Kde je ruda?

Bez kovových předmětů si nelze představit lidský život – zařízení, nádobí, budovy, to vše je vyrobeno díky neustálé výrobě. Ale kde tento proces začíná? Zpočátku se k získávání surovin používají minerální rudy, které se těží v lomech a dolech.

Ruda je nerostný zdroj, který obsahuje velké množství kovů. Taví se z něj slitiny, které se následně používají při výrobě. Vzhledem připomínají kameny s lesklými inkluzemi. Někteří lidé nemají ponětí, jak ocelová lžíce vypadá, než jde do tavicích pecí zpracovávat rudu. Nerosty leží hluboko pod zemí, proto se těží důlními a lomovými metodami.

Jaké druhy rudných minerálů existují?

Na světě existuje více než 200 kategorií kovové rudy na základě typu převládající složky, ale vědci identifikovali širokou klasifikaci. Je menší, takže je mnohem pohodlnější používat.

Standardní klasifikace druhů kovových rud, která je obecně přijímána všemi zeměmi, vypadá takto:

Existuje také klasifikace založená na bohatství – bohatí a chudí. Vypočítává se podle množství kovu v rudě. V sektoru železa – bohatí z 50 %, chudí z 20 %. Neželezné kovy se těží mnohem obtížněji a horniny jsou považovány za bohaté od 6 %. Chudé minerály jsou klasifikovány jako nekovové, protože hornina může být zdrojem silikátů, křemíku nebo síry.

Metalurgie neželezných kovů je jednou z nejnebezpečnějších pro ekologii Země. Při výrobě se do ovzduší uvolňuje obrovské množství škodlivých chemikálií, proto se takové podniky nacházejí daleko od měst.

Základem je železná ruda

Železná ruda je horská nebo vulkanická hornina, která obsahuje velké množství kovu a její zpracování ve výrobě je rentabilní. Jinými slovy, pokud kámen obsahuje méně než 20 % železa, nelze jej považovat za kovovou rudu. Používá se pro tavení kovů – oceli, litiny, slitin.

Železná ruda vzniká třemi způsoby:

• Ohnivý;
• Metamorfismus;
• Sedimentární.

První se vysvětluje tím, že při sopečných erupcích se kovy taví a mísí s horninami a díky tekutosti magmatu vyrážejí na povrch a tuhnou. Většina nečistot, které mají nízkou požární odolnost, vyhoří při vysokých teplotách, takže procento obsahu železa v takových rudách je velmi vysoké. Vyvřelé nerosty jsou nejrozšířenější na světě, jejich ložiska se nacházejí v blízkosti sopek, které vyhynuly před několika tisíci lety.

Metamorfní proces je také důsledkem vysokých teplot. Látky, které se nacházejí ve velkých hloubkách, jsou vystaveny tlaku a teplu, v důsledku čehož se mění jejich krystalová struktura. Vrstvy, kde se vyskytují rudní minerály, vycházejí na povrch při pohybu tektonických desek. Také skalní útvary, pod kterými leží minerály, jsou časem zničeny, což usnadňuje těžbu cenných materiálů.

Hlavní roli v sedimentačním procesu vzniku železné rudy hraje vítr a voda, jejichž vlivem vymývá křehkou horninu a zůstávají pouze kovové kostry – železná ruda. Procento kovu v této rudě je nejvyšší, ale je mnohem méně obvyklé.

Podobný mechanismus usazování má i zlato, které z horniny vyplavila tekoucí voda. Tento proces vyvolal ve Spojených státech zlatou horečku. Nyní se malé země zabývají podobnou metodou těžby drahých kovů.

Těžba rudy v průmyslovém měřítku začala ještě před naším letopočtem. Archeologové sledovali tento proces již velmi dlouho. Zpočátku se člověk naučil zpracovávat bronzovou rudu, poté železo a drahé kovy.

Čtěte také: Počítačová technika pro pravděpodobnostní předpovědi zřícení lavicových hranolů na mezním obrysu lomu

Těžba rudných nerostů umožnila člověku vyvinout technologie, zbraně, stavebnictví a další oblasti.

Moderní výroba kovu z rudy

Ruda je kámen obsahující velké množství silikátů. Elektromagnetický separátor se používá k třídění bohatých hornin a odpadních hornin. K oddělení kovu od rudy je rozdrcena na malé kousky a ošetřena chemikáliemi. Tento proces se nazývá obohacení.

Čištění rud železných kovů

Existuje více způsobů, jak rudu čistit – magnetickými zařízeními, kyselinami, vibracemi, ale nyní se nejčastěji používá flotace. K tomuto účelu se používají těžké kapaliny a suspenze. Nádoba, do které je rozdrcená ruda umístěna, je naplněna roztokem a přes ni je přiváděn vysoký tlak vzduchu pod tlakem, v důsledku čehož kov s pěnou stoupá nahoru a hlušina se usazuje na dně. Tavení kovu z rudy vyžaduje vysoké teploty, při kterých hoří malé částice horniny.

Jedná se o nejjednodušší a nejrychlejší způsob zbohatnutí, nevyžaduje velké množství operací a je relativně levný. Výsledné kovové částice se taví ve vysokých pecích nebo pecích pro tavení oceli a tvoří polotovary pro další použití ve výrobě.

Existuje také nechemické čištění – ve vibračních nádobách, kde se pomocí vysokých vibračních frekvencí ničí hornina, mění se v písek, prolévá se sítem a na povrchu zůstávají kovové částice. Ne vždy to však pomůže úplně oddělit horninu od železné rudy, proto se kombinuje s chemickou metodou.

Ve vysokých pecích se pro výrobu taví litinové předvalky na ocel, do ní se přidávají příměsi dalších slitin a kovového odpadu.

Obvykle se továrny nacházejí v místech, kde se nacházejí nerostné zdroje, aby se neztrácel čas na přepravu.

Čištění rud neželezných kovů

Neželezné kovy jsou v přírodě mnohem méně běžné ve srovnání se železnými kovy. Lze je rozdělit na těžké (měď, bronz, olovo, nikl, zinek, kobalt) a lehké (titan, hliník, hořčík).

Jedním z nejběžnějších příkladů minerálů je hliník. Bauxitové a nefelinové rudy se zpracovávají na oxid hlinitý, bílý prášek podobný škrobu. Jeho chemické složení je Al₂O₃. Čistý hliník se získává elektrolýzou, kdy se vlivem usměrněného proudu molekula přemění na kationty – Al+ a O-. Usazují se na opačně nabitých elektrodách a výsledkem je čistý hliník.

Kov extrahovaný z oxidu hlinitého se nalije do mísiče, kde se smíchá s jinými materiály, aby získal požadované plastické vlastnosti. Z výsledné kompozice se odlévají hliníkové ingoty, které se odesílají do různých výrobních zařízení k dalšímu použití.

Měď se izoluje z koncentrátu sulfidu měďnatého těženého v dolech. Obsahuje obrovské množství kovů. K separaci čistého materiálu využívají hutní provozy pyrotechnologie, které zahrnují použití vysokých teplot. Mechanismus získávání mědi se neliší od zpracování černé rudy – používá se srážecí metoda – fluoridace. Následně je koncentrát odeslán do závodu, kde se dále čistí od nečistot. Ta se za vysokých teplot roztaví za vzniku puchýřkové mědi.

Čtěte také: Moderní způsoby těžby uhlí, exkurze do historie

Elektrolýzou se získá čistší produkt.

Po této proceduře zůstane kal, který obsahuje drobné částice drahých kovů (platina a zlato). I tento produkt se zpracovává za účelem získání čistých surovin, ale jejich koncentrace v odpadu je nepatrná.

Vzácnější kovy se nejčastěji získávají chemickými a elektrolytickými metodami. Patří k rudním nerostům, ale jejich těžba je složitý proces. Například titan. V přírodě se vyskytuje pouze ve formě chemických sloučenin, černé rudy a jiných hornin. Materiál, který obsahuje titan, se nazývá ilmenit, obsahuje také oxid železa, ze kterého je poměrně obtížné oddělit surovinu. Zpočátku se posílá do tavicích pecí spolu s uhlím, kde se směs rozdělí na litinu a oxid titaničitý.

K jeho oddělení se provádí chlorace, v důsledku čehož se získá chlorid titaničitý již tato sloučenina není tak pevná jako s kyslíkem, takže je snadné z ní získat čistý kov. Dělají to pomocí hořčíku – reakce zvaná redukce. Výrobním procesem se vyrábí titanová houba, která se v továrnách roztaví na díly letadel, střely a další díly.

Světové zásoby rudy

Ruda, která obsahuje kovy, je velmi důležitá pro výrobu a technologický pokrok lidstva. Podle vědců dnes Země obsahuje asi 800 miliard tun železné rudy. 80 % všech ložisek obsahuje rudy nízké kvality, které obsahují malé množství kovu a proces jejich zpracování je značně pracný.

Existuje několik zemí, na jejichž území se nacházejí bohaté doly. Například v Číně – 8% z celkové světové rezervy.

Mezi nejbohatší země patří Rusko (18 %), Brazílie (17 %), Austrálie (14 %), Ukrajina (11 %). Navzdory těmto číslům je Čína nesporným lídrem ve výrobě železných kovů. Množství barevných kovů je mnohem menší a jejich rozložení se počítá podle pásů – to jsou velké pánve, které se táhnou stovky kilometrů.

Zásoby hliníkové rudy jsou nejhojnější v Jižní Americe a Austrálii. Měď se nachází v okolí Coldiriers a And, takže světové prvenství v těžbě tohoto kovu patří Chile. Druhý největší pás se nachází v Africe, v Zambii. V zásadě se rudné minerály vyskytují v místech s vysokou tektonickou aktivitou, jejichž studiem analytici hledají nová ložiska. Rusko je v tomto seznamu na třetím místě.

Mapa rudních minerálů je sestavena na základě analytických studií. Vědci studují geografická a historická data oblasti, hodnotí blízkost tektonických zlomů. Nejčastěji se velké vrstvy rudných akumulací nacházejí v místech sopečné činnosti, kde se magma dostalo na povrch a neslo s sebou obrovské množství roztavených kovů. Když ztvrdly, zůstaly nahoře, což usnadňuje těžbu.

Těžba kovů někdy poškozuje ekologický systém Země. Když byl například uzavřen měděný důl v USA, byl zaplaven vodou, která byla smíchána s chemikáliemi a je životu nebezpečná. V okolí nežijí žádní živočichové, žijí zde pouze odolné řasy, které se adaptovaly na agresivní prostředí.

Rudné a nekovové minerály se postupně vyčerpávají, a tak vědci vyvíjejí nové způsoby, jak získat suroviny pro výrobu. Některé vzácné kovy jsou syntetizovány působením chemických prvků, ale jejich množství je nižší než u metod těžby v lomech a dolech.