Le minerai de fer est une formation minérale naturelle qui contient des composés de fer accumulés dans un volume suffisant pour son extraction économique. Bien entendu, toutes les roches contiennent du fer. Mais les minerais de fer sont précisément ces composés ferreux si riches en cette substance qu’ils permettent l’extraction industrielle du fer métallique.

Types de minerais de fer et leurs principales caractéristiques

Tous les minerais de fer sont très différents dans leur composition minérale, la présence d'impuretés nocives et bénéfiques. Les conditions de leur formation et enfin la teneur en fer.

Les principaux matériaux classés comme minerais peuvent être divisés en plusieurs groupes :

• Oxydes de fer, qui comprennent l'hématite, la martite et la magnétite.
• Hydroxydes de fer - hydrogoethite et goethite ;
• Silicates - thuringite et chamosite ;
• Carbonates - sidéroplesite et sidérite.

Les minerais de fer industriels contiennent du fer à des concentrations variables - de 16 à 72 %. Les impuretés bénéfiques contenues dans les minerais de fer comprennent : Mn, Ni, Co, Mo, etc. Il existe également des impuretés nocives, notamment : Zn, S, Pb, Cu, etc.

Gisements de minerai de fer et technologie minière

Selon leur genèse, les gisements de minerai de fer existants sont répartis en :

• Endogène. Ils peuvent être ignés, représentant des inclusions de minerais de titanomagnétite. Il peut également y avoir des inclusions de carbonatite. En outre, il existe des gisements de skarn-magnétite en forme de lentille, en forme de feuille, des gisements de strates volcano-sédimentaires, des veines hydrothermales, ainsi que des corps minéralisés de forme irrégulière.
• Exogène. Il s'agit principalement de gisements de minerai de fer brun et de gisements de couches sédimentaires de sidérite, ainsi que de gisements de minerais de thuringite, de chamosite et d'hydrogoethite.
• Les métamorphogènes sont des gisements de quartzites ferrugineux.

Les volumes maximaux de production de minerai sont provoqués par des réserves importantes et tombent sur des quartzites ferrugineux précambriens. Les minerais sédimentaires de fer brun sont moins courants.

Lors de l'exploitation minière, une distinction est faite entre les minerais riches et ceux nécessitant un enrichissement. L'industrie qui produit le minerai de fer réalise également son traitement préliminaire : tri, concassage et enrichissement mentionné ci-dessus, ainsi que l'agglomération. L'industrie minière est appelée industrie du minerai de fer et constitue la base de matières premières pour la métallurgie ferreuse.

Applications

Le minerai de fer est la principale matière première pour la production de fonte. Il est destiné à la production à foyer ouvert ou au convertisseur, ainsi qu'à la récupération du fer. Comme on le sait, une grande variété de produits sont fabriqués à partir de fer et de fonte. Les industries suivantes ont besoin de ces matériaux :

• Génie mécanique et travail des métaux ;
• Industrie automobile;
• Industrie des fusées ;
• Industrie militaire ;
• Industrie alimentaire et légère ;
• Secteur du bâtiment ;
• Production et transport de pétrole et de gaz.

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D'où viennent les métaux ?

D'où viennent les métaux ?

À présent, vous devriez avoir une assez bonne idée que les métaux toxiques détruisent une à une les cellules nerveuses de votre cerveau. Eh bien, il reste maintenant à savoir d'où ils viennent exactement.

Commençons par votre cuisine. Qu'y a-t-il sous votre évier ? La fabrication de conduites d'eau en cuivre est devenue populaire dans les années trente du siècle dernier. Quand au fil du temps des tuyaux de cuivre et les connexions en laiton commencent à se décomposer à cause de la corrosion, les particules de cuivre finissent dans l'eau potable.

Utilisez-vous une poêle en fonte ? Les ustensiles de cuisine en fonte ajoutent des quantités importantes de fer aux aliments qui y sont cuits. Pour une jeune fille qui a besoin de fer en raison d’une perte mensuelle de fer pendant ses règles, cela peut être une bonne chose, mais d’autres personnes sont plus susceptibles d’avoir trop de fer dans leur corps que pas assez.

Jetons maintenant un coup d'œil à l'intérieur de votre armoire de cuisine. Est-ce que vous y gardez une bouteille de vitamines ? Les suppléments de vitamines et de minéraux courants contiennent environ deux milligrammes de cuivre par capsule, soit plus du double de l'apport quotidien recommandé. C'est la même histoire avec le zinc, et parfois avec le fer.

Nous pensons que nous améliorons notre santé en prenant quotidiennement des multivitamines, et c’est le cas à bien des égards. C'est une excellente source de vitamine B12 et de vitamine D, toutes deux extrêmement importantes pour la santé de l'organisme. Cependant, les métaux ajoutés à ces complexes sont inutiles car vous les recevez déjà quantité suffisante avec de la nourriture. Il est préférable de privilégier exclusivement les suppléments vitaminiques qui ne contiennent pas de cuivre, de zinc, de fer ou tout autre minéral. Ou vous pouvez simplement prendre la vitamine B séparément. Nous parlerons davantage des vitamines au chapitre cinq.

Dans les années cinquante du siècle dernier, aux États-Unis, le tonique Jeritol a été annoncé à la télévision avec force, le proposant comme solution au problème des personnes souffrant d'un manque de fer dans le sang. La publicité indiquait qu '«une seule bouteille de boisson contient deux fois plus de fer qu'une livre de foie de veau». Les médecins ont également encouragé l'utilisation de suppléments de fer comme source supplémentaireénergie, croyant que la faiblesse générale est un signe d'anémie. On ne peut pas dire qu'ils ont pleinement assumé leurs responsabilités : la fatigue peut être causée par une centaine de raisons différentes, et la carence en fer ne figure même pas dans le top dix.

Regardez maintenant l’emballage de vos céréales de petit-déjeuner préférées. Pour une raison quelconque, le fabricant a décidé que le fer et le zinc étaient essentiels pour vous et a ajouté l'apport quotidien à chaque portion. Cependant, vous n’avez absolument pas besoin de ces métaux ajoutés et vous seriez bien mieux sans eux. J'ai déjà demandé aux bureaux des fabricants de céréales pour petit-déjeuner les plus populaires de limiter les additifs supplémentaires aux vitamines uniquement et de laisser de côté les minéraux, que la plupart des consommateurs consomment déjà en quantité suffisante dans l'alimentation.

Ainsi, la plomberie, les ustensiles de cuisine, les compléments alimentaires et les céréales du petit-déjeuner contribuent tous à des surdoses de métaux qui ne permettront pas à votre cerveau de se sentir mieux. Cependant, nous n’avons pas encore atteint la plus grande source de ces minéraux communs.

Ce texte est un fragment d'introduction.

Quand ils parlent de « fer » à propos de quelque chose, ils signifient durable, solide, indestructible. Il n'est pas surprenant d'entendre : « volonté de fer », « santé de fer » et même « poigne de fer ». Qu’est-ce que le fer ?

Histoire du nom

Le fer sous sa forme pure est un métal argenté, en latin on l'appelle Fe (ferrum). Les scientifiques se disputent sur l'origine du nom russe. Certains pensent qu'il vient du mot « jalja », qui signifie métal en sanskrit, d'autres prétendent qu'il s'agit du mot « zhel », signifiant « briller ».

Comment les gens obtenaient-ils du fer ?

Pour la première fois, le fer tombait du ciel entre les mains d’un homme. Après tout, de nombreuses météorites étaient presque entièrement constituées de fer. Par conséquent, les objets fabriqués à partir de ce métal étaient représentés en bleu – la couleur du ciel. De nombreux peuples ont des mythes sur l'origine céleste des outils en fer - on suppose qu'ils ont été donnés par les dieux.

Qu’est-ce que « l’âge du fer » ?

Lorsque l’homme a découvert le bronze, « l’âge du bronze » a commencé. Plus tard, il a été remplacé par celui en « fer ». C'est le nom donné à l'époque où les Khalibs, le peuple qui vivait sur les rives de la mer Noire, appris à faire fondre du sable spécial dans des fours spéciaux. Le métal obtenu était d’une belle couleur argentée et ne rouille pas.

Les objets en or ont-ils toujours été plus valorisés ?

À l’époque où le fer était fondu à partir de météorites, il était principalement utilisé pour fabriquer des bijoux que seules les personnes de noble naissance pouvaient porter. Souvent, ces décorations avaient un cadre doré, et dans Rome antique même les alliances étaient en fer. On a conservé une lettre écrite par l'un des pharaons d'Egypte au roi des Hittites, où il demanda de lui envoyer du fer, promettant de payer en or en n'importe quelle quantité.

Les merveilles du monde en fer

En Inde, à Delhi, il existe une ancienne colonne de plus de sept mètres de haut. Il a été fabriqué en fer pur en 415 après JC. Mais même maintenant dessus il n'y a aucune trace de rouille. Selon la légende, toucher la colonne avec votre dos exauce votre désir le plus cher. Une autre structure de fer grandiose est la Tour Eiffel. Plus de sept mille tonnes de métal ont été nécessaires pour fabriquer le symbole de Paris.

D’où vient le fer ?

Pour obtenir du fer, il faut du minerai de fer. Ce sont des minéraux, des pierres dans lesquelles le fer est combiné avec diverses autres substances. En purifiant le fer des impuretés, le métal souhaité est obtenu. Par exemple, la matière première peut être du minerai de fer magnétique, qui contient jusqu'à 70 % de fer. Le minerai de fer est une pierre noire ou gris foncé. En Russie, on l'extrait dans l'Oural, par exemple, dans les profondeurs de la montagne, appelée Magnétique.

Comment le minerai est-il extrait ?

Les gisements de minerai de fer se trouvent non seulement en Russie, mais aussi en Ukraine, en Suède, en Norvège, au Brésil, aux États-Unis et dans certains autres pays. Les réserves de ce minéral ne sont pas les mêmes partout ; on ne commence à l'extraire que si cela semble rentable, car le développement coûte cher et ne sera pas rentable s'il y a trop peu de fer.

Le plus souvent, le minerai de fer est extrait selon la méthode à ciel ouvert. Ils creusent un énorme trou appelé carrière. C'est très profond - un demi-kilomètre de profondeur. Et la largeur dépend de la quantité de minerai qui se trouve autour. Des machines spéciales extraient le minerai et le séparent des roches indésirables. Ensuite, des camions l'amènent aux usines.

Cependant, tous les gisements ne peuvent pas être exploités de cette manière. Si le minerai est profond, il faut creuser des mines pour l'extraire. Pour une mine, ils creusent d'abord un puits profond, appelé puits, et en dessous se trouvent des couloirs - des galeries. Les mineurs descendent. Ce sont des gens courageux, ils trouvent du minerai et ils le font exploser, puis le transportent morceau par morceau jusqu'à la surface. Le travail des mineurs est très dangereux, car la mine peut s'effondrer et il y a des gaz dangereux en dessous, et même lors d'une explosion, des personnes peuvent être blessées, même si elles sont très prudentes et suivent les règles de sécurité.

Comment obtient-on le fer à partir du minerai ?

Mais obtenir du minerai n’est pas tout ! Après tout, obtenir du fer à partir du minerai est également un processus difficile. Bien qu'ils aient appris à fondre le fer à partir du minerai il y a longtemps. Dans les temps anciens, les forgerons le fondaient, c'étaient des personnes très respectées. Le minerai et le charbon de bois étaient placés dans un fourneau spécial appelé forge, puis incendiés. Cependant, la température de combustion habituelle n'est pas assez élevée pour la fusion, c'est pourquoi le feu a été attisé à l'aide d'un soufflet, un appareil qui souffle de l'air avec une grande force. Au début, ils étaient déplacés à la main, puis ils apprirent à utiliser le pouvoir de l’eau. Grâce au chauffage, on obtenait une masse frittée que le forgeron forgeait ensuite, donnant au fer la forme souhaitée.

Alliages

Le plus souvent, on utilisait (et on utilise toujours) non pas du fer pur, mais en acier ou en fonte. C'est un alliage de fer et de dioxyde de carbone. Si l'alliage contient plus de 2% de carbone, on obtient de la fonte. Il est fragile, mais il fond facilement et peut prendre n'importe quelle forme. Si le carbone est inférieur à 2 %, alors . Il est très durable et est utilisé pour fabriquer de nombreuses choses nécessaires, des voitures, des armes.

Désormais, bien sûr, d'autres méthodes sont utilisées, même si leur principe est le même : la fusion avec ajout de dioxyde de carbone à haute température. Actuellement, l’électricité est utilisée à cette fin.

Pourquoi le corps humain a-t-il besoin de fer ?

Si une personne manque de fer, elle tombe malade. Ce le métal est nécessaire à la formation de l'hémoglobine, qui délivre de l'oxygène à chaque cellule du corps. Par conséquent, vous devez manger des aliments riches en fer - foie, légumineuses, pommes.

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La fusion d'étoiles à neutrons se produit très rarement, dans notre Galaxie, par exemple, une fois tous les dix mille ans, et la formation de nouveaux éléments ne se produit que quelques millisecondes après. Cependant, ce procédé est une source importante d'éléments plus lourds que le nickel et une source majeure d'éléments stables plus lourds que le cérium. Il semble que plusieurs télescopes aient immédiatement vu cette collision et les ondes gravitationnelles qui en ont résulté. Nous avons décidé d'expliquer aux lecteurs N+1 Comment cette découverte nous aidera à comprendre l’origine de divers éléments de l’Univers.

Malgré le développement rapide de l’astrophysique au cours des 100 dernières années, notre connaissance de l’origine de nombreux éléments du tableau périodique laisse beaucoup à désirer. Le tableau d'ensemble est plus ou moins né des travaux de titans comme Arthur Eddington, Georgi Gamow et Fred Hoyle: l'hydrogène et l'hélium sont issus du Big Bang, le bombardement du milieu interstellaire par les rayons cosmiques est responsable du lithium, du béryllium, du bore, et des éléments allant du carbone au molybdène (ainsi que le baryum, le tungstène et le titane qui les ont rejoints) apparaissent à la suite de la nucléosynthèse stellaire - des réactions de fusion nucléaire dans le noyau des étoiles soit au cours de leur vie, soit à la suite de leur mort brillante (que nous observer sous forme d'explosions de supernova).

Des éléments ayant un numéro de masse atomique supérieur à 94 (et le technétium) ont été obtenus par l'homme ; certains autres éléments sont très instables, se désintègrent à chaque occasion et ne sont presque jamais trouvés dans la nature (polonium, astatine et autres).

Origine de divers éléments. Les atomes qui apparaissent à la suite de la fusion d'étoiles à neutrons sont surlignés en violet.

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Il s'agit d'une image qualitative, mais lorsqu'on essaie de donner une analyse quantitative, des problèmes commencent : les explosions de supernova, étant l'une des explosions les plus énergétiquement puissantes de l'Univers, ne produisent toujours pas la quantité requise d'éléments lourds. À la fin des années 1990, plusieurs scientifiques ont effectué des simulations informatiques et sont arrivés à la conclusion que les éléments nécessaires ne peuvent être obtenus que si l'on « ajuste » très précisément les paramètres des supernovae (la section efficace de capture des neutrinos ou les propriétés de l'interaction faible). ) et leur imposent des conditions initiales irréalistes. De plus, un certain nombre d'éléments lourds sont absents des étoiles très anciennes. Ils contiennent déjà du silicium, du calcium et même du fer (c'est-à-dire qu'ils ont été collectés à partir d'un nuage d'hydrogène préalablement enrichi des restes de supernovae explosées depuis longtemps), mais il n'y a ni rubidium, ni iode, ni or. Cependant, ces mêmes éléments sont présents dans les étoiles plus jeunes, qui, en théorie, auraient dû être formées à partir des mêmes nuages ​​contenant des restes de supernova. N’est-il pas étrange de penser que les supernovae, quelques milliards d’années après le Big Bang, ont changé leur principe de fonctionnement et ont commencé à produire des éléments dans des proportions complètement différentes ?

Cela signifie qu'il doit y avoir d'autres sources d'éléments lourds dans l'Univers. En 1989, il a été suggéré qu’une telle source pourrait provenir de fusions d’étoiles à neutrons en orbite les unes autour des autres. Bien qu'il s'agisse d'événements beaucoup plus rares (non seulement une étoile à neutrons est un objet plutôt exotique, mais elle doit également correspondre à un partenaire de la même étoile), il semble que nous devons remercier l'or et le platine de nos bagues. eux .

La masse des étoiles à neutrons n'est pas très grande (en moyenne, elle ne doit pas dépasser la limite d'Oppenheimer-Volkow, soit environ deux masses solaires, sinon elle deviendra un trou noir, bien que la rotation ou l'interaction de marée d'une étoile compagnon puisse augmenter cette limite légèrement), et encore moins est éjecté dans l'espace après la fusion - environ 10 pour cent de leur masse. Cependant, l'efficacité de la synthèse de nouveaux éléments lors de la fusion est si élevée qu'elle suffit à résoudre le mystère des éléments lourds manquants. Une telle efficacité est due à la capture rapide des neutrons ou au processus r - le « pressage » des neutrons dispersés lors d'une explosion dans les noyaux des éléments. Le concept même de « processus r » est apparu en 1957, lors de la publication de l'article fondamental B 2 FH (une page Wikipédia séparée est dédiée à cet article !), dans lequel quatre scientifiques ont donné un nom au phénomène et ont suggéré les conditions nécessaires à son apparition. son apparition.

D'où viennent les noyaux lourds dans une étoile à neutrons, censée être constituée de neutrons ? Le fait est que les neutrons (et l'hypothétique plasma quark-gluon) ne se trouvent que dans la partie interne de l'étoile et que sa «croûte» externe - deux kilomètres sur dix - est constituée d'éléments lourds à part entière du tableau périodique.

Lorsque deux étoiles à neutrons en rotation se rencontrent, ce n'est pas comme si deux boules de billard entraient en collision : la gravité mutuelle déchire leurs enveloppes externes, enlevant une couche de matière de l'étoile, de sorte que la fusion elle-même se produit dans un cocon de plasma chaud, de neutrons et d'électrons. Immédiatement après la fusion des étoiles, une partie de la masse passe en ondes gravitationnelles, la masse principale devient soit une étoile à neutrons en rotation très rapide, soit un trou noir, une autre partie de la masse reste liée gravitationnellement à ce nouvel objet et va progressivement tomber dessus. , mais en même temps, une énorme énergie est libérée sous forme de photons et d’ondes de choc. Il souffle tout le cocon externe avec une onde de choc et un flux de neutrons libérés du noyau. C'est cette concentration en un seul endroit haute température, un environnement dense d’atomes et un gigantesque flux de neutrons conduisent à des transformations étonnantes.

Une simulation informatique décrivant l'environnement immédiatement après la fusion de deux étoiles à neutrons. Les deux bras spiraux sont constitués de matériaux provenant des parties externes des étoiles à neutrons, déchirés par l'interaction des marées avec leur voisine. Seule matière désignée gris, seront éjectés des systèmes après l'explosion, le reste tournera autour de l'objet résultant.

iopscience.iop.org

L'essence du problème de la création d'éléments lourds est que si vous leur ajoutez des neutrons un par un, alors les nouveaux éléments lourds seront des isotopes instables et auront le temps de se désintégrer - c'est ce qu'on appelle la capture lente des neutrons, et son temps caractéristique est dix mille ans. Il se produit dans le cœur d’anciennes étoiles massives et ne peut même pas expliquer l’apparition d’un si grand nombre d’éléments lourds. Ce gaz de Fermi, formé d'éléments éjectés par une explosion, est tellement enrichi en neutrons (un milliard de milliards dans un centimètre cube) qu'en quelques microsecondes ils parviennent littéralement à remplir le noyau atomique. En collectant des neutrons, l'élément parvient à sauter par-dessus ce pont fragile, où la désintégration l'attend, et à tomber dans la vallée de la stabilité nucléaire. Cela crée un nouvel élément dont la demi-vie peut atteindre des milliards d’années.

Tous les processus dont nous avons parlé ici sont décrits par des équations mathématiques, qui incluent de nombreux paramètres : le rapport entre le nombre de protons et de neutrons, les changements de température du gaz (elle monte d'abord jusqu'à un milliard de degrés, puis diminue, puis remonte, puis chute à nouveau), la distribution massive au cœur d'une étoile à neutrons et même les détails du processus de fusion lui-même. Ils sont dérivés théoriquement sur la base de signes indirects(la quantité totale d'éléments lourds dans l'Univers) ou des expériences menées sur Terre (demi-vies des éléments instables). La quantité exacte de matière produite dépend des valeurs de ces paramètres, et l'enregistrement simultané de la fusion à l'aide de détecteurs gravitationnels et de télescopes fonctionnant sur tout le spectre électromagnétique permettra de déterminer les valeurs de ces paramètres à partir d'observations directes pour le première fois dans l'histoire.