Jernmalm: Fra hæmatit til stål — typer, forekomster og anvendelse

Jernmalm: hæmatit, magnetit, geologi, forekomster, udvinding og hvordan råjern omdannes til stål — typer, forarbejdning og industrielle anvendelser.

Jernmalme er sten og mineraler, hvorfra der kan udvindes metallisk jern.

Malme med store mængder hæmatit eller magnetit (mere end ca. 60 % jern) er kendt som "naturlig malm" eller "malm med direkte forsendelse". De kan tilføres direkte til højovne til jernfremstilling.

Jern (Fe) er et af de hyppigst forekommende grundstoffer, der danner bjergarter. Det udgør ca. 5 % af Jordens skorpe. Det er det næsthyppigste og mest udbredte metal (aluminium er det mest almindelige). Mennesker har brugt det i mere end 3.000 år. Det blev dog først udbredt i det 14. århundrede, da smelteovne (forløberen for højovne) begyndte at erstatte smedjerne.

Jern fremstilles ved den løbsk fusion og eksplosion i type Ia-supernovaer. Det blev opsamlet, da Solen bevægede sig gennem områder, hvor supernovaerne var eksploderet. Alle højere grundstoffer på Jorden har denne oprindelse.

Jern er rigeligt på de gamle kontinenter, men ikke på økæder dannet af vulkaner (Japan, Hawaii). Det afspejler forskellen mellem kontinentskorpen (som indeholder mange sjældne og almindelige grundstoffer) og økæder dannet ved vulkanisme (oceaniske øer). De har basalt og meget lidt andet. Øer, der engang var en del af et superkontinent, indeholder normalt tunge grundstofmalme. Det klassiske eksempel er de britiske øer, som er en afknækket del af det store gamle kontinent, det gamle røde sandstenskontinent (Larussia). Derfor har de britiske øer et meget bredt udvalg af metalmalm, mens Hawaii og den japanske øgruppe ikke har det.

Den vigtigste kilde til malm til det stål, der anvendes i det moderne Japan, kommer fra Vestaustralien.

Typer af jernmalm

• Hæmatit (Fe2O3) — en af de mest værdifulde malmtyper på grund af det høje jernindhold og gode smelteegenskaber. Hæmatit findes ofte i massive aflejringer og i banded iron formations (BIF).
• Magnetit (Fe3O4) — magnetisk og ofte velegnet til magnetisk koncentration. Magnetitmalme kan have meget højt jernindhold efter forarbejdning.
• Goethit og limonit — jernhydroxider/oxider, almindelige i forvitrede malmzoner; lavere jernprocent end hæmatit, men vigtige i mange forekomster.
• Siderit (jernkarbonat) — indeholder mindre jern pr. vægt, kræver kemisk behandling ved smeltning.
• Taconit — lavgradig malm (typisk 20–30 % Fe) fra which jern udvindes ved knusning, maling og magnetisk separation; vigtig i områder hvor højgradig malm er opbrugt.

Geologi og forekomster

Banded iron formations (BIF) er de ældste og mest betydningsfulde reservoirer af jernmalm i verden. De blev dannet i prækambriske hav og er ansvarlige for mange store forekomster. Andre vigtige malmtyper opstår ved lateritisering (forvitring), kontaktskorpeprocesser og hydrotermale systemer.

Forekomster er ofte afhængige af den geologiske historie: gamle kontinentale skorper har større chance for at indholde rige malmforekomster, mens unge vulkanske øer (fx Hawaii, dele af Japan) typisk er fattige på tungmetal-malme, fordi basaltisk vulkanisme ikke koncentrerer metalerne på samme måde.

Udvinding og forarbejdning

• Brydning: Åben pit (dagbrud) er den mest almindelige metode for store jernmalmsdepoter. Underjordisk minedrift anvendes sjældnere.
• Forarbejdning (beneficiation): Inkluderer knusning, maling, magnetisk separation, synke-/flydesortering og flotationsprocesser for at hæve Fe-indholdet.
• Pelletisering og sintring: Fintmalet koncentrat omformes til pellets eller sinter, som er bedre egnet til højovne og jernfremstilling.
• Smeltning: Traditionelt i højovne med koks som reduktionsmiddel; moderne alternativer omfatter direct reduced iron (DRI) og elekrisk lysbueovn (EAF) med skrot.

Anvendelser

Stålproduktion er langt den største anvendelse af jernmalm. Stål findes i byggeri, infrastruktur, skibsbygning, biler, maskiner, husholdningsapparater og næsten alle teknologier der kræver mekanisk styrke. Mindre anvendelser inkluderer pigmenter (hæmatit), tungt fyld i beton og specielle legeringer.

Økonomi og hovedproducenter

Store producenter af jernmalm omfatter Australien (især Vestaustralien), Brasilien, Kina, Indien og Rusland. Højegrade malme (ofte kaldet direct shipping ore, DSO) eksporteres globalt, mens lavere grade ofte forarbejdes lokalt til pellets og koncentrater.

Miljø og genanvendelse

• Miljøpåvirkninger: Mining ændrer landskabet, forbruger store mængder vand og kan skabe affaldsdepoter (tailings) med risici for forurening. Stålproduktion er også en stor kilde til CO2-udledning, især når kul (koks) bruges som reduktionsmiddel.
• Genanvendelse: Genanvendelse af jern og stål er effektivt og reducerer behovet for ny malm. Skrot anvendes i EAF-processer og er centralt for en lavere CO2-intensitet i stålsektoren.
• Teknologiudvikling: Udvikling af hydrogenbaseret reduktion, CCS (Carbon Capture and Storage) og øget brug af genanvendt stål sigter mod at reducere sektorens klimaaftryk.

Praktiske bemærkninger

Som tommelfingerregel kaldes malme med mere end ca. 60 % Fe ofte for naturlig malm eller DSO, som kan tilføres direkte til smelteprocesser. Mange moderne malmprojekter drejer sig om at gøre lavere graders malm økonomisk ved hjælp af fordelagtig forarbejdning, transportinfrastruktur og efterspørgsel fra stålindustrien.

Samlet set er jernmalm grundlaget for den globale stålindustri. Forståelse af malmtyper, forekomstbetingelser, forarbejdningsteknikker og de miljømæssige og økonomiske konsekvenser er afgørende for både minedrift og industrielt forbrug.

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er jernmalm?

Spørgsmål: Hvor meget jern skal den indeholde for at blive betragtet som "naturlig malm" eller "direkte skibsføringsmalm"?

Spørgsmål: Hvornår begyndte man at bruge jern i stor stil?

Spørgsmål: Hvor kommer jordens jernforsyning fra?

Spørgsmål: Er økæder dannet af vulkaner rigeligt med metalmalm?

Spørgsmål: Hvor får Japan det meste af sit stål fra?

Søg efter bogstav