Ruda żelaza: powstawanie, złoża i przetwórstwo

Powstawanie rudy żelaza odbywa się przeważnie drogą osadową, częściowo także magmową; założenie, że odbywa się przeważnie drogą magmową, nie jest prawdziwe, ponieważ największe złoża to rudy pasmowe. Magmowo ruda żelaza powstaje tak: lawa wzbogacona wieloma metalami wnika głęboko w skorupę ziemską, a podczas stygnięcia następuje krystalizacja związków zawierających żelazo. W ten sposób powstają złoża rud żelaza o różnej wielkości, otoczone tak zwaną skałą płonną (warstwy skalne niezawierające żelaza).

Inną możliwością jest przemieszczenie skał stopionych, przy czym skała zostaje najpierw rozpuszczona przez topnienie, a następnie ponownie osadzona w innym miejscu.

Największe złoża powstały dzięki aktywności bakterii utleniających żelazo w jeszcze pozbawionym tlenu okresie historii Ziemi. Bardzo małe i nieistotne złoża nie powstały przy tym. Osady strąconego żelaza tworzą dziś tak zwane rudy pasmowe (czerwono-szare warstwy).

Przez zestalenie gleb ilastych lub torfowych i silnie żelazistych w toku historii Ziemi powstały tak zwane rudy darniowe, które w niektórych okolicach nazywa się także rudami fasolowatymi lub rudami doggerowymi (np. w Jurze Szwabskiej). Rudy darniowe tworzyły jednak złoża opłacalne w wydobyciu tylko w najwcześniejszym okresie pozyskiwania rud.

Aby obniżyć koszty transportu, wydobyta ruda żelaza jest zwykle jeszcze na miejscu oddzielana od skały płonnej. Odbywa się to jednak nie całkowicie, lecz tylko w największej części.

Pozostała ruda żelaza jest następnie stopniowo rozdrabniana kruszarkami szczękowymi lub w specjalnych młynach („wzbogacana”). Za pomocą różnych metod rozdrobniona skała jest następnie sortowana według zawartości żelaza. W ten sposób powstaje w pewnym sensie „skoncentrowana” ruda żelaza o stale bardzo wysokiej zawartości żelaza, która w ostatnim kroku jest przetwarzana na tak zwane pelety rudy żelaza.

Te kuliste pelety o średnicy około 1 do 1,6 cm zawierają około 60 do 67 % żelaza i stanowią materiał wyjściowy dla wielkiego pieca.

Wraz z transportem do wielkiego pieca zaczyna się następnie tak zwane wytapianie w hucie, czyli właściwe pozyskiwanie żelaza. Tak zwany wsad wielkopiecowy, czyli ruda żelaza i kilka dodatków (piasek kwarcowy i wapno), jest podawany na gardziel pieca. Dodatki służą do wiązania i odprowadzania niepożądanych składników podczas wytapiania.

Jako paliwo służy koks, a potrzebny do spalania tlen jest doprowadzany pod ciśnieniem przez specjalne dysze (w języku fachowym „gorący dmuch”).

Gdy surówka zostanie wytopiona, trzeba usunąć fosfor i siarkę, a przy tym usuwa się także część zawartego węgla. Ten proces nazywa się „świeżeniem”. Powstający podczas spalania gaz wielkopiecowy jest z jednej strony używany jako gaz grzewczy, a z drugiej strony stanowi także źródło do wytwarzania prądu przez wytwarzanie pary technologicznej i wprowadzanie jej do turbin parowych.

W większości przypadków gaz wielkopiecowy jest jednak używany do napędzania sprężarek, które wtłaczają gorący dmuch do wielkiego pieca.

Bardzo trujący gaz wielkopiecowy (wysoka zawartość tlenku węgla) można dzięki zastosowaniu biotechnologii wykorzystać także do pozyskiwania etanolu (alkoholu, ważnego surowca dla przemysłu chemicznego, a zwłaszcza nośnika energii) w bioreaktorze. W ten sposób w przyszłości być może uda się ograniczyć kosztowne chemiczne procesy produkcji i fermentację biomasy.

Obecnie taki bioreaktor jest jednak eksploatowany tylko przez firmę LanzaTech w łącznie pięciu lokalizacjach (dwie w Chinach, jedna na Tajwanie, jedna w Nowej Zelandii), a tylko jedna z instalacji w Chinach działa komercyjnie.

Na te źródła opierają się wypowiedzi na tej stronie. Linki prowadzą do stron zewnętrznych.

• Wikipedia o rudzie żelaza: minerały rud żelaza z zawartością żelaza, rudy pasmowe, kraje wydobycia, wytapianie w hucie
• Wikipedia o rudzie pasmowej: powstawanie dzięki bakteriom i wzbogaceniu w tlen
• NLMK o produkcji stali: wielkość peletów 9 do 16 mm i zawartość żelaza w specyfikacji producenta