe) главным образом методами магнитной 50% Fe), рядовые (50—25% Fe) и бедные (рудах изменяется в широких пределах — от 16 до 70%. Различают богатые ( сепарации или гравитационного обогащения. Рыхлые и сернистые (>0,3% S) богатые руды, а также концентраты обогащения окусковываются путём агломерации; из концентратов производятся также т. н. окатыши. Железные руды, идущие в доменную шихту, во избежание ухудшения качества стали или условий плавки, не должны содержать более 0,1—0,3% S, Р и Cu и 0,05—0,09% As, Zn, Sn, Pb. Примесь в Железные руды Mn, Cr, Ni, Ti, V, Co, кроме некоторых случаев, полезна. Три первых элемента улучшают качество стали, а Ti, V, Со могут попутно извлекаться при обогащении и металлургическими переделе.
Месторождения Железные руды по происхождению разделяются на 3 группы — магматогенные, экзогенные и метаморфогенные. Среди магматогенных различаются: магматические — дайкообразные, неправильные и пластообразные залежи титаномагнетитов, связанные с габбро-пироксенитовыми породами (Кусинское и Качканарское месторождения на Урале, местооождения Бушвельдского комплекса в ЮАР, Лиганга в Танзании), и апатито-магнетитовые залежи, связанные с сиенитами и сиенитдиоритами (Лебяжинское на Урале, Кируна и Елливарс в Швеции); контактово-метасоматические, или скарновые, возникают на контактах или вблизи интрузивных массивов; под воздействием высокотемпературных растворов вмещающие карбонатные и др. породы превращаются в скарны, а также пироксен-альбитовые и скаполитовые породы, в которых обособляются сложные по форме залежи сплошных и вкрапленных магнетитовых руд (Соколовское, Сарбайское в Северо-Западном Казахстане, Магнитогорское, Высокогорское и др. на Урале, ряд месторождений в Горной Шории; Айрон-Спрингс в США и др.); гидротермальные образуются при участии горячих минерализованных растворов, путём отложения Железные руды по трещинам и зонам смятия, а также при метасоматическом замещении боковых пород; к этому типу относятся Коршуновское и Рудногорское магномагнетитовые месторождения Восточной Сибири, гидрогётит-сидеритовое Абаильское в Средней Азии, сидеритовые месторождения Бильбао в Испании и др.
К экзогенным месторождениям относятся: осадочные — химические и механические осадки морских и озерных бассейнов, реже в долинах и дельтах рек, возникающие при местном обогащении вод бассейна соединениями железа и при сносе в них железистых продуктов прилегающей суши; слагают пласты или линзы среди осадочных, иногда — вулканогенно-осадочных пород; к этому типу относятся месторождения бурых железняков, частью сидеритов, силикатных руд (Керченское в Крыму, Аятское — Казахстан; в ФРГ — Лан-Диль и др.); месторождения коры выветривания образуются в результате выветривания горных пород с железосодержащими породообразующими минералами; различают остаточные, или элювиальные, месторождения, когда продукты выветривания, обогащенные железом (вследствие выноса из породы др. составных частей), остаются на месте (тела богатых гематито-мартитовых руд Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, района оз. Верхнего в США и др.), и инфильтрационные (цементационные), когда железо вынесено из выветривающихся пород и переотложено в нижележащих горизонтах (Алапаевское месторождение на Урале и др.).
Метаморфогенные (метаморфизованные) месторождения — преобразованные в условиях высоких давлений и температур ранее существовавшие, преимущественно осадочные, месторождения. Гидроокислы железа и сидериты переходят при этом обычно в гематит и магнетит. Метаморфические процессы иногда дополняются гидротермально-метасоматическим образованием магнетитовых руд. К этому типу относятся месторождения железистых кварцитов Кривого Рога, Курской магнитной аномалии, месторождения Кольского полуострова, железорудной Австралия), полуострова Лабрадор (Канада), штат Минас-Жерайс (Бразилия), штат Майсур (Индия) и пр.
Основные промышленные типы Железные руды классифицируются по преобладающему рудному минералу. Бурые железняки. Рудные минералы представлены гидроокислами железа, больше всего гидрогетитом. Такие руды обычны в осадочных месторождениях и месторождениях коры выветривания. Сложение плотное или рыхлое; осадочные руды часто имеют оолитовую текстуру. Содержание Fe колеблется от 55 до 30% и менее. Обычно требуют обогащения. Т. н. самоплавкие бурые железняки, в которых близко к единице, идут в плавку при содержании Fe до 30% (Лотарингия). В бурых железняках некоторых месторождений находится до 1—1,5% и более Mn (Бильбао в Испании, Бакальское). Важное значение имеют комплексные хромо-никелевые бурые железняки; при наличии 32—48% Fe в них нередко содержится также до 1% Ni, до 2% Cr, сотые доли процента Со, иногда V. Из таких руд могут без добавок выплавляться хромо-никелевые чугуны и низколегированная сталь. Красные железняк и, или гематитовые руды. Основным рудным минералом является гематит. Представлены главным образом в коре выветривания (зона окисления) железистых кварцитов и скарновых магнетитовых руд. Такие руды часто называют мартитовыми (мартит — псевдоморфозы гематита по магнетиту). Среднее содержание Fe от 51 до 60%, иногда выше, с незначительными примесями S и Р. Известны месторождения гематитовых руд с присутствием в них до 15—18% Mn. Менее развиты гидротермальные месторождения гематитовых руд. Магнитные железняки, или магнетитовые руды. Рудный минерал — магнетит (иногда магнезиальный), нередко мартитизированный. Наиболее характерны для месторождений контактово-метасоматического типа, связанных с известковыми и магнезиальными скарнами. Наряду с богатыми массивными рудами (50—60% Fe) распространены вкрапленные руды, содержащие менее 50% Fe. Известны месторождения руд с присутствием ценных примесей, в частности Со, Mn. Вредные примеси — сульфидная сера, Р, иногда Zn, As. Особую разновидность магнетитовых руд представляют титаномагнетитовые руды, являющиеся комплексными железо-титано-ванадиевыми. Важное промышленное значение приобретают вкрапленные титаномагнетитовые руды, являющиеся по существу основными интрузивными породами с повышенным содержанием породообразующего титаномагнетита. В них обычно присутствует 16—18% Fe, но они легко обогащаются магнитной сепарацией (Качканарское месторождение на Урале и др.). Сидеритовые руды (шпатовые железняки) разделяются на кристаллические сидеритовые руды и глинистые шпатовые железняки. Среднее содержание Fe 30—35%. После обжига, в результате удаления CO2, сидеритовые руды превращаются в промышленные ценные тонкопористые железо-окисные (обычно содержат до 1—2% Mn, иногда до 10%). В зоне окисления сидеритовые руды превращаются в бурые железняки. Силикатные железные руды. Рудными минералами в них являются железистые хлориты, обычно сопровождающиеся гидроокислами железа, иногда сидеритом (Fe 25—40%). Примесь S незначительна, Р до 0,9—1%. Силикатные руды слагают пласты и линзы в рыхлых осадочных породах. Часто обладают оолитовой текстурой. В коре выветривания превращаются в бурые, частью красные железняки. Железистые кварциты (джеспилиты, железистые средние (12—36% Fe) докембрийские метаморфизованные Железные руды, сложенные тонкими чередующимися кварцевыми, магнетитовыми, гематитовыми, магнетит-гематитовыми прослоями, местами с примесью силикатов и карбонатов. В железистых кварцитах мало примесей S, Р. Залежи железистых кварцитов обычно обладают крупными запасами металла. Их обогащение, в особенности магнетитовых разностей, даёт вполне рентабельный концентрат с содержанием 62—68% Fe. В коре выветривания кварц из железистых кварцитов выносится, и возникают крупные залежи богатых гематито-мартитовых руд.
Большая часть Железные руды используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно небольших количествах служат природными красками (охры) и утяжелителями буровых глинистых растворов. Требования промышленности к свойствам Железные руды разнообразны. Так, для выплавки некоторых литейных чугунов применяются Железные руды с большой примесью Р (до 0,3—0,4%). Для плавки мартеновских чугунов (главного продукта доменного производства), при плавке на коксе содержание S в руде, вводимой в домну, не должно превышать 0,15%. Для производства чугунов, идущих в мартеновский передел кислым способом, Железные руды должны быть особо малосернистыми и малофосфористыми; для передела основным способом в качающихся мартенах допускается несколько более повышенная примесь в руде Р, но не выше 1,0—1,5% (в зависимости от содержания Fe). Томасовские чугуны плавятся из фосфористых Железные руды с повышенным количеством Fe. При выплавке чугунов любого типа содержание Zn в Железные руды не должно превышать 0,05%. Руда, используемая в домне без предварительного спекания, должна быть механически достаточно прочной. Т. н. мартеновские руды, вводимые в шихту, должны быть кусковыми и иметь высокое содержание Fe при отсутствии примесей S и Р. Обычно таким требованиям удовлетворяют плотные богатые мартитовые руды. Магнетитовые руды с содержанием до 0,3—0,5% Cu используются для получения сталей с повышенной устойчивостью против коррозии.
В мировой добыче и переработке железные руды различных промышленных типов отчётливо проявляется тенденция значительного увеличения добычи бедных, но хорошо обогащающихся руд, в особенности магнетитовых железистых кварцитов, в меньшей мере вкрапленных титано-магнетитовых руд. Рентабельность использования таких руд достигается крупными масштабами горно-обогатительных предприятий, совершенствованием техники обогащения и окускования получаемых концентратов, в частности получения т. н. окатышей. Вместе с тем сохраняет актуальность задачи увеличения ресурсов железные руды, не требующих обогащения.
5. Марганцевые руды
Марганцевые руды, природные минеральные образования, содержание марганца в которых достаточно для экономически выгодного извлечения этого металла или его соединений. Важнейшие рудообразующие минералы: пиролюзит MnO2 (63,2 % Mn), псиломелан MnO2nH2O (45-60 % Mn), манганит Mn(OH)2 (62,5 % Mn), вернадит MnO2H2O (44-52 % Mn), браунит Mn2O3 (69,5 % Mn), гаусманит Mn3O4 (72 % Mn), родохрозит MnCO3 (47,8 % Mn), олигонит (Mn, Fe)CO3 (23-32 % Mn), манганокальцит (Ca, Mn)CO3 (до 20-25 % Mn), родонит (Mn, Ca)(Si3O9) (32-41 % Mn), бустамит (Ca, Mn)(Si3O9) (12-20 % Mn). В Марганцевые руды почти всегда присутствуют минералы железа. По генезису наибольшее значение имеют осадочные месторождения, представленные пластовыми и линзообразными залежами, сформировавшимися в древних морских или озёрных бассейнах (Никопольское, Чиатурское и Полуночное, месторождения Марокко). Эти руды имеют наибольшее промышленное значение; среди них различают следующие главные типы: а) окисные псило-мелано-пиролюзитовые и манганитовые руды, образующиеся на небольшой глубине, в зоне максимального насыщения вод растворённым кислородом; содержание Mn по отдельным месторождениям 19-36 %; б) карбонатные, преимущественно родохрозитовые, олигонитовые, мангано-кальцитовые руды, формирующиеся на больших глубинах, в условиях недостатка кислорода в сопровождении сероводородного брожения; содержание Mn от 16 до 25 %, отличаются от окисных руд повышенным содержанием фосфора. Метаморфические месторождения образуются за счёт изменения осадочных месторождений в недрах Земли под действием высоких температур и давлений (Усинское в Западной Сибири, месторождения Атасуйского района в Центральном Казахстане); обычно представлены плотными разновидностями руд, в составе которых принимают участие безводные окислы (браунит, родонит и другие); среди них развиты железо-марганцевые руды с содержанием Mn около 10 %, включающие промышленные магнетита, гематита и других). Месторождения выветривания представлены мощными древними и современными корами выветривания с вторичной концентрацией в них марганца (месторождения Индии, Бразилии, Ганы, ЮАР); это рыхлые окисленные руды так называемых марганцевых шляп, сложенные пролюзитом, псило-меланом и другими гидроокислами марганца и железа.
6. Карбонатные руды
Карбонаты, соли угольной кислоты H2CO3. Различают нормальные (средние) Карбонаты, с анионом СО32- (например, KHCO3), кислые Карбонаты (гидрокарбонаты или бикарбонаты), с анионом НСО-3 (например, КНСОз) и основные Карбонаты [например, Cu2(OH)2СОз - минерал малахит]. В воде растворимы только нормальные Карбонаты щелочных металлов, аммония и таллия. В результате значительного гидролиза растворы их показывают щелочную реакцию. Наиболее трудно растворимы нормальные Карбонаты кальция, стронция, бария и свинца (2-валентного). Кислые Карбонаты хорошо растворимы в воде. При нагревании Карбонаты, как правило, разлагаются (CaCO3= CaO + CO2) ещё до достижения точки плавления; исключение представляют Карбонаты щелочных металлов и таллия. Гидрокарбонаты при нагревании переходят в нормальные Карбонаты (2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2). Сильными кислотами нормальные и кислые Карбонаты разлагаются с выделением CO2 (K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + H2O + CO2). В природе нормальные Карбонаты широко распространены, составляя одну из групп минералов (см. Карбонаты природные). Некоторые природные, нормальные и основные, Карбонаты являются весьма ценными металлическими рудами; таковы Карбонаты цинка, свинца, меди, железа, марганца и др. Нерудное сырьё — известняк CaCO3, витерит BaCO3 употребляют в строительном деле, в производстве промышленности и т.д. Из синтетических Карбонаты в технике широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3) и в меньшей степени — поташ K2CO3. Гидрокарбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами.
7. Поиск и разведка рудных месторождений
К рудным полезным ископаемым относят различные типы минерального сырья, из которого технологически возможно и экономически целесообразно извлекать в промышленных масштабах металлы или получать на их основе другие материалы, используемые в народном хозяйстве. Геофизические методы при поисках и разведке месторождений рудных полезных ископаемых (рудная геофизика) применяются на всех стадиях геологоразведочных работ - от региональных исследований до обслуживания рудничной геологии во время эксплуатации месторождений.
Поиски рудных ископаемых начинаются с постановки или анализа данных уже имеющихся среднемасштабных (1:200000) геофизических съемок (см. 3.3), а иногда с их целевой переинтерпретации. В результате аэрокосмических съемок в видимом и инфракрасном диапазонах частот, аэромагнитных и аэрогамма-спектрометрических, полевых гравимагнитных, электромагнитных или сейсмических исследований устанавливают основные закономерности в распределении месторождений полезных ископаемых, связи между положением рудных поясов, полей и месторождений, рудовмещающих и рудоконтролирующих структур с глубинным строением земной коры.
Картировочно-поисковые крупномасштабные (1:50000) геофизические исследования перечисленными выше методами обеспечивают уточнение и выделение перспективных на поиск полезных ископаемых площадей.
Поисково-разведочные работы на рудных месторождениях начинаются с поисков в первую очередь крупных или средних рудопроявлений, приуроченных к рудоконтролирующим структурам. Из числа наземных геофизических методов для решения поисковых и особенно разведочных задач выбирают наиболее эффективные, но, как правило, трудоемкие методы: профилирование и зондирование ВП или детализированные работы индуктивными методами с использованием широкого спектра частот: низкочастотными (НЧМ) или переходных процессов (МПП); высокоточную гравиразведку; иногда сейсморазведку методом преломленных волн (МПВ).
В результате количественной интерпретации геофизических данных оценивают геометрические и физические параметры разведываемых объектов. Далее строят физико-геологические модели (ФГМ) исследуемого объекта, которые используются для интерпретации наблюденных аномалий в рамках этих ФГМ. Затем выявленные аномалии разбуривают контрольными разведочными скважинами, что необходимо не только для проверки достоверности полученной геофизической информации и уточнения методики дальнейших наземных работ, но и для проведения исследований методами скважинной геофизики, оценки запасов полезных ископаемых.
Геофизические исследования в этих скважинах, позволяющие с достаточной степенью детальности расчленить геологический разрез и выявить рудные интервалы, проводят с использованием электрических, ядерных, магнитных, реже сейсмоакустических методов.
Если по данным поисково-оценочных работ и предварительной разведки прогнозные запасы полезного ископаемого на выявленном месторождении достаточны, а предполагаемые горнотехнические условия его добычи благоприятны, то разрабатывают технико-экономическое обоснование (ТЭО) на детальную разведку месторождений.
Целью детальной разведки является изучение особенностей морфологии и внутреннего строения отдельных рудных тел, что необходимо для подсчета запасов, оценки горнотехнических и гидрогеологических условий проведения эксплуатационных работ. Детальную разведку осуществляют главным образом с помощью скважин и горных выработок. Из геофизических методов на этом этапе применяют исследования скважин и геоэлектрохимические и подземные методы. В результате геологи и геофизики составляют геолого-геофизическую документацию в масштабе 1:5000, 1:2000, 1:1000 для подсчета запасов и представления материалов в Государственную комиссию по запасам полезных ископаемых.
При доразведке и эксплуатационной разведке месторождений, сопровождающейся проходкой вертикальных и горизонтальных подземных горных выработок, а также в ходе непосредственной эксплуатации месторождений иногда применяют комплекс методов шахтно-рудничной геофизики (методы радиоволнового и сейсмоакустического просвечивания или ядерно-физические методы).
При поисках и разведке черных металлов используют комплекс геофизических методов, среди которых основными являются методы магнито- и гравиразведки, а методы электро- и сейсморазведки носят вспомогательный характер. Месторождения черных металлов по условиям образования весьма разнообразны, а слагающие их руды обладают различными физическими свойствами. Например, магнетитовые рудные тела характеризуются высокими значениями магнитной восприимчивости, плотности и электропроводности. Поэтому прежде всего для их поисков и разведки следует применять магниторазведку. Эффективному применению гравиразведки способствует большая плотность железных руд (3,2-4,7 г/см3) по сравнению с рудовмещающими породами (2,6-3 г/см3). Значение методов электроразведки существенно повышается при поисках слабомагнитных буро-железистых месторождений в осадочных породах и коре выветривания. Сейсморазведку при поисках и разведке черных металлов применяют, в основном, для изучения рельефа поверхности кристаллического фундамента и определения мощности покровных отложений над рудными залежами.
8.Список использованной литературы:
«Металловедение и термическая обработка» К.М. Погодина – Алексеева. «Металловедение» А.П. Гуляев. «Материаловедение»
Быховер Н. А. Экономика минерального сырья. - М., 2001.
Котляр В. Н. Основы теории рудообразования, М., 2000.
Магакьян И. Г., Рудные месторождения, 2 изд., - Ер., 1961.
Оценка месторождений при поисках и разведках, в. 14 - Авалиани Г. А., Марганец, М. - Л., 1953. Парк Ч. Ф., Мак-Дормид Р. А., Рудные месторождения, пер. с англ.. - М., 1966.
Смирнов В. И., Геология полезных ископаемых, 3 изд. - М., 2001.
