Materii prime, combustibili și fondanți utilizate în procesul de elaborare a fontei

Capitolul 1. Minereuri

1.1. Generalităţi

Toate metalele cunoscute se găsesc în scoarţa pământului sub formă de combinaţii chimice ca oxizi, sulfuri, carbonaţi, silicaţi, etc., şi mai rar în stare liberă cum este cazul aurului, argintului, cuprului.

Aceste combinaţii chimice ale metalelor se găsesc dispersate în scoarţa terestră sau sunt concentrate în anumite zone formând zăcăminte metalifere.

Combinaţiile chimice naturale se numesc minerale, ele putându-se găsi în scoarţa terestră libere sau asociate şi poartă denumirea de roci. Orice rocă din care se poate extrage economic cu mijloacele tehnice existente într-o etapă dată o substanţă utilă se numeşte minereu.

Denumirea minereului este dată de metalul care se extrage din el ( minereu de fier, minereu de mangan, etc.). Pe lângă partea utilă ( metalul sub formă de mineral util), minereurile mai conţin şi parte sterilă(minerale sterile) care poartă numele de steril sau gangă. Partea sterilă din minereu este formată în general din oxizi cu caracter bazic ( CaO, MgO) şi oxizi cu caracter acid ( , ). În funcţie de raportul cantitativ dintre oxizii bazici şi oxizii acizi( B= oxizi bazici/ oxizi acizi), minereurile se pot împărţi în minereuri cu steril bazic( B>1), cu steril autofondant (B=1) şi cu steril acid (B<1). Din punct de vedere al cantităţii de parte utilă din minereu, acestea pot fi minereuri bogate şi minereuri sărace.

Ramura industriei care se ocupă cu extragerea metalelor din minereuri se numeşte metalurgie, iar cu extragerea fierului din minereuri, metalurgia fierului sau siderurgia.

Elementul principal care intră în compoziţia fontei este fierul, care din punct de vedere chimic este un metal având masa atomică 55,847, numărul atomic 26, prezentând patru stări alotropice( cu sistemul de cristalizare cubic cu volum centrat şi cu sistemul de cristalizare cubic cu feţe centrate).

Fierul este foarte răspândit în scoarţa terestră(4,70%) ocupând locul al IV-lea ca element după Oxigen, Siliciu şi Aluminiu. Datorită cantităţii mari pe care o are faţă de Oxigen, ne se găseşte în stare liberă în natură decât în mod întâmplător( fier meteoric). Fierul formează cu Oxigenul combinaţii de forma ( hematită), ( magnetită), (limonită). De asemenea se mai întâlneşte sub formă de carbonaţi, (siderită), silicaţi şi , sulfuri ( pirită, pirotină). Se mai poate găsi asociat cu alte metale, mangan, nichel, crom, vanadiu, titan, formând minereurile complexe.

În industria siderurgică pe lângă minereurile de fier, în mod frecvent, se utilizează şi minereuri de mangan, manganul intrând în toate cazurile în compoziţia fontei. În zăcăminte, manganul se găseşte sub formă de combinaţii asemănătoare cu cele ale fierului: oxizi( ), carbonaţi( ), silicaţi, etc.

Conţinutul de substanţă utilă a zăcămintelor de fier şi de mangan este diferit, datorită condiţiilor de formare şi structură mineralogică. Rentabilitatea prelucrării unui minereu depinde de o serie de factori: conţinutul în substanţă utilă, procedeele tehnologice ce se aplică, starea fizică a zăcământului, distanţa până la locul de prelucrare, etc.

1.2. Minereurile de Fier

Deşi fierul ocupă locul II între metalele ce se găsesc în scoarţa terestră, zăcămintele de fier ce pot fi exploatate şi prelucrate în mod economic sunt limitate. În privinţa acestor zăcăminte, datele existente se caracterizează printr-o oarecare lipsă de stabilitate explicabilă prin prospecţiuni insuficiente pe o suprafaţă importantă a globului. După ultimele evaluări, rezervele mondiale de minereu de fier sunt aproximativ 460 miliarde de tone, din care peste 270 miliarde sigure. Răspândirea acestei bogăţii naturale pe ţări şi continente este extrem de inegală. Dintre marile ţări producătoare de fontă şi oţel, numai trei dintre ele dispun de o bază de minereuri de fier suficientă şi care satisface din punct de vedere calitativ necesităţile. Celelalte ţări cu industria siderurgică dezvoltată, parţial chiar şi USA, recurg la minereu din import. Din situaţia rezervelor mondiale de minereu de fier se constată că aproape 90% din acestea sunt deţinute de următoarele ţări: USA, Brazilia, Canada, India, Venezuela, Australia, Franţa, Zair.

Producţia mondială de fontă este strâns legată de exploatarea minereurilor de fier şi de conţinutul de fier al acestora. Structura producţiei mondiale de minereu de fier este prezentată în figura 1.1; în prezent pe plan mondial se exploatează peste 1 miliard de tone de minereu de marfă anual.

Caracteristicile după care se apreciază posibilitatea folosirii şi rentabilitatea unui minereu în procesul de producere a fontei în furnal sunt următoarele:

a) conţinutul de substanţă utilă;

b) structura mineralogică şi reductibilitatea;

c) conţinutul de steril şi de elemente dăunătoare;

d) starea fizică.

a) Conţinutul de substanţă utilă ( Fe)

Limita inferioară a conţinutului de fier, de la care un minereu se poate utiliza pentru topirea şi reducerea în furnal, este greu de precizat fiind condiţionată de mai muţi factori tehnici şi economici. În prezent pe plan mondial nu se practică exploatarea zăcămintelor al căror conţinut de fier este sub 30%, iar furnalele se încarcă în general cu minereuri al căror conţinut de fier depăşeşte 40%.

În ultimele două decenii pe plan mondial s-a trecut la aplicarea pe scară din ce în ce mai largă a procedeelor de îmbogăţire a minereurilor. Sunt frecvente cazurile când minereurile cu peste 50% Fe sunt supuse îmbogăţirii. S-a stabilit experimental că o creştere a productivităţii furnalului cu 1,5-2,5% şi o reducere a consumului specific de cocs în aceeaşi măsură. Prin îmbogăţire, din minereuri se separă parţial sterilul şi se înlătură o parte din substanţele nocive. Din calculele economice rezultă că înlăturarea sterilului din minereu prin operaţia de îmbogăţire se face de trei ori mai ieftin decât în furnal.