Железо

Министерство Образования Науки РФ

ФГБОУ ВПО

Уральский государственный  горный университет

Кафедра геологии

 

 

 

 

 

Реферат по геологии

Тема: «Железо»

 

 

 

 

 

 

Преподаватель: Дворник Геннадий Петрович

Студент: Аксенова Анастасия  Игоревна

Группа: ЦУПТ-12

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург, 2013

Содержание

1. Свойства железа, элементы, способы его применения
2. Основные минералы железа
3. Основные геолого-промышленные типы месторождений
4. Литература

 

 

1. Свойства железа, элементы, способы его применения

ЖЕЛЕЗО, Fe (ferrum), химический элемент VIIIB подгруппы периодической системы элементов, металл, член триады железа (Fe, Co, Ni).

Железо самородное редко  встречается в природе, главным  образом в минералах феррит, аваруит и метеоритах (т.н. метеоритное железо, которое содержит более 90% Fe). В соединениях с кислородом и другими элементами широко распространено в составе многих минералов и руд. По распространенности в земной коре (5,00%) это третий (после кремния и алюминия) элемент; считается, что земное ядро состоит в основном из железа.

Основные минералы – гематит (красный железняк) Fe2O3; лимонит Fe2O3 H2O

(n = 1–4), содержащийся, например, в болотной руде; магнетит (магнитный  железняк) Fe3O4 и сидерит FeCO3. Наиболее распространенным минералом железа, не являющимся, однако, источником его получения, является пирит (серный колчедан, железный колчедан) FeS2, который иногда называют за его желтый блеск золотом дураков или кошачьим золотом, хотя он в действительности часто содержит небольшие примеси меди, золота, кобальта и других металлов.

Свойства железа:

СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА
Атомный номер	26
Атомная масса	55,847
Изотопы
Стабильные	54, 56, 57, 58
Нестабильные	52, 53, 55, 59
Температура плавления, °  С	1535
Температура кипения, ° С	3000
Плотность, г/см3	7,87
Твердость (по Моосу)	4,0–5,0
Содержание в земной коре, % (масс.)	5,00
Степень окисления
характерная	+2, +3
прочие значения	+1, +4, +6

 

Железо (элементное) известно и используется с доисторических времен. Первые изделия из железа, вероятно, были изготовлены из метеоритного железа в виде амулетов, драгоценностей и  рабочего инструмента. Около 3500 лет  назад человек открыл способ восстановления красной земли, содержащей оксид  железа, в металл. С тех пор  из железа было изготовлено огромное количество различных изделий. Оно  сыграло важную роль в развитии материальной культуры человечества.

В наши дни железо в основном (95%) выплавляют из руд в виде чугунов  и сталей и в сравнительно небольших  количествах получают восстановлением  металлизованных окатышей, а чистое железо – термическим разложением его соединений или электролизом солей.

Железо – один из самых  пригодных к эксплуатации металлов в сплаве с углеродом (сталь, чугун) – высокопрочная основа конструкционных  материалов. Как материал, обладающий магнитными свойствами, железо используется для сердечников электромагнитов  и якорей электромашин, а также  в качестве слоев и пленок на магнитных  лентах.

Чистое железо – катализатор  в химических процессах, компонент  лекарственных средств в медицине. Железо является существенным химическим компонентом организмов многих позвоночных, беспозвоночных и некоторых растений. Оно входит в состав гема (пигмента эритроцитов – красных кровяных клеток) гемоглобина крови, мышечных тканей, костного мозга, печени и селезенки. Каждая молекула гемоглобина содержит 4 атома железа, которые способны создавать обратимую и непрочную связь с кислородом, образуя оксигемоглобин. Кровь, содержащая оксигемоглобин, циркулирует по телу, поставляя кислород к тканям для клеточного дыхания. Поэтому железо необходимо для дыхания и образования красных кровяных клеток. Миоглобин (или мышечный гемоглобин) снабжает кислородом мышцы. Общее количество железа в человеческом теле (средней массы 70 кг) составляет 3–5 г. Из этого количества 65% Fe находится в гемоглобине. От 10 до 20 мг Fe ежедневно требуется для обеспечения нормального метаболизма среднего взрослого. Красное мясо, яйца, желток, морковь, фрукты, любая пшеница и зеленые овощи в основном обеспечивают организм железом при нормальном питании; при анемии, связанной с недостатком железа в организме, принимают лекарственные препараты железа.

 

 

 

2. Основные минералы железа.

Минералы железа:

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и  земной коре железо сосредоточено главным  образом в силикатах, при этом его содержание значительно в  основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних  породах.

Известно большое число  руд и минералов, содержащих железо. Рудами называются природные минералы, содержащие железо в таких количествах  и соединениях, при которых промышленное извлечение из них металла экономически целесообразно. Содержание железа в  промышленных рудах изменяется в  широких пределах – от 16 до 70%. В  зависимости от химического состава  железные руды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или, если они содержат менее 50% Fe, после обогащения. Большая часть железных руд используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов. В относительно небольших количествах они используются в качестве природных красок (охры) и утяжелителей буровых глинистых растворов.

Наибольшее практическое значение имеют:

• красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe),
• магнитный железняк (магнетит, FeO.Fe2O3, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe),
• бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O).

Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в коре выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe(3PO4)2·8H2O, имеющий форму чёрных удлинённых кристаллов и радиально-лучистых агрегатов.

В природе также широко распространены сульфиды железа —  пирит FeS2 (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для  получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

Другие часто встречающиеся  минералы железа:

• Сидерит — FeCO3 — содержит примерно 35 % железа. Обладает желтовато-белым (с серым или коричневым оттенком в случае загрязнения) цветом.
• Марказит — FeS2 — содержит 46,6 % железа. Встречается в виде жёлтых, как латунь, бипирамидальных ромбических кристаллов.
• Лёллингит — FeAs2 — содержит 27,2 % железа и встречается в виде серебристо-белых бипирамидальных ромбических кристаллов.
• Миспикель — FeAsS — содержит 34,3 % железа. Встречается в виде белых моноклинных призм.
• Мелантерит — FeSO4·7H2O — реже встречается в природе и представляет собой зелёные (или серые из-за примесей) моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, хрупкие.
• Вивианит — Fe3(PO4)2·8H2O — встречается в виде сине-серых или зелено-серых моноклинных кристаллов.

В земной коре содержатся и  другие, менее распространенные минералы железа, например:

 ильменит — FeTiO3

 магномагнетит — (Fe, Mg)[Fe2O4]

 фиброферрит — FeSO4(OH)·4,5H2O

 ярозит — KFe3(SO4)2(OH)6

 кокимбит — Fe2(SO4)3·9H2O

 рёмерит — Fe2+Fe3+2(SO4)4·14H2O

 графтонит — (Fe, Mn)3(PO4)2

 скородит — Fe3+AsO4·2H2O

 альмандит — Fe3Al2[SiO4]3

 андарадит — Ca3Fe2[SiO4]3

 гиперстен — (Fe, Mg)2[Si2O6]

 геденбергит — (Ca, Fe)[Si2O6]

 эгирин — (Na, Fe)[Si2O6]

 шамозит — e2+4Al[AlSi3O10](OH)6·nH2O

 нонтронит — (Fe3+, Al)2[Si4O10](OH)2·nH2O

 штренгит — FePO4·2H2O

 

 

3. Основные геолого-промышленные типы месторождений 

Основные факторы, определяющие промышленную ценность месторождения  – масштабы по запасам минерального сырья, концентрация запасов, качество минерального сырья.

Примеры промышленных типов  месторождений – железные руды, медь, олово, золото, угли, асбест, слюда, цементное сырье, строительные материалы.

Геолого-промышленные типы месторождений руд черных металлов:

• Железо.
• Марганец.
• Хром.
• Титан.
• Ванадий.

Геолого-промышленные типы месторождений руд цветных металлов:

• Алюминий.
• Магний.
• Никель.
• Кобальт.
• Медь.
• Свинец и цинк.
• Олово.
• Вольфрам.
• Молибден.
• Висмут.
• Ртуть и сурьма.

Геолого-промышленные типы месторождений редких металлов:

• Литий, цезий и рубидий.
• Бериллий.
• Ниобий и тантал.
• Цирконий и гафний.
• Редкометальные элементы и иттрий.
• Рассеянные элементы.

Геолого-промышленные типы месторождений руд благородных  металлов:

• Золото.
• Серебро.
• Платиноиды.

Геолого-промышленные типы месторождений руд радиоактивных  металлов:

• Уран.
• Торий.

Оценка различных месторождений  на условиях предпринимательского риска  базируется при рыночной экономике  на главном факторе – прибыльности разработки полезного ископаемого (п.и.). В этом случае правомерно определение руды, по Риккарду: «Руда это порода, содержащая металл, которую можно с выгодой разрабатывать в данном месте и в данное время» (Крейтер, 1961). В конце XIX в. были выведены первые формулы разведки и добычи (эксплуатации) полезных ископаемых в условиях предпринимательского риска (напр., Хосколдом в 1877 г. (Крейтер, 1961), определявшие прибыль, которую можно получить от эксплуатации месторождения с учетом нормы прибыли возможного риска. По формуле Бринсмейда (1911 г.) (там же), устанавливающей ценность месторождения по прибыли при его разработке, работают во всем мире, ее применяли в СССР, и она остается базовой в своей основе. Среди необходимых предпосылок существует и оценка риска, не только связанного с техническими аспектами (качество, глубина и т.д.), но также с такими, как политическая стабильность и надежность, налоговая система, постановления об окружающей среде и др. Все это входит в перечень, необходимый для снижения риска и уменьшения незащищенности инвесторов (Капю, 2000).

Особое значение имеет  разноаспектный анализ районов, где, на первый взгляд, возможно перспективное  и быстрое комплексное развитие горнорудной базы сразу по нескольким направлениям. В частности, речь может  идти о Медвежьегорском районе Центральной  Карелии. Близость к промышленным центрам, приграничное положение, хорошо развитая инфраструктура могли бы гарантированно и беспроблемно решить поставленные задачи. Если учесть, что вся территория Карелии может рассматриваться как единое месторождение на строительные материалы, то ее прикладное значение для России не вызывает сомнения – разведка и разработка месторождений ванадия, благородноплатиновометальных комплексных руд, золота, урана, а также нерудного сырья – шунгитов, строительного камня, песков и др. Однако в основу стратегии развития любого региона должна быть положена концепция экологического риска с учетом экологической цены. Следовательно, прежде чем рассматривать экономику Карелии с позиций преимущественного развития горнорудного дела как, например, Колыму, необходимо провести анализ конъюнктуры всех видов полезных ископаемых на мировом рынке и, в первую очередь, имеющих экологический риск регионального масштаба.