Przegląd rud żelaza 1990-1998

Górnictwo

Wilson Trigueiro de Sousa
Mineral Engineering Graduate Program
Federal University at Ouro Preto-UFOP, Brazil
E-mail: [email protected]

Luiz Henrique de Campos Merschmann
COPPE Graduate Program
Federal University at Rio de Janeiro-UFRJ, Brazil
E-mail: [email protected]

José Thomaz Gama da Silva
Mineral Engineering Graduate Program
Federal University at Ouro Preto-UFOP, Brazil
E-mail: [email protected]

Summary

Jedne z największych rezerw rudy żelaza na świecie znajdują się w Brazylii. Kraj ten jest jednym z najważniejszych producentów i eksporterów rudy żelaza, bazując na nowoczesnych kopalniach, wydajnej sieci kolejowej i portowej oraz wykwalifikowanej kadrze górniczej. W opracowaniu dotyczącym aspektów geraisowych kopalni żelaza przedstawiono: definicje, geologię, zasoby i rezerwy światowe, specyfikacje granulometryczne, wydobycie, obróbkę, transport oraz ocenę rynku światowego w dekadzie 1990 roku.

Palavras-chave: minério de ferro, lavra, transporte transoceânico.

Abstrakt

Jedne z największych na świecie rezerw rudy żelaza znajdują się w Brazylii. Kraj ten jest znaczącym producentem i eksporterem rudy żelaza dzięki nowoczesnym kopalniom, wydajnej sieci kolejowej i portowej oraz wykwalifikowanej kadrze górniczej. W niniejszym opracowaniu przedstawiono przegląd tej rzeczywistości. Przegląd ten uwzględnia ogólne aspekty rudy żelaza, takie jak definicje, geologia, światowe zasoby i rezerwy, specyfikacje wielkości rudy, wydobycie, obróbka rudy i transport. Ponadto, podsumowuje światowy rynek rudy żelaza w latach 90-tych.

Słowa kluczowe: ruda żelaza, górnictwo, transoceaniczny transport rudy.

1. Definicje

Żelazo występuje w postaci tlenków, węglanów, siarczków i krzemianów. Z handlowego punktu widzenia większe znaczenie mają tlenki. Główne minerały, które zawierają żelazo to:

• Magnetyt: Fe3O4, z 72,4% zawartością żelaza.
• Hematyt: Fe2O3, z 69,9% zawartością żelaza.
• Sideryt: FeCO3, z 42,8% zawartością żelaza.
• Limonit i Goethyt: Fe2O3.H2O, z 62,9% zawartością żelaza.
• Piryt: FeS2, z 46,5% zawartością żelaza.

Magnetyt, mimo że zawiera największy procent żelaza, ma niewielką wartość rynkową, podczas gdy hematyt, który zawiera mniejszy procent żelaza, jest szerzej stosowany. Limonit, syderyt i inne minerały żelaza mają niewielkie zastosowanie ze względu na małą zawartość żelaza.

2. Geologia żelaza

Złoża kratownicowe stanowią największą część złóż żelaza na świecie. Dzielą się one na trzy główne typy: Algoma, Superior i Minette. Charakterystyka ta odpowiada miejscu, w którym zostały one po raz pierwszy rozpoznane.

Wiele innych typów złóż, mimo że mają znaczenie lokalne, nie może być porównywanych ze złożami typu Superior w skali światowej. Złoża typu Superior występują w jeziorze Superior (USA i Kanada), na Labradorze (Kanada), w rejonie Kriwoja Rogu (były Związek Radziecki), Hammersley Range i Iron Knob (Australia). Złoża typu Minette znajdują się we wschodnich Stanach Zjednoczonych, Europie (Anglia, Francja i Hiszpania), Chinach i Kerczu (były Związek Radziecki). Główne złoża typu Algoma występują w Ontario (Kanada). Złoża typu wulkanicznego znajdują się w zachodniej części USA (Iron Springs i Mt. Eagle), Szwecji (Kirunavara, Svapavara i Gallivare), Australii (Savage River) i byłym Związku Radzieckim (Magnitogorski).

W Brazylii największe złoża rud żelaza znajdują się w Quadrilátero Ferrífero, w stanie Minas Gerais. Są to złoża typu Superior, które powstały we wczesnym proterozoiku. Znaczące złoża typu Superior znajdują się w regionie Carajás (południowa część stanu Pará) oraz w regionie Corumbá (stan Mato Grosso do Sul). Złoża typu Algoma w stanie Minas Gerais znajdują się w pobliżu miast Ganhães, Nova Era i Ipatinga.

W głównych okręgach produkcji rud żelaza w Brazylii opis formacji żelaza jest następujący:

• W Quadrilátero Ferrífero, złoża są skałami metamorficznymi Grupy Minas (zawierającej Grupę Caraça, Grupę Itabira i Grupę Piracicaba, od dołu do góry).
• W Mato Grosso do Sul, złoża rudne formacji Urucum mają grubość 300 metrów.
• W Marabá, Pará, złoża rud żelaza w prowincji metalogenetycznej Carajás, są związane z płaskowyżami. Sekwencja żelazista różni się od tych z innych okręgów żelaznych i występuje tylko w tlenkach facji (itabiryt) związanych z dwoma sekwencjami podstawowych skał wulkanicznych. Sekwencja chemiczno-wulkaniczna, zwana Grupą Grão Pará, leży bezpośrednio na podłożu. Istnieje co najmniej 200 metrów grubości gorszej skały podstawowej, 250 metrów itabirytu i 200 metrów wyższej skały podstawowej.

3. Rezerwy rudy żelaza na świecie

Światowe zasoby rudy żelaza szacuje się na ponad 800 miliardów ton metrycznych, z czego 306 miliardów ton metrycznych to rezerwy zmierzone i wskazane. Brazylia zawiera 6,4% światowych rezerw i znajduje się w pierwszej szóstce krajów, które posiadają duże rezerwy rudy żelaza. Tabela 1 przedstawia światowe rezerwy rudy żelaza w 1998 roku.

Tabela 1 – Światowe rezerwy rudy żelaza w 1998 r.

4. Specyfikacja wielkości

Około 97% zużycia żelaza w Brazylii jest wykorzystywane do produkcji surówki, 2% jest wykorzystywane do produkcji gąbki, a 1% do produkcji innych towarów, takich jak cement, ciężki materiał średni itp. Tabela 2 pokazuje konsumpcję rudy żelaza w Brazylii w okresie 1986-2000.

Tabela 2 – Zużycie rudy żelaza w Brazylii w latach 1986-2000 Jednostka:103t

Tabela 3 – Specyfikacja rudy żelaza.

Wielkość cząstek jest bardzo ważną zmienną w handlu rudą żelaza. Główne rodzaje rudy żelaza wysyłane w handlu międzynarodowym składają się głównie z:

• lump ore: cząstki 1/4 cala lub większe,
• sinter feed: fines larger than 100 mesh,
• pellet feed: fines smaller than 100 mesh.

Bezpośrednia dostawa rudy jest rudą luzem, która jest sprzedawana bez przetwarzania lub z minimalnym przetwarzaniem, takim jak kruszenie i przesiewanie. Drobne koncentraty lub ruda naturalna są aglomerowane w celu ułatwienia transportu i wytopu. Główne stosowane procesy aglomeracji to spiekanie i granulowanie, gdy ruda żelaza składa się z cząstek o wielkości mniejszej niż 1/4 cala.

Aglomerację przeprowadza się w celu poprawy przepuszczalności wsadu do pieca i zapobieżenia stratom drobnych cząstek w górę komina. Cząstki o wielkości od 1/4 cala do 100 mesh są spiekane. W większości krajów, spiek jest głównym wsadem do wielkich pieców, o wysokiej wydajności. Spiekanie jest ważnym procesem, ponieważ wykorzystuje drobne rudy, które wcześniej nie miały wartości ekonomicznej. Peletowanie jest procesem wykonywanym z drobno zmielonego koncentratu.

5. Wydobycie, obróbka i transport rudy żelaza

Ruda żelaza przechodzi przez etap obróbki w celu zwiększenia zawartości żelaza i zmniejszenia zawartości zanieczyszczeń, w zależności od potrzeb. Stopień przeróbki zależy od rodzaju złoża i względów ekonomicznych. Rudy wysokiej jakości są przetwarzane w celu uzyskania produktów o jednolitym rozmiarze, wyeliminowania drobnych cząstek i głównie w celu zmniejszenia zanieczyszczeń. Rudy niskogatunkowe przerabia się w celu uzyskania koncentratów, które mogą konkurować na rynku z rudami wysokogatunkowymi.

Uwolnienie cennych minerałów z ich odpadowych minerałów skały płonnej jest niezbędne do obróbki rudy. W pierwszej kolejności ruda poddawana jest procesowi redukcji wielkości (rozdrabniania – kruszenia i mielenia). Ze względu na wysokie koszty operacji redukcji (mielenie jest często największym konsumentem energii), proces mielenia musi być kontrolowany. Nadmiar jest unikany poprzez zastosowanie separacji wielkościowej (przesiewanie, klasyfikatory hydrauliczne). Po uwolnieniu minerałów z rudy można poddać ją procesom separacji, które w najprostszej procedurze prowadzą do otrzymania koncentratu i odpadów.

Operacje koncentracyjne polegają na fizycznym oddzieleniu ziaren cennych minerałów od minerałów skały płonnej. Najważniejszymi fizycznymi metodami koncentracji rud są:

1. Separacja zależna od właściwości optycznych i radioaktywnych.
2. Separacja, która wykorzystuje różnice ciężaru właściwego.
3. Separacja, która stosuje różnicę właściwości powierzchni minerałów.
4. Separacja, która zależy od właściwości magnetycznych.
5. Separacja, która stosuje właściwości przewodnictwa elektrycznego.

Z nielicznymi wyjątkami, większość procesów separacji minerałów wiąże się z wykorzystaniem znacznych ilości wody. Końcowy koncentrat musi być oddzielony od pulpy, w której stosunek wody do ciała stałego może być wysoki.

Odwadnianie lub oddzielanie ciała stałego od cieczy daje stosunkowo suchy koncentrat do wysyłki, który może wymagać suszenia termicznego, aby uzyskać produkt końcowy o zawartości około 95% wagowych ciała stałego.

Przykład obróbki przedstawiono na rysunku 1.

Rysunek 1 – Uproszczony schemat obróbki rudy żelaza w Carajás – Brazylia.

Około 85% światowej produkcji rudy żelaza jest uzyskiwane z kopalni odkrywkowych, a reszta pochodzi z kopalni podziemnych. Metoda wydobycia zależy od dostępności złoża, wielkości rudy i kształtu złoża.

System transportowy stanowi główny składnik ceny rudy żelaza. Dlatego większość kopalń korzysta z systemu kopalnia/kolej/port, aby umożliwić handel transoceaniczny.

6. Analiza rynku rudy żelaza w latach 90-tych

Rynek rudy żelaza osiągnął szczytowe wyniki w 1997 r., przewyższając nawet najbardziej optymistyczne prognozy na ten rok. Światowa produkcja stali w ciągu ostatnich sześciu lat wykazywała szybki wzrost, głównie w Azji, Europie Zachodniej i Ameryce Północnej, towarzysząc wzrostowi konsumpcji.

Po raz pierwszy produkcja rudy żelaza osiągnęła poziom 900 Mt. Światowy eksport osiągnął poziom ponad 470 Mt.

W wyniku zmian popytu na stal, światowa produkcja rudy żelaza spadła w 1998 r. szacunkowo o -1,8% w porównaniu z rekordowo wysokim poziomem z 1997 r. Aby osiągnąć cel z 1997 r., zwiększono produkcję rudy żelaza. Aby osiągnąć cel z 1997 roku, zastosowano zwiększone zdolności produkcyjne i lepsze wykorzystanie istniejących technologii. Po spadku w latach 1991 i 1992, światowa produkcja rudy żelaza w ciągu trzech kolejnych lat wzrosła o 12%.

Największy przyrost produkcji nastąpił w krajach, które zużywają większość swojej krajowej produkcji (USA, Federacja Rosyjska i Chiny) oraz w tych, których eksport w znacznym stopniu przekracza krajową konsumpcję (Brazylia, Australia i Wenezuela).

Brazylia utrzymała pozycję największego producenta rudy rynkowej. Chiny, mimo że są dużym producentem, dysponują rudą niskiej jakości, przez co nie są w stanie znacząco konkurować na rynku międzynarodowym.

Duża część wzrostu wydobycia w Brazylii wynikała z dodatkowej produkcji w kopalni Carajás należącej do CVRD. W Australii wzrost produkcji wynikał przede wszystkim z rozbudowy kopalni Yandi należącej do BHP. Zwiększenie produkcji rudy żelaza w Brazylii i Australii spowodowało znaczny wzrost eksportu.

W 1998 r. produkcja rudy żelaza w Chinach wzrosła do 260 Mt. Ta dodatkowa produkcja była przeznaczona na eksport. W Indiach produkcja rudy żelaza nadal rosła i osiągnęła poziom 70 Mt. Zostało to osiągnięte dzięki optymalizacji pracy w istniejących kopalniach. Ze względu na zmiany polityczne w byłym Związku Radzieckim, rosyjska produkcja rudy żelaza spadła. Sytuacja ta została ostatecznie odwrócona w 1995 r., a w następnych latach ponownie spadła. W USA tempo rozwoju przemysłu stalowego spowodowało wzrost zdolności produkcyjnej kopalń rudy żelaza. Produkcja rudy żelaza w Szwecji wzrosła w połowie dekady o 8%, osiągając w drugiej połowie dekady historyczny poziom, dzięki wzrostowi produkcji peletów. W RPA nie odnotowano znaczącego wzrostu produkcji.

Tabela 4 pokazuje produkcję rudy żelaza przez główne kraje produkujące od 1990 do 1998 roku. W tym okresie cztery największe kraje produkujące powoli zwiększały swój udział w produkcji światowej. W 1990 r. te cztery kraje produkowały 65,8% całkowitej produkcji światowej, a w 1998 r. osiągnęły tylko 66,2%. Natomiast dwa czołowe kraje znacznie zwiększyły swój udział w produkcji światowej, z 30,1% w 1990 r. do 38,1% w 1998 r.

Tabela 4 – Produkcja rudy żelaza przez główne kraje produkujące w latach 1990-1998.

7. Handel transoceaniczny rudą żelaza

Handel rudą żelaza przyniósł dodatnie wskaźniki. W 1997 roku osiągnął nowy rekord 472 Mt wyeksportowanej rudy. Po kryzysie na rynku żelaza w 1992 roku, handel transoceaniczny przez następne trzy lata kumulował wzrost. Duży wzrost eksportu był spowodowany zwiększonym popytem na rudę żelaza na największych rynkach importowych Azji (Japonia, Chiny, Korea) i Unii Europejskiej. Wzrost popytu wynikał głównie z rozwoju produkcji stali na tych rynkach. Japonia nadal pozostaje liderem w imporcie, odpowiadając za ponad 25% światowego importu, osiągając poziom 120 Mt. Unia Europejska pozostała ważnym rynkiem importowym dla rudy żelaza. Niemcy przewodzą w imporcie Unii Europejskiej jako drugi na świecie kraj importujący rudę żelaza. Chiny i Korea są znaczącymi importerami wysokogatunkowej rudy żelaza.

Tablica 5 pokazuje import rudy żelaza według głównych krajów importujących od 1990 do 1998 roku. W tym okresie, cztery największe kraje importujące zwiększyły swój udział w światowym imporcie. W 1990 r. kraje te importowały 51,5% całkowitego importu światowego, a w 1998 r. osiągnęły 55,9%.

Tabela 5 – Import rudy żelaza według głównych krajów importujących w latach 1990-1998.

Tabela 6 przedstawia eksport rudy żelaza według głównych krajów eksportujących w latach 1990-1998. W tym okresie Brazylia i Australia z roku na rok zwiększały swój udział w światowym rynku. W 1990 r. oba kraje wyeksportowały 53,9% całego światowego eksportu, a w 1998 r. osiągnęły 62,6%. Jednak największy wzrost eksportu w ostatnich latach osiągnęła RPA.

Tabela 6 – Eksport rudy żelaza przez główne kraje eksportujące 1990-1998.

Obecna sytuacja na rynku rudy żelaza musi zmierzyć się z niskimi cenami, nadpodażą, zmniejszeniem popytu i niską produkcją stali surowej. W konsekwencji tej sytuacji należy podjąć środki w celu utrzymania konkurencyjności. Główną widoczną opcją są obecne procesy fuzji pomiędzy wiodącymi brazylijskimi i australijskimi firmami górniczymi, w wyniku których powstają mniejsze i większe korporacje.

Podziękowania

Autorzy dziękują FAPEMIG, agencji sponsorującej badania naukowe w stanie Minas Gerais w Brazylii. Jej pomoc finansowa stanowiła ważne wsparcie dla tego badania.

ANUÁRIO ESTATÍSTICO. Instituto Brasileiro de Siderurgia. Rio de Janeiro, 1997.

Roczna kompilacja wysyłek rudy żelaza przez przedsiębiorstwa. Skillings' Mining Review, v. 84, n. 26, s. 4-6, 1 lipca 1995.

Roczny przegląd. Metals & Minerals, s. 50-1, 1996.

BONDI, W. Bogactwo mineralne Brazylii i Organizacja Philips, 1985.

QUARESMA, L.F. Ferro. Mineral Summary, v.16, s. 50-1, 1996.

SOUSA, G. S. Dynamika transoceanicznego rynku rudy żelaza: rozwój historyczny i perspektywy w roku 2000. Campinas: Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Stanowy w Campinas. 1991. 150 p. (MSc. Dissertation)

SOUSA, W. T. Substytucja stali przez polimery i kompozyty w brazylijskim przemyśle samochodowym: determinanty i konsekwencje dla rynku rudy żelaza. São Paulo: Szkoła Politechniczna, Uniwersytet São Paulo. 1995. 156 p. (praca doktorska).