铁矿石是怎么形成的?
地壳中含有大量的铁元素,我们知道正常情况下元素只能转移不会消失,所以从逻辑上来说地球上应该是不缺铁矿的,铁矿只是铁元素经过漫长的旅程形成的化合物。
各类含有铁的岩石在外部的经过风化之后,里面的铁开始接触空气发生氧化作用,氧化铁是可以溶于水中的,随着水流逐渐沉积到低处,这些氧化铁集中形成了铁矿层。距离形成目前的铁矿还差几步,这时候的氧化铁还是比较松散的,当各类地壳运动伴随着高温和高压,铁矿层形成了如今规模巨大的铁矿。
这就像是发生了一场化学反应,正如我们的人造金刚石是碳在高温高压的情况下形成的,铁矿的形成机制有些类似。铁的冶炼技术极大地促进了社会生产力的发展,这要感谢大自然的馈赠。
铁矿石的成分是什么?
成分按照对我们人类是否有价值可以分为铁,有害杂质,有用成分和造渣成分这四种。
1、铁
我们千辛万苦挖出来的铁矿,最主要的目的就是用来炼铁,所以铁的占比越多越好,专业术语称之为铁品位高。
2、有害杂质
有害杂质会影响产成品生铁或者是钢的质量,所以铁矿并不是挖出来后就直接往高炉里面送,需要先判断有害杂质的比例是否超标,如果超标的话需要进行进一步的筛选才行。
硫:属于铁矿中影响最大的有害成分,这些硫在高炉里面需要进行脱硫处理,含量越高处理的成本越高,可以说硫的多少影响了炼钢的成本。如果你想偷懒不处理的话,会使得后续锻造时产生热脆性(俗称开裂),因为硫化铁等的熔点小于1000度,而钢材热加工的时候温度是远远超过1000度的,这样加热的时候硫化铁先熔化了,受热不均使得钢材开裂。
磷:前面的硫会产生热脆性,磷恰恰是能产生冷脆性。在高炉冶炼的时候磷会全部进入生铁中,由于磷只能在炼钢环节来处理,所以综合考虑最好的方式是控制好铁矿石里面的含磷量。拖到后面处理只能使得成本更高,所以说炼钢是门技术活,必须要谋定而后动。
铅:高中化学有个氧化还原的概念,纯净的铅大自然里面比较少见,多是以化合物的形式存在。在高炉里面铅几乎全部被还原(变成了纯纯的铅)。铅的密度是很大的(小时候会把铅当成银子,颜色接近分量也非常的足),自然而然的沉在高炉底部,容易破坏炉底,严重的会造成炉底烧穿(原理类似与我们烧菜时锅底烧焦)。
锌:锌容易气化,气化之后会变成氧化锌,破坏高炉顶部的耐火砖,所以含量也是不能太高的。
碱金属:钾、钠。高炉本身有一定的排碱能力,只有在允许的范围内都是可以接收的,一旦超过的会影响到焦炭的还原能力。焦炭的成本占比还是挺高的,超标的碱占比会大幅提高焦比,造成炼钢成本的提升。
砷:有害元素的一种,会使钢材焊接性能变差(冷脆性),而且在后续的烧结阶段,砷会挥发对环境有不小的污染。
3、有用成分
铜:和硫一样具有热脆性,影响钢材的轧制。铜也不全是坏处,少量的铜能提高钢材的耐腐蚀性。
钛:可以改善钢的耐磨性和耐腐蚀性,同时还有保护高炉的作用,有些钢厂还专门买钛矿加入高炉中。钛的含量也是不能太高的,太高炉渣会变稠,影响流动性。
4、造渣成分
高炉的主要作用就是把铁矿石变成铁水,在这一过程中会产生很多废弃物,比如水渣中各类重金属元素(前面我们提到的有害物质)。这只是其中的一小部分,大部分是各类化合物,占比最高的是氧化铁(40%左右),然后是氧化硅、氧化钙、氧化镁等。
氧化铁和氧化硅的颜色比较深,容易对土壤和水体造成污染,其他的重金属对人体也是有害的,长期暴露其中会导致各类呼吸道疾病。讲到这里我想到了一些政策方面的事情,比如河北要开始抓环保了,这个时候高炉里面的铁矿是不是重要污染物源,是不是要停产整改一下?如果动起真格钢材产量会有一个明显的下降。
同样的政策可能产生的价格影响不一样,比如以前大粗放生产的时候,大家环保都不达标,一旦搞环保整治必然是大面积的停产,二级市场的表现为成材价格上涨,原料下跌。如果经历过16年的供给侧改革之后,大部分厂都配备了环保设备,这个时候同样的政策出台后,钢厂的应对措施是不一样的,他们可能会从原料端入手,加入品味更高的铁矿,保证高炉吃到的是精粮。我们盘面交易的恰恰是高品矿,那个时候会看到非常诡异的场景,环保政策出台后铁矿反而大涨,一般人看来这是非常违背常识的。
总结
从铁矿的各类成分分析中我们可以对高炉炼钢环节得出一个初步的认识。
1、铁矿的成分非常复杂,核心操作是取出中间的铁还要保证较低的炼钢成本、设备的正常运转以及不容忽视的环保成本。
2、由于炼钢环节很多,所以要提前考虑后面环节的操作,在铁矿的选取上面要把握的原则是有害成分尽可能的低,有用成分控制在合理范围,含铁量越高越好。
3、各类杂质经过还原和氧化反应后随水渣排出,这样我们的初步产成品生铁就顺利进入下一环节了。
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