Как сделать обогащенное железо

Обновлено: 06.07.2024

В качестве сырья при изготовлении восстановленного железного порошка применяются железная руда и прокатная окалина. Сырье должно быть относительно дешевым и не содержать вредных примесей и окислов больше установленных количеств. Химически чистые окислы железа как исходное сырье в практике промышленного производства не используются, но находят применение в исследовательских работах. Прокатная окалина, содержащая 70—75% общего железа, является отходом металлургического производства. По данным, окалина в зависимости от вида производства может содержать (в %): Feобщ — 70—77; FeO — 46—70; Fe2O3 — 27—51; Feмет — 0,6—2,2; Mn — 0,2—0,8; S — 0,008—0,91; SiO2 — 0,05—1,6; P — 0,015—0,40; С — 0,08—2,30. Хорошим сырьем для получения железного порошка служит окалина малоуглеродистых нелегированных сталей, особенно с операцией холодной прокатки.

Если окалина загрязнена шлаковыми и другими включениями, ее после предварительной сушки подвергают магнитной сепарации, после чего направляют на размол в шаровые мельницы.

Подходящим сырьем для получения железного порошка является также обогащенная мартитовая железная руда Криворожского месторождения (так называемая синька), которая содержит до 70% общего железа. Необогащенная руда не может быть использована для восстановления, ибо в ней содержится 4,7% SiO2 и 0,6% Al2O3. Концентрат высокой чистоты из такой руды получается в результате гравитационного и магнитного обогащения, при этом содержание SiO2 снижается до 0,22%.

Как показывают исследования, сырьем для производства железного порошка, очевидно, могут быть и пиритные огарки — отходы сернокислотного производства, представляющие собой в основном сульфиды железа. По данным И.Н. Францевича и И.Д. Радомысельекого, окислительный обжиг пиритных огарков при температуре 800—900° приводит к почти полному (на 93—97%) удалению серы, а последующее восстановление конвертированным газом при температуре 1050° обеспечивает получение железной губки с содержанием серы 0,17—0,30%. Известны и другие способы переработки пиритных огарков: хлоргидролизный метод, заключающийся в восстановлении огарков газом пиролиза мазута, растворении продукта в соляной кислоте, окислении и гидролизе хлоридов железа (образующиеся в результате этой обработки окислы железа восстанавливаются водородом или другим газом); восстановление пиритных огарков светильным газом во взвешенном слое. Однако получение железного порошка путем переработки пиритных огарков не вышло пока за рамки исследовательских работ.

Промышленное распространение получили следующие методы изготовления железного порошка: а) восстановление окислов железа, руды и окалины водородом, б) восстановление руды и окалины конвертированным природным газом, в) восстановление окалины и руды твердым углеродом.

Восстановление окислов железа водородом используется часто для исследовательских целей, а также для получения тонких порошков, применяющихся в производстве магнитных и некоторых других материалов. Восстановление проводится в проходных муфельных печах с внешним обогревом муфелей и циркуляцией восстановительной атмосферы внутри муфелей, в которые помещается шихта. Окислы помещаются в поддонах или лодочках, последние непрерывно продвигаются в муфелях через горячую зону печи, из которой поступают в холодильник, заполненный газом-восстановителем. Очищенный от примесей водород подается в холодильник и далее движется навстречу движению шихты. Принцип противотока газа обеспечивает наиболее полное восстановление. В этом случае свежие порции газа, еще незагрязненные продуктами восстановления, обеспечивают безокислительное охлаждение восстановленной губки, поступающей в холодильник. Чистый водород из холодильника проходит в муфель, где завершает восстановление шихты, начавшееся при поступлении поддонов в горячую зону с противоположного загрузочного конца муфеля.

Время, необходимое для полного восстановления окислов, зависит от вида окислов, размеров частиц, толщины слоя, температуры, давления и влажности водорода и других факторов. Продолжительность восстановления в зависимости от этих факторов колеблется от 0,5 час. до нескольких часов. При применении водорода окислы железа обычно восстанавливают при температурах 700—1000°.

Петрдлик наблюдал полное восстановление водородом окиси железа зернистостью примерно 1 мк при следующих условиях: температура — 600° (1-я зона) и 800° (2-я зона), общая длина зон — 1000 мм, внутренний диаметр печи — 70 мм, навеска шихты — 80 г, скорость движения лодочки — 25 мм/мин, скорость подачи водорода — 600 л/час.

Промышленное производство железного порошка путем восстановления окалины водородом осуществляется фирмой Pyron. Окалина, обогащенная после размола, подвергается окислительному обжигу во вращающихся печах при температурах 870—980° в воздушной атмосфере. Такой обжиг необходим для максимального окисления окалины. Процесс восстановления проводится в печах длиной 15 м при температуре 980°. Окалина слоем 12—25 мм перемещается в печи на роликовом транспортере, ширина ленты которого составляет 60 см. Лента изготавливается из мягкой стали, после выхода из печи она выправляется на ковочной машине. Срок службы ленты равен 2—4 неделям. Общая длительность пребывания шихты в печи составляет 5 час., что соответствует скорости движения ленты 5 см/мин. На выходе из печи спеченная губка снимается с ленты специальными вращающимися скребками и поступает на размол и рассев. Месячная производительность печи такого типа равна 135 т.

Получаемый порошок содержит (в %): Feобщ — 98,25; С —0,02; S — 0,005; P — 0,012; Mn — 0,035; осадок, нерастворимый в кислоте, — 0,34; потеря веса при прокаливании в водороде — 0,8%. Гранулометрический состав порошка (в%) следующий: +0,15 мм — следы, 0,15 + 0,1 мм — 14,5; — 0,1 + 0,075 мм — 21,5; — 0,075 + 0,05 мм — 14,5; —0,05 мм — 49,5.

Недостатком метода восстановления водородом является относительно низкая производительность печей, так как для равномерного восстановления слой шихты не должен превышать 15—25 мм. Ускорение процесса путем повышения температуры восстановления ограничивается областью 850—980°, так как сильное спекание губки с повышением температуры не позволяет раздробить ее в порошок.

Привлекательным методом газового восстановления, позволяющим исключить указанный выше недостаток, является восстановление во взвешенном слое или при перемешивании шихты. Однако промышленные установки для получения железного порошка таким способом еще не получили распространения из-за схватываемости продуктов восстановления между собой и со стенками реактора (образование настылей).

Эти нежелательные явления устраняются в случае ведения процесса восстановления при высоком давлении.

В работе описан промышленный метод получения железного порошка путем восстановления рудных концентратов водородом при повышенном давлении (Н-Iron процесс). Cxeма этого процесса показана на рис. 4. Рудный концентрат с величиной частиц

Первое железо известное человечеству носило космическое происхождение, а, точнее говоря, метеоритное. Как инструментальный материал оно стало использоваться примерно 4 тыс. лет до нашей эры. Технология выплавки металла несколько раз появилась на свет и терялась в результате войн и смут, но, как считают историки, первыми освоили выплавку хетты.

Стоит отметить, что речь идет о сплавах железа с небольшим количеством примесей. Химически чистый металл стало возможным получить лишь с появлением современных технологий. Данная статья расскажет вам в подробностях об особенностях производства металла методом прямого восстановления, кричном, губчатого, сыродутного, горячебрикетированного железа, коснемся изготовления хлорного и чистого вещества.

Железная руда

Для начала стоит рассмотреть способ производство железа из железной руды. Железо – элемент весьма распространенный. По содержанию в земной коре металл занимает 4 место среди всех элементов и 2 среди металлов. В литосфере железо представлено обычно в виде силикатов. Наибольшее его содержание отмечено в основных и ультраосновных породах.

Практически все горные руды содержат какую-то толику железа. Однако разрабатываются лишь те породы, в которых доля элемента имеет промышленное значение. Но и в этом случае количество пригодных для разработки минералов более чем велико.

Минеральные породы классифицируют по доле железа таким образом:

богатые – с содержанием металла более, чем 57%, с долей кремнезема менее 8–10%, и примесью серы и фосфора менее 0,15%. Такие руды не обогащаются, сразу отправляются на производство;
руда со средним содержанием включает не менее 35% вещества и нуждается в обогащении;
бедные железные руды должны содержать не менее 26%, и тоже обогащаются перед отправкой в цех.

Общий технологический цикл производства железа в виде чугуна, стали и проката рассмотрен в этом видео:

Разработка месторождений

Существует несколько методов добычи руды. Применяют тот, который находят наиболее экономически целесообразным.

Открытый способ разработки – или карьерный. Рассчитан на неглубокое залегание минеральной породы. Для добычи выкапывают карьер глубиной до 500 м и шириной, зависящей от мощности месторождения. Железную руду извлекают из карьера и транспортируют машинами, рассчитанными на перевозку тяжелых грузов. Как правило, так добывают именно богатую руду, так что необходимости в ее обогащении не возникает.
Шахтный – при залегании породы на глубине 600–900 м, бурят шахты. Такая разработка куда более опасна, поскольку связана со взрывными подземными работами: обнаруженные пласты взрывают, а затем собранную руду транспортируют наверх. При всей своей опасности этот метод считается более эффективным.
Гидродобыча – в этом случае бурят скважины на определенную глубину. В шахту спускают трубы и подают воду под очень большим давлением. Водная струя дробит породу, а затем железную руду поднимают на поверхность. Скважинная гидродобыча мало распространена, так как требует больших затрат.

Далее рассмотрены технология, процессы изготовления железа.

Технологии производства железа

Все металлы и сплавы разделяют на цветные (вроде никеля, олова, цинка, меди и т.п.) и черные. К последним относятся чугун и сталь. 95% всех металлургических процессов приходится на черную металлургию, железо используется повсеместно.

Несмотря на невероятное разнообразие получаемых сталей технологий изготовления не так уж много. Кроме того, чугун и сталь – это не совсем 2 разных продукта, чугун – обязательная предварительная стадия получения стали.

Классификация продукции

И чугун, и сталь относят к сплавам железа, где легирующим компонентом выступает углерод. Доля его невелика, но он придает металлу очень высокую твердость и некоторую хрупкость. Чугун, поскольку содержит больше углерода, более хрупкий, чем сталь. Менее пластичен, но отличается лучшей теплоемкостью и стойкостью к внутреннему давлению.

Чугун получают при доменной плавке. Различают 3 вида:

серый или литейный – получают методом медленного остывания. Сплав содержит от 1,7 до 4,2% углерода. Серый чугун хорошо обрабатывается механическими инструментами, прекрасно заполняет формы, поэтому его используют для производства литьевых изделий;
белый – или передельный, получают при быстром остывании. Доля углерода – до 4,5%. Может включать дополнительные примеси кремния, графита, марганца. Белый чугун отличается твердостью и хрупкостью и в основном применяется для выплавки стали;
ковкий – включает от 2 до 2,2% углерода. Производится из белого чугуна путем длительного прогревания отливок и медленного длительного охлаждения.

Сталь может включать не более 2% углерода, получают ее 3 основными способами. Но в любом случае суть сталеварения сводится к отжигу нежелательных примесей кремния, марганца, серы и так далее. Кроме того, если получают легированную сталь, то в процессе изготовления вводят дополнительные ингредиенты.

По назначению сталь разделяют на 4 группы:

строительная – применяют в виде проката без термической обработки. Это материал для сооружения мостов, каркасов, изготовления вагонов и так далее;
машиностроительная – конструкционная, относится к категории углеродистой стали, включает не более 0,75% углерода и не более 1,1% марганца. Используется для производства разнообразных машинных деталей;
инструментальная – также углеродистая, но с низким содержанием марганца – не более 0,4%. Из нее производят разнообразный инструмент, в частности, металлорежущий;
сталь специального назначения – к этой группе относят все сплавы с особыми свойствами: жаропрочная сталь, нержавеющая, кислотоупорная и так далее.

Предварительный этап

Даже богатую руду перед выплавкой чугуна необходимо подготовить – освободить от пустой породы.

Агломерационный метод – руда дробится, размалывается и засыпается вместе с коксом на ленту агломерационной машины. Лента проходит через горелки, где под действием температуры загорается кокс. При этом руда спекается, а сера и другие примеси выгорают. Полученный агломерат подается в бункерные чаши, где охлаждается водой и продувается потоком воздуха.
Метод магнитной сепарации – руду дробят и подают на магнитный сепаратор, поскольку железо обладает способностью намагничиваться, минералы при промывании водой остаются в сепараторе, а пустая порода вымывается. Затем из полученного концентрата делает окатыши и горячебрикетированное железо. Последние допускается использовать для приготовления стали, минуя стадию получения чугуна.

Данное видео расскажет во всех подробностях о производстве железа:

Выплавка чугуна

Чугун выплавляют из руды в доменной печи:

приготавливают шихту – агломерат, окатыши, кокс, известняк, доломит и прочее. Состав зависит от вида чугуна;
шихту скиповым подъемником загружают в доменную печь. Температура в печи – 1600 С, снизу подается горячий воздух;
при такой температуре железо начинает плавиться, а кокс гореть. При этом происходит восстановление железа: сначала при сгорании угля получают угарный газ. Угарный газ реагирует с оксидом железа с получением чистого металла и углекислого газа;
флюс – известняк, доломит, добавляется в шихту для перевода нежелательных примесей в форму, которую легче устранить. Например, оксиды кремния не плавятся при такой низкой температуре и отделить их от железа невозможно. Но при взаимодействии с оксидом кальция, получаемым разложением известняка, кварц превращается в силикат кальция. Последний плавится при такой температуре. Он легче, чем чугун и остается плавать на поверхности. Отделить его достаточно просто – шлак периодически выпускают через летки;
жидкий чугун и шлак по разным каналам стекают в ковши.

Полученный чугун в ковшах транспортируют в сталеплавильный цех или к разливочной машине, где получают чугунные слитки.

Выплавка стали

Превращение чугуна в сталь производится 3 способами. В процессе выплавки выжигается лишний углерод, нежелательные примеси, а также добавляются необходимые компоненты – при варке специальных сталей, например.

Мартеновский – самый популярный метод получения, поскольку обеспечивает высокое качество стали. Расплавленный или твердый чугун с добавкой руды или скрапа подают в мартеновскую печь и плавят. Температура – около 2000 С, поддерживается за счет горения газообразного топлива. Суть процесса сводится к выжиганию углерода и других примесей из железа. Необходимые добавки, если речь идет о легированной стали, добавляют в конце выплавки. Готовый продукт разливают в ковши или на слитки в изложницы.

Слитки после извлечения отправляются на обжимные станы. Обжим изменяют структуру и механические свойства сплава. После обжима слиток превращается в заготовку и отправляется в прокатный цех.

Кислородно-конвертный метод – или бессемеровский. Отличается более высокой производительностью. Технология включает продувку сквозь толщу чугуна сжатого воздуха под давлением в 26 кг/кв. см. При этом углерод сгорает, и чугун становится сталью. Реакция экзотермическая, так что температура при этом повышается до 1600 С. Чтобы повысить качество продукции, сквозь чугун продувают смесь воздуха с кислородом или даже чистый кислород.
Электроплавильный метод считается самым эффективным. Чаще всего его используют для получения многократно легированных сталей, так как технология выплавки в этом случае исключает попадание ненужных примесей из воздуха или газа. Температура в печидля производства железа достигается максимальная – около 2200 С за счет электродуги.

Прямое получение

С 1970 года стал использоваться и способ прямого восстановления железа. Метод позволяет миновать затратную стадию получения чугуна в присутствии кокса. Первые установки такого рода не отличались производительностью, но на сегодня способ стал довольно известен: оказалось, что в качестве восстановителя можно применять природный газ.

Сырьем для восстановления служат окатыши. Их загружают в шахтную печь, прогревают и продувают продуктом конверсии газа – угарный газ, аммиак, но в основном водород. Реакция происходит при температуре в 1000 С, при этом водород восстанавливает железо из оксида.

О производителях традиционного (не хлорного и т.п.) железа в мире поговорим ниже.

Известные производители

Самая большая доля месторождений железной руды приходится на Россию и Бразилию – 18%, Австралию – 14%, а также Украину – 11%. Крупнейшими экспортерами являются Австралия, Бразилия и Индия. Пик стоимости железа наблюдался в 2011 году, когда тонна металла оценивалась в 180 $. К 2016 цена упала до 35 $ за тонну.

К наиболее крупным производителям железа относят следующие компании:

Распространенность железа велика, способ добычи достаточно прост, да и выплавка в конечном счете – процесс экономически выгодный. Вместе с физическими характеристиками производство и обеспечивает железу роль главного конструкционного материала.

Как сделать

Где найти

Что сделать

Продать

Команда

Железный слиток Как сделать железный слиток в Майнкрафт | Скриншот 1

Как сделать

Где найти

Что сделать

Продать

Команда

Железный слиток необходим для создания брони, оружия, многих полезных предметов. Железную руду можно найти под землей и переплавить в печи.

Синонимы: Железный слиток / Iron ingot / Слиток железа
Версии Майнкрафт: 1.17 / 1.16.5 / 1.16.4 / 1.16.3 / 1.16.2 / 1.16.1 / 1.16
ID: iron_ingot

Как сделать железо

Здесь указано, как сделать железо в Майнкрафте. В рецепте крафта указываются необходимые ингредиенты и их расположение в Minecraft.

Чтобы сделать железо в Майнкрафте потребуются: железная руда и печь. Установите печку, кликните по ней правой кнопкой мыши, разместите ингредиенты согласно рисунка. Теперь можно готовить железо.

Очистка воды от железа из скважины своими руками

Прежде чем приступать к очищению колодезной воды, убеждаются, что в ее составе содержится большое количество двухвалентного железа.

Желтый оттенок воды свидетельствует о повышенном содержании в ней органического железа (не бактериального!), но при отстаивании в осадок он не выпадает.

Очистить воду от железа из скважины дедовским способом достаточно просто и финансово не затратно.

Отстаивание

Это наименее затратный и самый простой в реализации способ обезжелезивания колодезной воды. Систему, изготовленную своими руками, дополнительно оснащают резервуаром, объемы которого соответствуют суммарному суточному потреблению всех домочадцев. Метод имеет как преимущества, так и недостатки.

Монтаж емкости на мансарде обеспечит самотек, а это избавит жидкость от сероводорода.
Простой в реализации способ, который не требует больших растрат.
В запасе всегда есть очищенный объем жидкости.

Среди недостатков отстаивания выделяют не 100% очищение воды. Также резервуар требуется регулярно чистить, поскольку на его стенках образуется твердых осадок темного окраса.

Аэрация

Использование этого метода обеспечивает превосходные результаты очистки. Процесс фильтрации достаточно прост – обогащенная кислородом среда, вступает в реакцию с железом, в результате последний разлагается и выпадает в осадок. На выходе после очистки твердые частицы осадка задерживаются фильтрами механической очистки.

Очищение колодезной жидкости от железа и сероводорода.
Экологичность очистки, поскольку это безреагентный способ.

Из недостатков выделяют всего один – небольшой процент железа все же остается в составе.

Введение катализаторов и реагентов

В промышленности с целью очищения жидкости из скважины использую хлор или озон. Особенность этих веществ заключается в высокой окислительной способности, однако для их продуцирования требуется использовать специальные установки. В домашних условиях химические вещества использовать не рекомендуется из-за высокой отравляющей способности.

В качестве аналога предпочтительнее использовать крупки или гранулы активированной глауконитовой глины, поверхности которых оснащены частицами окисленного марганца.

Народные способы

Самый распространенный, безопасный и бюджетный способ очищения колодезной жидкости – очищение потоков известью и последующее пропускание сквозь толстый слой кальцита природного происхождения. Такой процесс приводит к тому, что железо трансформируется в нерастворимую соль. Вода из-за этого становится более мягкой и уже пригодной к употреблению. Такой способ очищения можно применять и в случаях, когда состав колодезной жидкости полностью удовлетворяет требования к употреблению.

Отменных результатов удается достичь при использовании сухого метода. В этом случае применяется разогретая марганцовка. В резервуар, изготовленный из керамики или огнеупорного стекла, помещается приблизительно 4-5 г активного вещества. Перманганат калия медленно и осторожно прогревается на песчаной бане. Емкость обязательно накрывается крышкой. Данного объема действующего вещества будет достаточно для очищения 5 литров воды.

Озонирование

Этот процесс эффективный, но реализовать его непросто. Самостоятельно в домашних условиях очистить жидкость таким способом практически невозможно. Использование хлора уже не пользуется таким большим спросом, поскольку это вещество частично остается в жидкости и отравляет человеческий организм при употреблении.

Озонирование – самый надежный и качественный способ очищения. Реализуется метод путем воздействия озона на частицы, содержащиеся в жидкости.

Путем озонирования органическое железо на 99,99% удаляется. Недостаток заключается в том, что для качественной очистки требуется устанавливать дорогостоящее оборудование. Изготовить подобную систему самостоятельно реально, но очень сложно.

Самодельный фильтр для обезжелезивания воды из скважины

Фильтр для очистки воды от железа для дачи своими руками вовсе не обязательно должен быть дорогостоящим. Прибегая к дедовским способам, обезжелезить колодезную воду удается с помощью подручных или недорогих расходных материалов.

Готовые магазинные фильтры имеют достаточно высокую стоимость. Однако реагентные системы очистки колодезной воды можно изготовить самостоятельно.

Для изготовления фильтра понадобится:

Два горизонтальных резервуара, изготовленных из пластика, и оснащенных большой крышкой.
Отдельная емкость, предназначенная для активного вещества – сыпучего реагента.
Мелкое сито для сбора твердых частиц большого размера.
Набор пластиковых труб, некоторые из них оснащены кранами.

Место установки такой системы зависит от периодичности и интенсивности использования. Если вода будет подвергаться очистке зимой, лучше хранить систему в отапливаемом помещении. Наиболее подходящее место – мансарда, второй этаж или отапливаемое помещение.

Алгоритм сборки фильтра для очищения колодезной воды:

Устанавливается основание для резервуара. Важно, чтобы основа была надежной, прочной и устойчивой, поскольку вес емкости, наполненной водой, достигает нескольких сотен килограммов.
Емкости прочно закрепляются у основания. Подключение к сети водопровода. Для соединения фитингов и труб используется специальный паяльник.
Загружается емкость, наполненная реагентом, и сито для сбора твердых примесей. Количество используемого реагента зависит от степени загрязнения воды и требуемых объемов очищенной воды.

Самодельная система фильтрации не оснащена автоматикой, поэтому слив и очистку проводят самостоятельно.

Читайте также: