Rudy żelaza – rudy, w których głównym surowcem mineralnym są minerały żelaza, podstawowy surowiec w hutnictwie żelaza.

Rudy żelaza są zróżnicowane genetycznie, wyróżnia się wśród nich złoża rud metamorficznych, osadowych, wietrzeniowych, magmowych, skarnowych i hydrotermalnych. Rudy żelaza zaczęto wydobywać celem uzyskania z nich metalu co najmniej 1,2 tys. lat p.n.e., przypuszczalnie w Azji Mniejszej. Aż do XVIII w. eksploatowano głównie złoża osadowe i wietrzeniowe, w których głównym minerałem rudnym był goethyt, pozyskiwano także złoża syderytowe różnej genezy. Od XIX w. upowszechniło się wydobycie rud ze złóż metamorficznych, hematytowo-magnetytowych i od XX w. są one głównym źródłem żelaza pozyskiwanego z rud. W wydobyciu stosuje się zarówno metody odkrywkowe, jak i podziemne, przy czym od drugiej połowy XX w. dominują kopalnie odkrywkowe. W 2018 r. wydobycie rud żelaza wyniosło 2,5 mld ton, a największymi producentami były: Australia (900 mln ton), Brazylia (490 mln ton), Chiny (340 mln ton) i Indie (200 mln ton). Światowe zasoby rud szacowano na ponad 800 mld ton. Rudy żelaza wydobywa się prawie wyłącznie w celu pozyskania z nich żelaza, niewielkie zastosowanie znajdowały niektóre rodzaje rud w budownictwie, przemyśle chemicznym i przy oczyszczaniu gazów przemysłowych.

Minerały rudne

Głównymi minerałami rudnymi rud żelaza są: magnetyt (ponad 72% Fe), hematyt (70% Fe), goethyt – główny składnik limonitu (63% Fe), syderyt (62% Fe), szamozyt (ponad 45% Fe), turyngit, piryt. Występuje też, choć bardzo rzadko, żelazo rodzime, zarówno o genezie ziemskiej, jak i pochodzące z meteorytów.

Typy złóż rud żelaza

Rudy żelaza mogą być określane nazwą głównego minerału rudnego, np. rudy magnetytowe, hematytowe, syderytowe. Jednak podstawowa klasyfikacja bazuje na typie genetycznym złóż tych rud, a mianowicie:

  • złoża metamorficzne – związane z prekambryjskimi kwarcytami zbudowanymi z naprzemianległych warstewek bogatych w żelazo i bardzo ubogich w ten pierwiastek (wstęgowe rudy żelaziste). Zaczęto je eksploatować na większą skalę w XIX w. Jest to główny typ złóż, z których wydobywa się rudę żelaza w XX i XXI w.; na początku lat 70. XX w. pozyskiwano z nich przeszło 50% globalnej produkcji żelaza. Rudy związane z tym typem zawierają od 20 do 65% czystego żelaza, do połowy XX w. wydobywano głównie te mające powyżej 50% żelaza, później opracowano technologię wzbogacania rud uboższych i zaczęto na szeroką skalę eksploatować również uboższe rudy. Minerałami rudnymi są głównie hematyt i magnetyt. Tego typu wielkie złoża są eksploatowane w rejonie Kurska (Rosja), Krzywego Rogu (Ukraina), w Kanadzie (region Labrador), w Minas Gerais w Brazylii, USA (na południe i wschód od Jeziora Górnego) i w Australii.
  • złoża osadowe – mogą się wiązać zarówno z osadem powstałym w morzu, jak i na lądzie. Ważniejsze gospodarczo w XX w. były rudy powstałe w środowisku morskim, na początku lat 70. XX w. pochodziło z nich najwięcej wydobywanego żelaza – wśród wszystkich rud nie mających genezy metamorficznej. Są to złoża o niezbyt dużej zawartości procentowej żelaza, wynoszącej 28 do 40%. Minerałami rudnymi są głównie syderyt, limonit, hematyt, szamozyt. Budują one ooidy, tworzące skały oolitowe, tzw. oolitowe rudy żelaza. Tego typu złoża były eksploatowane na dużą skalę na półwyspie Kerczeńskim w Krymie oraz w Lotaryngii i przyległych obszarach, a także w Anglii. Złoża te są ze skałami jury. Do złóż lądowych należą te, które utworzyły się w efekcie wietrzenia odmian skał magmowych bogatszych w żelazo i koncentracji minerałów żelaza w eluwium, a także rudy darniowe i pokrewne (rudy bagienne, jeziorne).
  • złoża wietrzeniowe – głównym minerałem rudnym jest goethyt, tworzący skupienia limonitu (żelaziak brunatny) lub będący istotnym składnikiem pokryw laterytowych. W warunkach klimatu gorącego i wilgotnego w efekcie wietrzenia skał zawierających żelazo wiele składników rozpuszczalnych jest odprowadzana, a nierozpuszczalne związki utlenionego żelaza pozostają na miejscu, wskutek czego koncentracja żelaza wzrasta w tworzącej się zwietrzelinie, co czasem prowadzi do powstania niskoprocentowej (zwykle do 30%) rudy żelaza. Wietrzeniowe złoża limonitu były przed rewolucją przemysłową dość powszechnie eksploatowane, jednak ze względu na niską zawartość metalu i małą wielkość poszczególnych złóż utraciły większe znaczenie gospodarcze. Z kolei złoża laterytowe zawierają wielkie ilości żelaza i rozpatrywane są jako przyszłościowy surowiec tego pierwiastka, choć wydobywane były tylko lokalnie, np. na Mindanao i na Kubie. Wietrzenie górnych stref innych rud żelaza, np. wstęgowych, również może prowadzić do powstania wzbogaconych złóż wietrzeniowych, gdzie zawartość żelaza przekracza 55%.
  • złoża magmowe – głównymi minerałami rudnymi są magnetyt i tytanomagnetyt. Są to złoża o bardzo dużej zawartości procentowej żelaza, wynoszącej 55 do 70%. Tego typu złoża są eksploatowane m.in. koło miasta Kiruna (północna Szwecja).
  • złoża skarnowe – związane ze skarnami. Głównymi minerałami rudnymi są magnetyt i hematyt, a zawartość żelaza jest dość wysoka (45–60%), choć częste są domieszki siarczków, negatywnie wpływających na jakość rudy. Duże złoża żelaza typu skarnowego występują na Uralu (np. Magnitnaja), w USA (Utah, Iron Springs), na Elbie i w Rumunii (Banatu).
  • złoża hydrotermalne – są to zwykle dość niewielkie złoża, w postaci żył, współcześnie o małym znaczeniu gospodarczym, lecz ważne w przeszłości. Minerałami rudnymi są głównie syderyt i hematyt. Duże złoże tego typu, związane z okruszcowaniem syderytowym, istnieje w górze Erzberg (Styria, Austria).
  • żelazo pozyskiwano też ze złóż siarczków żelaza: pirytu, markasytu oraz pirotynu w trakcie produkcji z tych minerałów kwasu siarkowego, gdy w procesie wyprażania minerałów tworzą się odpady, tzw. wypałki zawierające ponad 60% Fe. Główne złoża pirytów mają genezę magmowa i hydrotermalną. Żelazo z tych złóż pozyskiwano na szerszą skalę od XIX w. Od drugiej poł. XX w. pozyskanie żelaza z pirytu stopniowo zanikało ze względu zarówno na ochronę środowiska, jak i fakt, iż większość siarki pozyskuje się z oczyszczania gazów przemysłowych itp., a resztę ze złóż siarki rodzimej.

Historia wydobycia

Ustalenie, kiedy ludzie nauczyli się wytapiać żelazo z rudy jest trudne i budzi spory naukowe, gdyż najstarsze wyroby żelazne pochodzące z epoki brązu są bardzo nieliczne i mogły być wykonane z żelaza wytopionego z rud lub z żelaza meteorytowego. Do początków XXI w. sądzono, że genezę żelaza w artefaktach da się określić dzięki pomiarowi zawartości w nim niklu. Bogate w nikiel traktowano jako meteorytowe, a ubogie lub pozbawione tego pierwiastka jako pochodzenia ziemskiego i ustalono, że w epoce brązu wykonywano przedmioty z obu rodzajów żelaza, choć najstarsze były tylko z surowca meteorytowego. Uważano, że wytapiać żelazo z rudy zaczęto około 2 tys. lat p.n.e., przypuszczalnie w Azji Mniejszej. Jednak wyniki badań opublikowane w 2017 r. wykazały, iż zawartość niklu w żelazie nie jest pewnym wskaźnikiem pochodzenia żelaza, a zastosowana nowa metoda określania pochodzenia żelaza w artefaktach epoki brązu doprowadziła do konkluzji, że większość żelaznych artefaktów tych czasów, o ile nie wszystkie, wykonano z żelaza meteorytowego. Niewątpliwe pozyskiwanie tego metalu z rud zaczęło się około 1300–1200 r. p.n.e., czyli na początku epoki żelaza na Bliskim Wschodzie. Później techniki wytopu żelaza, a więc i wydobycie rud, szybko upowszechniły się w pasie Eurazji od strefy śródziemnomorskiej do Chin. Od tej epoki, aż do początków XXI w., żelazo pozyskiwane z rud stało się podstawowym metalem użytkowanym przez człowieka w Eurazji, a później i na innych kontynentach. W Amerykach żelazo zaczęto stosować i wydobywać dopiero w wyniku pojawienia się tam Europejczyków. Do XVIII w. podstawowymi eksploatowanymi złożami były rudy ze stref wietrzeniowych i złóż osadowych, dla Europy Zachodniej, Środkowej (na północ od Alp i Karpat), centralnej i północnej części Wschodniej i dla Skandynawii ważne były rudy darniowe, eksploatowane od VIII w. p.n.e. do połowy XX w., w których głównym minerałem złożowym był goethyt. Były to rudy ubogie w żelazo, a ich złoża niewielkie. Eksploatowano też już od starożytności syderyty, na mniejszą skalę także inne typy rud.

Zapotrzebowanie na żelazo i stopy żelaza (głównie stal) oraz wynikłe z tego wydobycie rud tego metalu zaczęło znacząco wzrastać w wyniku rewolucji przemysłowej, najpierw w Europie w XVIII w., a w Stanach Zjednoczonych w połowie XIX w. Pojawiło się więc zapotrzebowanie na eksploatację złóż znacznie większych i o większej zawartości żelaza niż dotychczasowo wykorzystywane darniowe lub wietrzeniowe. W Europie wielkie znaczenie zyskało wówczas wydobycie rud powstałych w fanerozoiku w środowisku morskim, w tym oolitowych rud żelaza, zawierających zwykle 28 do 40% żelaza, zawartego w syderycie, goethycie, hematycie i szamozycie. Tego typu rudy zaczęto też wydobywać w Appalachach w USA, zwłaszcza w okolicach miasta Birmingham, jednak w odróżnieniu od Europy złoża tego typu rud były relatywnie niewielkie. Dlatego przełomowym dla hutnictwa żelaza USA stało się odkrycie potężnych magnetytowych złóż żelazistej formacji wstęgowej w skałach prekambru nieopodal południowych wybrzeży Jeziora Górnego, które zaczęto wydobywać od 1848 r., a w latach 1885–1903 uruchomiono wydobycie także na wschód od tego jeziora.

W XX w. wydobycie rud żelaza dalej rosło, przy czym gwałtowny wzrost nastąpił od połowy wieku, co wiązało się, oprócz wzrostu zapotrzebowania, także z wdrożeniem do produkcji technologii wzbogacania niskoprocentowych (20–40% żelaza) wstęgowych rud żelazistych, co umożliwiło ekonomicznie eksploatację tego typu złóż, ocenianych jako największe na świecie, w dodatku występujących też w wielu rejonach świata, gdzie koszt ich wydobycia jest niższy niż w USA i Europie Zachodniej. Jednocześnie udział rud żelaza jako surowca w produkcji żelaza i stali zaczął się istotnie zmniejszać na rzecz złomu wyrobów żelaznych i stalowych. Udział surowców żelaznych pozyskanych z recyklingu wynosił na przełomie XX/XXI w. 57% całej produkcji żelaza i stali.

Zasoby rud żelaza i ich wydobywanie

Rudy żelaza, w zależności m.in. od głębokości zalegania i formy złoża, wydobywa się odkrywkowo lub metodami podziemnymi, przy czym o ile w połowie XX w. stosunkowo liczne były kopalnie podziemne, to już pod koniec XX w. dominowała eksploatacja w kopalniach odkrywkowych, ze względu na wielkopowierzchniowy charakter złóż rud wstęgowych, ich dość płytkie zaleganie i niższy koszt takiej eksploatacji.

Światowe zasoby rud żelaza szacowano zarówno w 1910 r., jak i w 1937 r. na ok. 146 mln ton, prawie wyłącznie z Europy i obu Ameryk.

W 1931 r. wydobywano rocznie ok. 119 mln ton rudy, największymi dostawcami rudy były w kolejności: Francja, USA i ZSRR.

W 1941 wydobywano rocznie ok. 218 mln ton rudy, największymi dostawcami rudy były: USA, ZSRR, Wielka Brytania.

Na przełomie lat 50/60 XX w. wydobywano rocznie ok. 400 mln ton, największymi dostawcami rudy były: USA, ZSRR i Francja.

W roku 1990 zasoby przemysłowe rud żelaza wynosiły prawie 150 mld ton. Wydobycie rud na świecie w tym roku wyniosło ponad 990 mln ton, a największymi producentami były: Chiny (ponad 200 mln ton), Brazylia (190 mln ton) i Australia (150 mln ton). Żaden z pozostałych krajów nie osiągał 80 mln ton rocznego wydobycia.

W 2018 r. wydobycie rud żelaza wyniosło 2,5 mld ton, a największymi producentami były: Australia (900 mln ton), Brazylia (490 mln ton), Chiny (340 mln ton) i Indie (200 mln ton). Światowe zasoby rud szacowano na ponad 800 mld ton.

Opłacalność wydobycia rud ze złóż zależy od zawartości żelaza w rudzie, geologicznych warunków złoża, zwłaszcza głębokości jego zalegania oraz wielkości, uwarunkowań logistycznych dostępu do rejonu, w którym złoże się znajduje, a także od obecności w rudzie kopalin towarzyszących i domieszek korzystnych (np. manganu) lub szkodliwych domieszek. Do tych ostatnich zalicza się fosfor i arsen, a także siarkę, kobalt, miedź. Szkodliwe domieszki nie dyskwalifikują rudy, czasem wystarczy mieszać rudę z takimi domieszkami z rudą bez nich celem obniżenia zawartości danego pierwiastka we wsadzie hutniczym, zwykle jednak sprawiają, że konieczne jest poniesienie kosztów na ich redukcję albo neutralizację lub ograniczają zakres stosowalności uzyskanego z rudy żelaza. Skutkuje to niższą ceną rudy z takimi domieszkami.

Zastosowanie rud żelaza

Rudy żelaza wydobywa się prawie wyłącznie w celu pozyskania z nich żelaza i ewentualnie pierwiastków towarzyszących (np. wanad, tytan). Rudy darniowe wykorzystywane też były jako materiał budowlany, ochrę, czyli zwietrzałe rudy bogate w limonit i hematyt stosowano do wyrobu barwników, odpowiednio żółtych i czerwonych, a rudy bogate w goethyt w produkcji filtrów oczyszczających gazy. Jaspility (wstęgowe rudy żelaziste) wykorzystuje się jako kamień ozdobny i szlifierski, hematyt używany jest do produkcji środków polerujących oraz jako kamień ozdobny, a magnetyty jako materiał ścierny, ponadto w przeszłości robiono z nich igły kompasów.

Przypisy

  1. ↑ ruda, [w:] Wielka encyklopedia powszechna PWN, t. 10, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1967, OCLC 58574958.
  2. ↑ Wojciech Jaroszewski, Leszek Marks, Andrzej Radomski, Słownik geologii dynamicznej, Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1985, ISBN 83-220-0196-7.
  3. ↑ Polański 1974 ↓, s. 202.
  4. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, zawartość procentowa żelaza w minerałach, s. 244.
  5. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 49.
  6. ↑ Żaba 2014 ↓, s. 502.
  7. 1 2 3 4 Polański 1974 ↓, s. 208.
  8. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 251, 253.
  9. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 249, 252, 257.
  10. 1 2 3 Polański 1974 ↓, s. 207–208.
  11. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 66, 67.
  12. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 66, 67, 70, 94.
  13. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 248, 249.
  14. 1 2 Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 244, 247, 248, 251.
  15. 1 2 Wojciech Gabzdyl, Geologia złóż, Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 1999, s. 241–242, OCLC 749354027.
  16. ↑ Polański 1974 ↓, s. 206.
  17. ↑ Polański 1974 ↓, s. 206–207.
  18. ↑ Polański 1974 ↓, s. 207.
  19. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 49, 428, 473.
  20. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 243, 244, 347.
  21. 1 2 Jambon 2017 ↓, s. 47.
  22. 1 2 Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 55.
  23. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 55, 254.
  24. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 240, 254.
  25. ↑ Jambon 2017 ↓, s. 49, 52.
  26. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 55, 240, 254.
  27. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 254, 255.
  28. 1 2 Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 247, 248, 255.
  29. 1 2 Bohdanowicz 1952 ↓, s. 43–45.
  30. ↑ Ratajczak i Rzepa 2011 ↓, s. 8, 21, 265–270.
  31. 1 2 goethyt, [w:] Jerzy Żaba, Ilustrowana encyklopedia skał i minerałów, Chorzów: Wydawnictwa Videograf, 2014, s. 156, ISBN 978-83-7835-297-6.
  32. 1 2 Żaba 2014 ↓, s. 260, hasło: limonit.
  33. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 247, 248.
  34. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 252, 255, 256.
  35. 1 2 Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 249, 252.
  36. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 249, 250, 252.
  37. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 242, 249, 253, 256–259.
  38. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 259, 260, 310.
  39. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 253.
  40. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 53.
  41. 1 2 Bohdanowicz 1952 ↓, tab. I.
  42. ↑ A. Bolewski, Mineralogia szczegółowa, Warszawa: Wydawnictwo Geologiczne, 1965, s. 670, OCLC 20509379.
  43. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 250.
  44. ↑ Iron Ore Statistics and Information, [w:] National Minerals Information Center [online], United States Geological Survey [dostęp 2020-08-26] (ang.).
  45. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 54–55.
  46. ↑ Bohdanowicz 1952 ↓, s. 54–56.
  47. ↑ Ratajczak i Rzepa 2011 ↓, s. 179, 193, 195, 198, 271.
  48. ↑ Craig, Vaughan i Skinner 2003 ↓, s. 245, 246, 270.
  49. ↑ J. Skoczylas, Zastosowanie darniowych rud żelaza jako materiału budowlanego, „Przegląd Geologiczny”, 48 (8), 2000, s. 741–742.
  50. 1 2 Żaba 2014 ↓, s. 174, hasło: hematyt.
  51. ↑ Żaba 2014 ↓, s. 319, hasło: ochra.
  52. ↑ Żaba 2014 ↓, s. 195, hasło: jaspilit.
  53. ↑ Żaba 2014 ↓, s. 274, hasło: magnetyt.

Bibliografia

  • Karol Bohdanowicz, Surowce mineralne świata, t. I, Państwowy Instytut Geologiczny, 1952 (Prace Specjalne nr 3), OCLC 496420464.
  • James Craig, David J. Vaughan, Brian J. Skinner, Zasoby Ziemi, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2003, ISBN 83-01-14035-6.
  • Albert Jambon, Bronze Age iron: Meteoritic or not? A chemical strategy, „Journal of Archaeological Science”, 88, 2017, s. 47–53, DOI: 10.1016/j.jas.2017.09.008.
  • Antoni Polański, Geochemia i surowce mineralne, Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1974, OCLC 9261679.
  • Tadeusz Ratajczak, Grzegorz Rzepa, Polskie rudy darniowe, Kraków: Wydawnictwa AGH, 2011, ISBN 978-83-7464-391-7.
  • Jerzy Żaba, Ilustrowana encyklopedia skał i minerałów, Chorzów: Wydawnictwa Videograf, 2014, ISBN 978-83-7835-297-6.

Linki zewnętrzne

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.