Wstęp - surowce metaliczne

Metale stanowią istotną grupę surowców przemysłowych. Pierwiastki metaliczne występują w przyrodzie przeważnie w postaci rud, które są przerabiane na czyste metale na drodze różnych procesów metalurgicznych. Z powodu swoich bardzo dobrych własności mechanicznych metale są powszechnie wykorzystywane do produkcji maszyn, urządzeń i wielu innych wyrobów, a także jako materiały konstrukcyjne w budownictwie. Największe znaczenie z punktu widzenia globalnej produkcji mają rudy żelaza. Produkcję rud żelaza charakteryzował w ostatnim 20-leciu trend wzrostów.

Rudy metali należą do surowców nieodnawialnych, jednakże w przeciwieństwie do surowców energetycznych człowiek może zwiększyć ich zasoby poprzez wielokrotne wykorzystanie. Recykling umożliwia włączenie tych samych materiałów, ale w przetworzonej wersji do ponownego obiegu produkcyjnego. Stopień odzyskiwania surowców silnie wzrasta, ponieważ wpływ na nim wywiera presja ekologii – zmniejszana jest ingerencja człowieka w środowisko, a jednocześnie zaś jeszcze silniej działają uwarunkowania ekonomiczne. Uzyskuje się dodatkowe, a zarazem tańsze źródło surowców i przeciwdziała się wystąpieniu bariery wyczerpania surowców, zwiększając przy tym bezpieczeństwo surowcowe.

Żelazo – charakterystyka metalu

Żelazo, ferrum, Fe, pierwiastek chemiczny leżący w grupie 8. w 4. okresie (żelazowce) układu okresowego, liczba atomowa 26, masa atomowa 55,85. Znanych jest jego 21 izotopów, w tym 4 trwałe. Należy do pospolitszych pierwiastków w skorupie ziemskiej (czwarte miejsce jako pierwiastek pod względem rozpowszechnienia), ogólną jego zawartość w środowisku szacuje się na 6%. Występuje w licznych rudach, najczęściej w postaci tlenków (np. magnetyt, hematyt, limonit), oraz w niewielkich ilościach w stanie rodzimym.

W organizmie dorosłego człowieka zawartość żelaza wynosi 4-5 g. Jest ono składnikiem hemoglobiny, mioglobiny oraz wielu innych białek i enzymów.

Jest miękkim, srebrzystobiałym, kowalnym i ciągliwym metalem, odkrytym w starożytności. Gęstość 7,87 g/cm3, temperatura topnienia 1535°C. Tworzy cztery odmiany alotropowe:

• α (trwała w temperaturze do 768oC, ma własności ferromagnetyczne),

• β (trwała w temperaturze 768-910°C, paramagnetyczna),

• γ (trwała w temperaturze 910-1400°C),

• δ (trwała w temperaturze powyżej 1400°C).

Znane są związki chemiczne żelaza na stopniach utlenienia od -II do VI.

Do najważniejszych należą związki żelaza(II) i żelaza(III). Jest aktywne chemicznie, z rozcieńczonym kwasem solnym i fluorowodorem reaguje po zmieszaniu reagentów w temperaturze pokojowej. Na gorąco wchodzi w reakcje z tlenem (Fe₂O₃), chlorem (FeCl₃), rozcieńczonym kwasem azotowym(V) (Fe(NO₃)₃), siarką (FeS). Silnie ogrzane ulega działaniu fluoru (FeF₃), pary wodnej (Fe₃O₄), stężonego kwasu siarkowego(VI) (Fe₂(SO₄)₃). Nie reaguje z wodorem, ulega pasywacji pod wpływem stężonego kwasu azotowego(V).

Do najważniejszych związków żelaza należą oprócz wymienionych: FeO, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃, FeSO₄·7H₂O, Fe₃C, Fe(CO)₅ oraz heksacyjanożelaziany(III) i heksacyjanożelaziany(II). W hutnictwie metaliczne żelazo otrzymuje się przez redukcję jego tlenków węglem (w postaci koksu). Światowa roczna produkcja żelaza sięga 750 mln t.

Stosowane do wyrobu rdzeni elektromagnesów, produkcji stopów (stal, żeliwo), farb, materiałów ściernych. Izotopy ⁵⁹Fe i ⁵⁵Fe wykorzystywane są w badaniach biochemicznych.

Źródło: www.portalwiedzy.onet.pl

Rudy żelaza na świecie

Żelazo, zaraz obok glinu, jest najbardziej rozpowszechnionym metalem w przyrodzie pierwiastków metalicznych. Ma ono zasadnicze znaczenie dla cywilizacji i stanowi około 95% wszystkich metali używanych przez człowieka. Rudy żelaza są dość równomiernie rozmieszczone, ale znacznie różnią się jakością (czyli zawartością metalu w rudzie). Największą jakość mają magnetyty i hematyty, zawierające nawet do 70% metalu. Znacznie mniej zasobne są limonity i syderyty (składy osadowe). W dzisiejszych czasach odchodzi się od eksploatacji złóż gorszej jakości, ponieważ przewóz i przerób niskoprocentowych rud jest nieopłacalny.

Zasoby rud żelaza szacuję się na ok. 160 mld ton, zawierających 80 mld ton żelaza. Największe eksploatowane złoża (90% zasobów świata) to:

• Ukraina (Zagłębie Krzyworoskie) – ok. 19% światowych rezerw

• Rosja (Magnitogorsk, Niżny Tagił, Kurska Anomalia Magnetyczna, rejon Ilimsko-Angarski, Półwysep Kolski – ok. 16% rezerw

• Brazylia (zagłębie Caracas w stanie Para, Itabira w stanie Minas Gerais) – ok. 14% rezerw

• Kanada (Półwysep Labrador w rejonie Schefferville) – ok. 14% rezerw

• Chiny (Anszan w prowincji Labrador i północna część prowincji Hebei położone w północnych Chinach, prowincja Hubei w centralnych Chinach, Mongolia Wewnętrzna, Panzhihuan w prowincji Sichuan w środkowo-zachodnich Chinach, Ma’an Shan w prowincji Anhui we wschodnich Chinach) – ok. 13% rezerw

• Australia (zagłębie Pijara, Iron Knob)

• Indie (Jamshedpur)

• USA (Zagłębie Mesabi Range nad Górnym Jeziorem, południowe Appalachy, Góry Skaliste)

• Wenezuela (rejon dorzecza Orinoko)

• RPA (okręg Thabazimbi)

• Unia Europejska (Szewcja – rejon Kirusa-Gallivare)

• Mauretania (Zuerat)

Opłacalność i duże zaotrzebowanie na rudy powoduje, że pomimo wyczerpywania się niektórych złóż w Stanach Zjednoczonych (Mesabi), w Brazylii (Itabira) czy Australii, obserwowany jest wzrost wydobycia w latach 2003-2004. Brazylia, Australia oraz Indie i Rosja należą, poza Chinami, do ścisłej czołówki producentów z wydobyciem w 2004r.:

• w wielkości 220 mln ton (Brazylia i Australia)

• i 110-95 mln ton (Indie i Rosja).

Na wyżej wymienione pięć krajów przypadało w tym roku 74% światowego wydobycia.

UWAGA: Zamiast Austria powinno być Australia

Źródło: M. Ziesing, Sicherheit der Rohstoffversorgung, USGS, Berlin 2005

W ostatnich latach wydobycie rud żelaza dynamiczne zwiększa się, co związane jest z silnym wzrostem konsumpcji stymulowanym w głównej mierze przez rozwój hutnictwa w Chinach. Wydobycie rud żelaza wyniosło 1,3 mld ton w 2004r. Wydobycie rud jest znacznie skoncentrowane, ponieważ 90% wydobycia przypada na 11 krajów.

Największym wytwórcą rud (prawie ¼ produkcji światowej), a zarazem największym konsumentem są obecnie Chiny. W 2000r. produkcja Chin i Brazylii była podobna, a obecnie różnice narastają, pomimo powiększenia ilości wydobywanych rud w obu krajach. Na duży wzrost wydobycia wpływa, poza chłonnością chińskiego rynku wewnętrznego, niska jakość złóż zawierających tylko 33% żelaza w rudzie.

W krajach Unii Europejskiej daje się zaobserwować ograniczenie wydobycia rud żelaza, co zdecydowanie związane jest z „naturalnym” osłabieniem pozycji górnictwa w wyniku wyczerpywania złóż i brakiem opłacalności eksploatacji rud niskoprocentowych. Taka sytuacja występuje na przykład we Francji, w zagłębiu rudonośnym w Lotaryngii oraz w Wielkiej Brytanii (okolice Northamtpon). W obu krajach odeszło się od wydobycia rud. Inne możliwości rozwoju górnictwa rudy żelaza ma Szwecja posiadająca duże, wysokiej jakości złoża zawierające prawie 70% czystego metalu.

Połowa produkcji rud i koncentratów żelaza jest przedmiotem wymiany międzynarodowej. Do głównych eksporterów należą Brazylia i Australia, na które przypada 3/5 światowego eksportu, oraz Indie i RPA (bardzo płytko położone rudy), Kanada, Rosja oraz Ukraina, a także Szwecja, Mauretania i USA. Z tej grupy ekspertów pochodzą też dostawcy Polski, a są nimi: Ukraina, Rosja, Brazylia i RPA. Do największych odbiorców rudy żelaza poza Chinami należą wysoko uprzemysłowione kraje świata: Japonia, kraje Europy Zachodniej, Korea Południowa i USA.

Rudy żelaza w Polsce

W Polsce w XX wieku prowadzono wydobycie rud żelaza w wielu kopalniach w rejonach: częstochowsko-wieluńskim, świętokrzyskim, łęczyckim, suwalskim i kieleckim. Trzy pierwsze obszary ze względu na duże rozproszenie złóż, niską zawartość metalu w rudzie oraz duży stopień wyeksploatowania złóż nie mają praktycznego znaczenia.

Złoże suwalskie oprócz żelaza zawiera domieszkę tytanu i wanadu. Ze względu na te domieszki ruda tu występująca nie nadaje się do wytopu żelaza, może jednak stanowić surowiec do produkcji koncentratu tytanowego oraz pięciotlenku wanadu. W suwalskim masywie zasadowym występują magmowe złoża rud żelaza. Są to wanadonośne rudy magnetytowo-ilmenitowe, o zasobach żelaza, tytanu oraz wanadu. Rudy te występują w złożach Krzemianka i Udryń na głębokości od 850 do 2300 m. Rudy magnetytowo-ilmenitowe mogły budzić zainteresowanie głównie jako surowiec wanadu. Jednak głębokość ich występowania, a także niska zawartość wanadu w rudach suwalskich, wobec odkrycia znacznych zasobów tego typu złóż na świecie, płytko występujących na wychodniach, szczególnie w RPA, wskazuje, że ewentualne zagospodarowanie rud suwalskich nie może być brane w przewidywanej przyszłości. Głębokość występowania i lokalizacja w regionie wybitnie konfliktowym dla eksploatacji (w pobliżu Wigierskiego Parku Narodowego) powodują, że złoża suwalskich rud żelaza należy obecnie traktować jako interesujący obiekt geologiczny, bez znaczenia praktycznego.

Warunki zalegania złoża są trudne; ruda tworzy soczewki zapadające pod dużym kątem. Ponadto eksploatacja złoża byłaby niekorzystna ze względu na degradację środowiska w tym stosunkowo mało zanieczyszczonym obszarze Polski. W tej sytuacji zaniechano wydobycia rud żelaza.
Potrzeba polskiego hutnictwa pokrywamy importem głównie z Ukrainy, Brazylii, Szwecji i Chin.

Kierunki polskiego importu i eksportu rud, koncentratów i żelaza metalicznego

Źródło: http://www.pgi.gov.pl/surowce_mineralne/zelazo.htm

Bibliografia:

pozycje książkowe:

• Geografia: Kompendium w zarysie i zadaniach, wyd. Difin

• Geografia społeczno-ekonomiczna, wyd. Greg

strony internetowe:

• http://www.pgi.gov.pl

• http://portalwiedzy.onet.pl

• www.geozone.kero.pl

• www.abc-ekonomii.net.pl

Autor opracowania:

Anna Lotkowska