Tài liệu Báo cáo khoáng sản kim loại phần i sắt

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Phần I SẮT (Fe) MỞ ĐẦU Sắt là một dạng nguyên liệu quan trọng bậc nhất giữ vai trò cách mạng trong lịch sử. Sắt được ứng dụng hầu hết trong các lĩnh vực công nghiệp trên toàn thế giới. Việc nghiên cứu sắt là một vấn đề cần thiết và quan trọng trong ngành công nghiệp khai khoáng. Sắt tồn tại hầu hết ở các loại hình nguồn gốc mỏ: nhiệt dịch, cacbonatit, macma thực sự, mỏ bị biến chất, mỏ trầm tích… Sau đây sẽ tìm hiểu kỹ hơn về sắt lịch sử ra đời, tính chất địa hóa, các loại hình mỏ công nghiệp ở Việt Nam cũng như thế Giới và Sự nghiên cứu phân bố sắt ở Việt Nam Chương I. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH CHẤT ĐỊA HÓA I. Lịch sử Những dấu hiệu đầu tiên về việc sử dụng sắt là ở những người Sumeria và người Ai Cập vào khoảng 4000 năm TCN, các đồ vật nỏ như mũi giáo và đồ trang trí, đã được làm từ sắt lấy từ các thiên thạch. Vì các thiên thạch rơi từ trên trời xuống nên một số nhà ngôn ngữ học phỏng đoán rằng từ tiếng Anh iron, là từ có cùng nguồn gốc với nhiều ngôn ngữ ở phía bắc và tây châu Âu, có xuất xứ từ tiếng Etruria aisar có nghĩa là "trời". Vào khoảng những năm 3000 đến 2000 Trước Công Nguyên (TCN), đã xuất hiện hàng loạt các đồ vật làm từ sắt nóng chảy (phân biệt rõ với sắt từ thiên thạch do thiếu niken trong sản phẩm) ở Lưỡng Hà, Anatolia và Ai Cập. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng có lẽ là thuộc về hình thức trong tế lễ, và sắt đã là kim loại rất đắt, hơn cả vàng. Trong Illiad, các vũ khí chủ yếu làm từ đồng thau, nhưng các thỏi sắt đã được sử dụng trong buôn bán. Một số nguời cho rằng sắt được tạo ra khi đó như sản phẩm đi kèm của việc tinh chế đồng, như là những bọt sắt, và không được tái sản xuất bởi ngành luyện kim khi đó. Vào khoảng năm 1600 đến 1200 TCN, sắt đã được sử dụng nhiều hơn ở Trung Cận Đông, nhưng vẫn chưa thay thế được sự thống trị của đồng thau. . Cùng với việc chuyển đổi từ đồng thau sang sắt là việc phát hiện ra quy trình cacbua hóa, là quy trình bổ sung thêm cacbon vào sắt. Sắt được thu lại như bọt sắt, là hỗn hợp của sắt với xỉ với một ít cacbon và/hoặc cacbua, sau đó nó được rèn và tán phẳng để giải phóng sắt khỏi xỉ cũng như ôxi hóa bớt cacbon, để tạo ra sắt non. Sắt non chứa rất ít cacbon và không dễ làm cứng bằng cách làm nguội nhanh. Người Trung Đông đã phát hiện ra là một số sản phẩm cứng hơn có thể được tạo ra bằng cách đốt nóng lâu sắt non với than củi trong lò, sau đó làm nguội nhanh bằng cách nhúng vào nước hay dầu. Sản phẩm tạo thành có bề mặt của thép, là cứng hơn và ít gãy hơn đồng thau, là thứ đang bị thay thế dần. Ở Trung Quốc, những đồ vật bằng sắt đầu tiên được sử dụng cũng là sắt lấy từ thiên thạch, các chứng cứ khảo cổ học về các đồ vật làm từ sắt non xuất hiện ở miền tây bắc, gần Xinjiang trong thế kỷ 8 TCN. Các đồ vật làm từ sắt non có cùng quy trình như sắt được làm ở Trung Đông và châu Âu, và vì thế người ta cho rằng chúg được nhập khẩu bởi những người không phải là người Trung Quốc. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Trong những năm muộn hơn của nhà Chu (khoảng năm 550 TCN), khả năng sản xuất sắt mới đã bắt đầu vì phát triển cao của công nghệ lò nung. Sản xuất theo phương pháp lò nung không khí nóng có thể tạo ra nhiệt độ trên 1300 K, người Trung Quốc bắt đầu sản xuất gang thô và gang đúc. Nếu quặng sắt được nung với cacbon tới 1420–1470 K, một chất lỏng nóng chảy được tạo ra, là hợp kim của khoảng 96,5% sắt và 3,5% cacbon. Sản phẩm này cứng, có thể đúc thành các đồ phức tạp, nhưng dễ gãy, trừ khi nó được phicacbua hóa để loại bớt cacbon. Phần chủ yếu của sản xuất sắt từ thời nhà Chu trở đi là gang đúc. Sắt, tuy vậy vẫn là sản phẩm thông thường, được sử dụng bởi những người nông dân trong hàng trăm năm, và không có ảnh hưởng đáng kể đến diện mạo của Trung Quốc cho đến tận thời kỳ nhà Tần (khoảng năm 221 TCN). Việc sản xuất gang đúc ở châu Âu bị chậm trễ do các lò nung chỉ có thể tạo ra nhiệt độ khoảng 1000 K. Trong thời Trung cổ, ở Tây Âu sắt bắt đầu được làm từ bọt sắt để trở thành sắt non. Gang đúc sớm nhất ở châu Âu tìm thấy ở Thụy Điển, trong hai khu vực là Lapphyttan vàVinarhyttan, khoảng từ năm 1150 đến 1350. Có giả thuyết cho rằng việc sản xuất gang đúc là do người Mông Cổ thông qua nước Nga truyền đến các khu vực này, nhưng không có chứng cứ vững chắc cho giả thuyết này. Trong bất kỳ trường hợp nào, vào cuối thế kỷ14 thì thị trường cho gang đúc bắt đầu được hình thành do nhu cầu cao về gang đúc cho các súng thần công. Việc nung chảy sắt thời kỳ đầu tiên bằng than củi như là nguồn nhiệt và chất khử. Trong thế kỷ 18, ở Anh việc cung cấp gỗ bị giảm xuống và than cốc, một nhiên liệu hóa thạch, đã được sử dụng để thay thế. Cải tiến của Abraham Darby đã cung cấp năng lượng cho cuộc cách mạng công nghiệp. Tóm lại sắt là một dạng nguyên liệu quan trọng bậc nhất giữ vai trò cách mạng trong lịch sử ( F. Anghen). Sắt là một trong những sản phẩm chính của công nghiệp hiện đại và là một trong những cơ sở của nển văn minh ( V.Lenin). II. Tính chất địa hóa, thành phần khoáng vật 1. Tính chất địa hóa Sắt là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Fe và số hiệu nguyên tử bằng 26. Nằm ở phân nhóm VIIIB chu kỳ 4. Trọng lượng nguyên tử 55.85. Sắt có bốn đồng vị tự nhiên ổn định là Fe 54 , Fe 56 , Fe 57 và Fe 58 . Sự phổ biến tương đối của các đồng vị sắt trong tự nhiên là: Fe 54 (5,8%), Fe 56 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục (91,7%), Fe 57 (2,2%) và Fe 58 (0,3%). Sắt là nhóm ưu đá và ưa lưu huỳnh. Sắt là một trong 2 kim loại ( nhôm, sắt) phổ biến nhất trong vở Trái Đất, đứng sau O: 47%; Si: 29.5%; Al: 8.05%. Trị số trung bình (clack) trong vỏ Trái Đất của sắt là 4.65%. Trong tự nhiên, sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng oxit và alumosilicat. Sắt có khả năng thay thế đồng hình cho Mn, Ni, Mg, Zn. Sắt hóa trị 3 + bền vững trong điều kiện ngoại sinh. Người ta cho rằng trong lòng Trái Đất sắt và niken đi cùng nhau theo tỷ lệ tương đương thành phần trung bình của sao băng sắt ( Fe: 90%, Ni: 8.5%, Co: 0.5% và một ít tạp chất khác). Theo tài liệu vật lý thiên văn thì sắt thuộc những nguyên tố đặc trưng cho toàn vũ trụ. Trong không khí, sắt bền vững, mặt ngoài của sắt, thép thường bị xốp, đó là hiện tượng gỉ sắt. Trong thủy quyển, lượng sắt không đáng kể chiếm 5.10 6.5 . Thạch quyển lượng sắt chiếm chủ yếu. Sắt liên quan chặt chẽ tới đá mafic và siêu mafic 8.56%, trong đá trung tính là 8.85%, trong đá axit 2.7%, trong đá trầm tích 3.33%. Sắt còn tham gia vào mỡ các động vật, thực vật, trong thành phần máu động vật. 2. Thành phần khoáng vật Sắt tham gia vào khoảng 300 loại khoáng vật khác nhau, trong đó phải kể đến các loại như manhetit, hemait, manhezitmahetit inmenit, gơtit … Manhetit là một khoáng vật sắt từ có công thức hóa học Fe 3 O 4 , một trong các ôxít sắt và thuộc nhóm spinel do có cấu trúc tinh thể tương đồng. Manhetit xuất hiện trong các quặng sắt có nguồn gốc khác nhau: nội sinh, ngoại sinh, và biến chất. Manhetit là khoáng vật có từ tính mạnh nhất trong các khoáng vật xuất hiện trong thiên nhiên. Manhetit có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường hình thành đá. Manhetit phản ứng với oxy để tạo ra hematit, và cặp khoáng vật hình thành một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của ôxy. Các đá mácma thông thường chứa các hạt của 2 dung dịch rắn, một bên là giữa Manhetit và ulvospinel còn một bên là giữa ilmenit và hematit. Các thành phần của các cặp đôi khoáng vật được sử dụng để tính sự ôxy hóa diễn ra như thế nào trong macma (như sự phá hủy của oxy trong magma): một dãy các điều kiện oxi hóa được tìm thấy trong mácma và trạng thái oxy hóa giúp xác định làm thế nào máma có thể liên quan đến sự kết tinh phân đoạn. Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Các hạt Manhetit nhỏ có mặt trong hầu đết các đá mácma và các đá biến chất. Manhetit cũng được tìm thấy trong một số loại đá trầm tích như trong các thành hệ sắt phân dải. Trong một số đá mácma, các hạt giàu magnetit và ilmenit xuất hiện ở dạng kết tủa cùng nhau trong mácma. Manhetit cũng được sản xuất từ peridotit và dunit bằng phương pháp serpentin hóa. Hematit Fe 2 O 3 chứa 70% Fe và cí các tạp chất tố đồng hình Ti, Mg. Hematit thành tạo trong điều kiện đầy đủ oxy, gặp trong nhiều loại quặng có nguồn gốc khác nhau. Trong thiên nhiên gặp loại quặng hematit không bền vững có từ tính mạnh gọi là machomit, Hematit dạng tấm lớn gọi là speccularit, dạng vẩy gọi là mica sắt. Siderit FeCO còn gọi là spat sắt chứa 48.3% Fe thường có mặt các tạp tố đồng hình như Mg, Mn, Ca và các tạp chất cơ học SiO 2 , Al 2 O 3 Siderit được thành tạo trong điều kện thiếu oxy và thường gặp trong các mỏ quặng sắt nhiệt dịch, trầm tích, biến chất. 3. Quy mô mỏ Tùy thuộc vào con số về số lượng trữ lượng tài nguyên trong một mỏ, người ta phân loại mỏ quy mô như sau: mỏ khổng lồ, mỏ lớn, mỏ vừa và nhỏ. Bảng dưới đây thể hiện quy mô mỏ sắt ở một số nước trên thế giới. Bảng Fe -1 : Quy mô mỏ sắt ở một số nước trên thế giới ( nguồn: Theo tài liệu tổng hợp của Trần Bình Chưa, 1996) Quy mô mỏ ( tấn) V.I Krasninikov, G.A Gross, 1966 Meloux. 1977( pháp) Cục ĐC&KS Việt Nam 1960 ( Nga) ( Canada) 1986 (1) (2) (3) (4) (5) Khổng lồ n x 10 10 >1 x 10 9 >2 x 10 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 9 > 10 7 Lớn n x 10 9 2x10 9 -x10 8 5x10 6 -10x10 7 Vừa/trung bình n x 10 8 1x10 9 -1x 10 7 5x10 9 -5x10 7 2x10 6 -5x10 6 Nhỏ n x 10 7 <1 x 10 7 5x10 7 -5x10 6 <2 x 10 5 Không có giá trị độc lập - Xem thêm -