Применение сидеритовых руд при производстве чугуна и стали

А. С. Вусихис, Л. И. Леонтьев 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ПРИМЕНЕНИЕ СИДЕРИТОВЫХ РУД 
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЧУГУНА И СТАЛИ 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022

УДК 669.05:669.162.12 
ББК 34.22 
В88 
Рекомендовано к изданию 
ученым советом 
Института металлургии 
Уральского отделения РАН 
Рецензент: 
доктор физико-математических наук Гельчинский Б. Р. 
Вусихис, А. С. 
В88  
Применение сидеритовых руд при производстве чугуна и стали : 
монография / А. С. Вусихис, Л. И. Леонтьев. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. - 116 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0818-9 
Приведены общие сведения о ресурсах сырья Бакальского месторождения, оценены запасы железных руд Бакальского рудного поля. Представлены 
химические и минералогические составы сидеритов основных месторождений, 
результаты исследований изменения физико-химических и металлургических 
свойств сидеритов в процессе термообработки с целью определения параметров 
упрочняющего и восстановительного обжига. Рассмотрен промышленный опыт 
и оценена эффективность использования сидеритов в доменной плавке, определена возможность их применения в сталеплавильном производстве при различных способах их подготовки.  
Для инженерно-технических работников предприятий черной металлургии, проектных и научно-исследовательских центров. Может быть полезно студентам и аспирантам, обучающимся по направлению «Металлургия». 
УДК 669.05:669.162.12 
ББК 34.22 
ISBN 978-5-9729-0818-9 
© Вусихис А. С., Леонтьев Л. И., 2022 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Среди запасов железорудного сырья на Урале особое место занимают сидериты Бакальского месторождения, долгое время являвшиеся сырьевой базой 
ряда предприятий. 
Бакальское месторождение - одно из крупнейших месторождений сидеритов в мире. Балансовые запасы сидеритов составляют около 1 млрд т. Горногеологические условия позволяют добывать 20-25 млн т руды в год. Реальная 
добыча во много раз меньше. 
Это объясняется рядом причин: сравнительно низкое содержание железа 
(30-35 ), высокое (10-12 ) содержание магнезии, глубокое залегание руд, а 
также отсутствие разработанной технологии обогащения и подготовки сидеритов к плавке с получением материала богатого железом с низким содержанием 
оксида магния и вредных примесей. 
Существующая в настоящее время технология обогащения, включающая 
окислительный обжиг руды и последующую магнитную сепарацию, позволяет 
получать концентрат с содержанием железа 48-50  при степени извлечения 
около 80 . По сравнению с доменной плавкой на сырой сидеритовой руде использование в качестве шихты этого концентрата дает определенный экономический эффект. Однако, показатели плавки на данном сырье ниже по сравнению с аналогичными параметрами доменной плавки на магнетитовых концентратах, содержащих 62-65  железа. Восстановительный обжиг позволяет увеличить содержание железа в концентрате до 68-70 . Однако, содержание в 
нем пустой породы остается таким же, как и в концентрате, полученном при 
окислительном обжиге. Кроме того, качество концентрата, получаемого при таком обогащении, не отвечает требованиям современной металлургии. 
Говоря о перспективах развития Бакальских рудников, необходимо 
учесть следующее: в связи с истощением запасов коксующихся углей, ужесточением экологических требований, предъявляемых к металлургическому производству, повышением требований к качеству стали в мировой горно 
3

металлургической промышленности получает широкое распространение бескоксовая переработка железных руд с получением высококачественных металлизованных материалов с частичным или полным восстановлением железа до 
металлического состояния. 
Бакальские сидериты относятся к труднообогатимым рудам. Обогащение 
их обычными методами не обеспечивает удовлетворительного качества концентрата даже при очень тонком измельчении. Содержащийся в сидерите оксид 
магния химически связан с железом, поэтому при обычном обогащении он почти полностью переходит в концентрат. Металлизация позволяет разорвать химические связи оксидов железа с оксидами пустой породы. Однако, восстановленный металл равномерно распределяется по объему куска или окатыша, что 
требует очень тонкого измельчения для отделения пустой породы последующей магнитной сепарацией. С целью облегчения обогащения разработаны основы процесса, предусматривающего перераспределение металлической и шлаковой фазы уже на стадии металлизации с получением железа в виде корольков 
металла крупностью до 3-5 мм. 
В монографии приведены общие сведения о бакальских сидеритовых рудах, особенности их химического и минералогического составов, результаты 
исследований изменения физико-химических и металлургических свойств сидеритов в процессе термообработки с целью определения параметров упрочняющего и восстановительного обжига. Оценена эффективность использования 
сидеритов в доменной плавке и сталеплавильном производстве. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4

1. ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  
СИДЕРИТОВЫХ РУД БАКАЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ 
 
1.1. Состояние запасов железных руд Бакальского месторождения 
 
Бакальское рудное поле - одно из крупнейших месторождений железных 
руд на Урале. По состоянию на 01.01.2012 г. их балансовые запасы по категориям AВС1 составляют 625 млн т, из них 594 млн т представлены сидеритовыми рудами и 31 млн т бурыми железняками. С учетом категории С2 общие 
балансовые запасы сидеритов составляют 953 млн т, бурых железняков - 
34 млн т. Запасы руд по отдельным месторождениям приведены в табл. 1.1. 
 
Таблица 1.1. Запасы железных руд бакальской группы месторождений  
на 01.01.2012 г. 
Месторождение 
Запасы, тыс. т 
Содержание 
Всего, т. т 
Тип руд 
АВС1 
С2 
Забалансовые запасы 
Fe,  
(АВС1С2)
Стоящие на балансе ООО «БРУ», разрабатываемые 
Ново-Бакальское 
64025 
16328 
0 
33,02 
80353 
Бурые железняки 
332 
0
45,21 
332
Сидериты 
63693 
16328
0
32,97 
80021
Петлинское 
12808 
1018 
0 
43,65 
13826 
Бурые железняки 
12378 
1018
0
44,26 
13396
Сидериты 
430 
0
29,08 
430
Шиханское  
сидериты 
294780 
93150 
24909 
29,87 
387930 
в т. ч. участки: 
Северный 
54724 
3078 
817 
32,08 
57802 
Средний 
129655 
38970
30,19 
168625
Южный 
110401 
51102
24092
28,41 
161503
ИТОГО: разрабатываемые 
371613 
110496 
0 
30,90 
482109 
Бурые железняки 
12710 
1018 
0 
44,28 
13728 
Сидериты 
358903 
109478
0
30,42 
468381



 
5

Продолжение таблицы 1.1 
Стоящие на балансе ООО «БРУ», временно законсервированные
С-З склон горы 
 Иркускан 
19607 
911 
0 
34,64 
20518 
Бурые железняки 
0 
16
0
0,00 
16
Сидериты 
19607 
895
0
34,64 
20502
ИТОГО: законсервиров 
19607 
911 
0 
34,64 
20518 
Бурые железняки 
0 
16
0
0,00 
16
Сидериты 
19607 
895
0
34,64 
20502
ИТОГО: по ООО 
«БРУ» 
391220 
111407 
0 
31,08 
502627 
Бурые железняки 
12710 
1034
0
44,28 
13744
Сидериты 
378510 
110373
0
30,64 
488883
Государственный резерв
ВосточноБуландихинское 
13389 
4277 
0 
33,15 
17666 
Бурые железняки 
615 
47,20 
615
Сидериты 
12774 
4277
32,60 
17051
им. ОГПУ 
12426 
263 
8950 
29,14 
12689 
Бурые железняки 
121 
46,20 
121
Сидериты 
12305 
263
8950
29,00 
12568
НижнеБакальское 
149 
0 
0 
38,40 
149 
Бурые железняки 
149 
38,40 
149
Канатная  
дорожка 
53 
0 
0 
43,40 
53 
Бурые железняки 
53 
43,40 
53
Ю-В склон горы 
 Иркускан 
2588 
383 
0 
38,36 
2971 
Бурые железняки 
441 
48,30 
441
Сидериты 
2147 
383
36,60 
2530
Рудничное 
187454 
243577 
0 
31,65 
431031 
Сидериты 
187454 
243577
31,65 
431031
Зюраткульский 
участок 
5137 
0 
0 
41,40 
5137 
Бурые железняки 
5137 
41,40 
5137
Ново-Карельское 
953 
621 
0 
41,91 
1574 
Бурые железняки 
953 
621
41,91 
1574
Еловое 
11997 
1835 
8896 
39,64 
13832 
Бурые железняки 
10685 
1260
7740
40,60 
11945
Сидериты 
1312 
575
1156
32,90 
1887
ИТОГО 
 гос. резерв  
234 146 
250 956 
10106 
32,27 
485 102 
Бурые железняки 
18 154 
1 881
7740
41,33 
20 035

 
6

Окончание таблицы 1.1 
Сидериты 
215 992 
249 075
10106
31,61 
465 067
ВСЕГО  
ПО БАКАЛУ 
625 366 
362 363 
17 846 
31,46 
987 729 
Бурые железняки 
30 864 
2 915
7740
42,55 
33 779
Сидериты 
594 502 
359 448
10 106
30,99 
953 950
 
Основные запасы бурых железняков сосредоточены на месторождениях 
Петлинское и Ежовое, а сидеритовых руд - на Ново-Бакальском, Шиханском и 
Рудничном месторождениях. Бурые железняки добываются на Бакальских рудниках более 200 лет. Их запасы ограничены, использование их известно (агломерат для доменных печей). Наиболее богатые (36,5 ) по железу сидеритовые 
руды сосредоточены на месторождении Юго-Восточный склон горы Иркускан, 
а наиболее бедные (29,0 ) - на месторождении им. ОГПУ. Открытым способом сидеритовую руду добывают на трех рудниках: Ново-Бакальский, Иркускан, Шуйдинский, а подземной разработкой - на шахте «Сидеритовая». 
 
1.2. Минералогический состав сидеритовых руд 
 
Минералогический и химический состав сидеритовых руд очень разнообразен [1-9]. Технологические пробы руды, отобранные из разных месторождений, существенно отличаются между собой по составу железосодержащих минералов, разубоживающих пород, по размерам включений и количественному 
соотношению железосодержащих и породообразующих минералов. 
Сидеритовая руда представляет собой кристаллические зернистые породы 
большей частью темно-серой и светло-серой окраски, внешне напоминающие 
мраморы. Рудная часть представлена двумя-тремя разновидностями сидерита: 
а) сидеритом разнозернистой структуры; 
б) сидеритом среднезернистой структуры (на Бакале почти не встречается); 
в) сидеритом тонко- и мелкодисперсной структуры. 
Форма у зерен неправильная, близкая к изометрической. По окраске среди сидеритовых руд наблюдаются однородно и неоднородно окрашенные раз 
7

ности. Текстуры у сидеритовых руд разнообразные. Выделены следующие типы текстур: массивные, прожилковые, брекчиевые, полосчатые, червячные, 
гранулитовые и др. Породная часть: доломиты, доломитизированные известняки, сланцы кварцево-глинистого состава, диабазы и кварциты. 
Минералы, представляющие собой изоморфную смесь карбонатов железа, магния, представлены в таблице 1.2. 
 
Таблица 1.2. Изоморфный ряд FeCO3 - MgCO3 
Наименование минералов 
Параметры содержания,  
FeCO3
MgCO3 
Сидерит 
95-100 
0-5 
Сидероплезит
70-95
30-5 
Пистомезит 
50-70
50-30 
Мезитит 
30-50
70-50 
Брейнерит 
5-30
70-95 
Магнезит 
0-5
95-100 
 
Минералогическими исследованиями [8] установлено, что основными 
железосодержащими рудными минералами бакальских сидеритов являются сидероплезит и пистомезит, которые кроме карбонатов железа и магния содержат 
карбонат марганца. В зависимости от содержания оксида магния сидероплезит 
подразделяется на несколько разновидностей [2]: 
- магнезиальный, содержащий до 11  MgO и 34.5  Fе; 
- среднемагнезиальный (11-13,8  MgO и 34,5-33,0  Fе); 
- высокомагнезиальный (13,8  MgO и 33,0  Fе). 
В зависимости от размеров нерудных включений сидеритовые руды подразделены условно на крупновкрапленные с размерами нерудных включений 
более 3 мм и тонковкрапленные с размерами нерудных включений менее 3 мм. 
Крупновкрапленные руды в свою очередь подразделяются по раскрываемости 
сидероплезита на две разновидности. При обогащении первой разновидности в 
крупности 50-0 мм выделяются отвальные крупные хвосты и бедные концентраты, представленные сидероплезитом с тонкими включениями кварца или 
сланца, раскрывающиеся при тонком измельчении (100  класса - 0,074 мм). 
 
8

При обогащении второй разновидности руды крупностью 50-0 мм выделяются 
крупнокусковые концентраты с содержанием Fе 29-34 . MgO - 12-17 ,  
SiO2 - 4-5 . Хвосты, выделенные из этих руд, содержат 26  Fе и представлены сростками сидероплезита со сланцами или кварцем, раскрывающихся при 
измельчении до -3 мм или -1 мм. 
К крупновкрапленным относятся руды месторождений им. ОГПУ, НовоБакальского и Восточно-Буландихинского. Руды месторождения Иркускан 
представлены крупновкрапленными и мелковкрапленными рудами. Железо 
представлено преимущественно в двухвалентной форме в карбонатах. Трехвалентное железо указывает на частичное окисление. С рудными минералами в 
сидеритовой руде связано 97-98  железа. Содержание железа, связанного с 
силикатными (сланцы, диабазы и др.) и карбонатными (анкеритом, доломитом) 
пустыми породами, незначительное и составляет 1,5-3 . Средний химический 
состав сидеритовых руд по месторождениям представлен в табл. 1.3 [10]. 
 
Таблица 1.3. Химический состав сидеритов месторождений, эксплуатируемых  
ОАО «Бакальские рудники» 
Месторождение 
Содержание 
Fe 
P 
S
П.п.п
SiO2
Al2O3
CaO 
MgO 
MnO
Ново- 
Бакальское 
31,54 0,001 0,06
35,54 
7,37 
2,20 
2,12 
9,67 
1,25 
Восточно-Бу- 
дандихинское 
32,70 0,008 0,13
36,66 
6,79 
0,74 
1,91 
9,11 
1,72 
им. ОГПУ 
23,10
0,013 0,79
35,33
6,93
1,86
7,08 
14,23 
1,01
Северо- 
Шиханское  
28,46 0,013 0,13
33,97 
11,14
2,84 
2,66 
9,39 
1,35 
Гаевское 
33,6 
0,040 0,08
35,91
7,65
1,62
0,57 
8,05 
1,59
Шуйдинское 
30,76
0,013 0,22
38,88
4,80
0,66
3,94 
11,04 
1,37
 
Из приведенных в табл. 1.3 данных следует, что массовая доля железа в 
сидеритовых рудах изменяется от 23 до 34 , оксида магния - от 8 до 15 . 
Кроме оксидов железа и магния в сидеритах содержится некоторые количества 
оксидов кальция и марганца. Содержание оксида марганца в руде в количественном отношении более или менее постоянная величина (1-2 ). Колебания 
 
9

содержания СаО значительные: от 0,5 до 7,5 . Из некарбонатных примесей 
отмечается SiO2, связанный, главным образом, с наличием в рудах свободного 
кремнезема (кварц, халцедон), а также силикатов и алюмосиликатов; Al2O3 - в 
виде глинистой составляющей сланцев. Сера в сидеритовых рудах представлена преимущественно сульфидами, а в баритизированной сидеритовой руде встречается в виде сульфатов. По содержанию фосфора руды относятся к 
чистым (менее 0,04 ). Поскольку минеральные фазы (сидероплезит и пистомезит) в сидеритовой руде представляют собой изоморфную смесь карбонатов 
железа, магния и марганца, то при обогащении механическим путем невозможно выделить в чистом виде окислы железа или рудного элемента, входящие в 
кристаллическую решетку минерала. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10