Полезные ископаемые: Железные руды. Как очистить воду из скважины от железа? Откуда берется металл

Чаще всего из-под крана в квартире или в доме воду нельзя пить просто так, без очистки. В ней могут содержаться различные примеси, которые, как минимум, портят вкус воды. В некоторых случаях возможно и вредное воздействие на организм (может привести к проблемам с ЖКТ или другими системами).

Нередко вода (даже артезианская) может иметь металлический привкус, такой же запах и осадок красноватого оттенка. В таких случаях необходима очистка воды от железа из скважины, которую можно проводить несколькими способами.

Возможные причины повышения концентрации железа в воде:

Если в почве есть залежи сульфатной руды или пород вулканического происхождения. В этом случае даже на большой глубине в более чем 50-60 м вода может содержать более 100 мг/л.
Если почва болотистая. Болотная вода может содержать 1-5 мл/г железа.
Если поблизости располагается промышленный объект: металлургический, химический, нефтехимический, и он сбрасывает сточные воды в местные водоемы. В этом случае из водоема металлы могут впитываться в почву и попадать в подземные источники.
Если в доме старые ржавые трубы (актуально не для скважин, а для старых многоэтажек или для новостроек, которые подключаются к старой водопроводной сети).
Если в почве нарушен рН баланс.

Виды железосодержащих примесей

В воде могут содержаться такие виды железосодержащих примесей:

Двухвалентное железо. Растворено в воде. Визуально жидкость с такой примесью может выглядеть нормально (прозрачно, без заметного осадка). При повышенной концентрации появится металлический привкус, а если оставить открытую емкость с жидкостью отстояться - вода примет красноватый оттенок.
Трехвалентное. Нерастворимо: в воде заметны мелкие частицы красноватого оттенка, даже без отстаивания. При отстаивании выпадает рыжеватый осадок.
Бактериальный металл (железобактерии). Опасная для здоровья и трубопроводов смесь, в которую, кроме железа, могут входить ртуть, кадмий, свинец. Выглядит как склизкое мягкое отложение, которое остается на поверхности посуды. На поверхности воды при отстаивании в открытой посуде может образовываться маслянистая пленка.

Почему важна очистка воды от железа из скважины?

Возможные последствия:

проблемы с кожей (после купания остается ощущение сухости, стянутости, при длительном воздействии может развиваться дерматит, аллергия);
проблемы с печенью и почками, которым приходится постоянно выводить избыток железа из организма;
повышается риск инфаркта;
повышается риск развития онкозаболеваний (в первую очередь, рака толстого кишечника, мочевого пузыря и пищевода).

Допустимая концентрация

Санитарная норма в РФ: 0.3 мг/л, в Европе - 0.2 мг/л. До такой концентрации вода не имеет неприятного запаха или привкуса, в ней не выпадает металлический осадок, не наносится вред здоровью.

В воде из скважин, даже глубоководных, концентрация металла может составлять от 0.6 до 21 мг/л.

Как понять, что в воде повышена концентрация железа?

Признаки, по которым можно определить превышение без анализа:

Вкус некипяченой и не фильтрованной воды имеет металлический привкус и запах. Если концентрация превышает 1.2 мг/л, привкус будет ощущаться даже в напитках (чае, кофе) и в кипяченой воде.
На сантехнике (раковине, унитазе, в ванной, душевой кабине) остаются рыжеватые потеки, иногда с осадком.

Чтобы точнее определить проблему, можно:

Сделать платный анализ. Примерная стоимость комплексного анализа на содержание разных примесей - 3000-3500 рублей.
Налить некипяченую воду в стакан и оставить на ночь отстояться. Если через 1-2 дня появится красноватый осадок - концентрация железа превышена.
Использовать набор аквариумиста (стоит около 1000-1200 рублей). Используется специально для определения железа, по инструкции.
Использовать марганцовку. Если в полстакана марганцовки влить 2-3 ст. л. воды, и раствор станет грязно-желтого цвета - железа в жидкости много, и пить ее нельзя.
Использовать сульфосалициловую кислоту, нашатырь и аммиак. Рецепт такой: берется 1 мл нашатыря, 1 мл сульфосалициловой кислоты и 1 мл аммиака. Реагенты вливаются в 25 мл (1 ст. л.) воды и размешиваются. Если через 15 минут раствор станет желтоватым - концентрация металла повышена.

Способы очистки воды от железа

Поскольку железосодержащие примеси в воде являются распространенной проблемой, против них придумано большое количество эффективных способов очистки. Есть и промышленные очистные методы, и устройства для квартир и частных домов.

Обратный осмос

Самый эффективный метод удаления железосодержащих примесей. Может удалять двух- и трехвалентное железо.

Поток воды проходит через мелкоячеистую мембрану. Отверстия мембраны такого размера, что пропускают только молекулы воды. Примеси железа из-за большего размера не могут пройти через поры и остаются на сетке, после чего сливаются через дренаж (сетка не закупоривается).

Недостаток системы в том, что молекулы хлора и некоторых других химических соединений еще меньше, чем молекулы воды. Поэтому системы обратного осмоса их не удаляют, а пропускают. Для их удаления нужны дополнительные этапы очистки.

Ионный способ

Способ фильтрации, удаляющий железо, марганец, кальций. В фильтре используется ионообменная смола, которая замещает железо натрием и умягчает воду.

Недостатки и особенности:

фильтр может применяться только при концентрации металла до 2 мг/л;
фильтр может использоваться, если жесткость воды выше нормы;
фильтр можно использовать только для воды, чистой от органических веществ.

Химический метод (окислительный)

Метод применяется обычно только на промышленных водоочистительных установках.

Для очистки используется хлор, кислород, озон и перманганат калия. Эти окислители переводят железо в трехвалентное, которое затем выводится в осадок и удаляется.

Для квартир и домов есть упрощенная система фильтрации - каталитическая. В качестве нейтрализатора используется диоксид магния, который окисляет железосодержащие примеси и ускоряет их выпадение в осадок.

Удаление трехвалентного железа

Большинство систем рассчитаны на очистку жидкости от двухвалентного железа.

Против трехвалентных примесей применяются ультрафильтрационные мембраны с размером ячеек в 0.05 мк (микрон). Мембрана задерживает примеси, которые затем удаляются в дренаж обратной промывкой.

Биологический способ обезжелезивания

Предназначен для удаления железобактерий. Обычно они находятся в воде при концентрации железа в диапазоне 10-30 мг/л, но могут появляться и при меньших показателях.

Для их удаления вода обрабатывается:

хлором либо хелатными агентами;
бактерицидными лучами.

Безреагентная очистка

Принцип основан на взаимодействии MnO2 с железом: в ходе реакции образуется нерастворимое соединение, выпадающее в осадок. Для очистки применяются фильтры с мембранами, содержащими оксид марганца. Мембраны периодически необходимо чистить. Также в фильтрах есть функция автопромывки, которая смывает накопившиеся частицы в канализацию.

Очистка озоном

Для фильтрации применяется генераторная установка. Внутри нее кислород охлаждается до +60º, осушается, и поступает в озоногенератор. Затем полученный газ проходит через поток воды, очищая ее от железа и обогащая кислородом.

Минус метода: такие установки стоят дорого, и не выгодны для очистки большого количества воды (потому что озон быстро разлагается).

Аэрация

Метод основан на воздействии кислорода. В резервуар с водой из скважины подается воздух под напором.

Кислород окисляет двухвалентное железо, выводя его в осадок, который затем смывается в дренаж.

Аэрационные системы актуальны при небольшой концентрации железа (до 10 мг/л).

Домашняя очистка без фильтров и установок

Если надо очистить от железа небольшое количество воды (бутылку, к примеру), можно действовать по такой схеме:

Дать воде отстояться, хотя бы 1 ночь. Примеси осядут на дно, после чего воду нужно будет процедить через мелкоячеистую сетку.
Прокипятить процеженную воду.
Заморозить емкость с кипяченой водой.

После этого вода избавится от большинства примесей и станет более пригодной для питья, даже если до этого в ней содержалась высокая концентрация железа.

Если нужна дополнительная очистка, можно использовать активированный уголь. Его нужно завернуть в вату и использовать в качестве фильтра: пропустить через него воду.

Фильтры с использованием сильных окислителей

Для очистки воды от железа для частного дома проще всего использовать фильтры. В продаже есть установки с разным принципом работы.

Каталитические обезжелезиватели

Один из самых распространенных методов водоочистки и для промышленных масштабов, и для небольших объектов (частных домов, дач, коттеджных поселков).

Установки могут иметь производительность от 0.5 до 30 м³/ч. Есть и более мощные промышленные очистители.

Фильтр выполняется в корпусе из стекловолокна или нержавейки. Внутри применяется насыпной фильтрующий слой-катализатор.

Самые распространенные марки катализаторов:

BIRM.
Green Sand.
AMDX.
Quantum.
Pyrolox.

Средняя стоимость бытовой модели - от 8000-8500 рублей. Слой катализатора нуждается в периодической замене. Средняя стоимость 1 мешка (марки BIRM) - около 3500 рублей.

Обратноосмотические фильтры

Фильтры обратного осмоса - комплексные водоочистные установки компактного размера, которые часто ставятся под раковины и в домах, и в квартирах. В обратноосмотических приборах вода очищается в несколько этапов, последовательно проходя через 3 емкости:

Емкость с активированным углем и полипропиленом: очищает воду от твердых частиц, размером до 0.5 мк.
Емкость с углем: фильтрует органические и химические примеси (металлы, нефтепродукты), размером до 1 мк.
Емкость с мембраной, ячейки размером 0.0001 мк.

После прохождения через все 3 емкости поток делится на 2 отдельных: очищенную воду и концентрированный раствор отфильтрованных примесей. Чистая вода подается дальше в водопровод дома, примеси - сливаются в канализацию.

Самые распространенные бытовые фильтры такого типа:

Atoll.
Аквафор.
Новая вода.
Барьер Осмо.
Гейзер Престиж.

Средняя стоимость бытовых моделей (хватит на дом с семьей из 3-5 человек) - 7500-8000 рублей.

Фильтры с использованием ионообменных смол

Ионообменные фильтры устроены в виде 2 емкостей из пластика или стали. В каждой из них есть свободное пространство (сверху) и часть, заполненная реагентами (снизу).

К плюсам таких фильтров относят:

высокую степень очистки;
тихую работу;
редкую замену фильтра-наполнителя (может потребоваться 1 раз в 7-10 лет).

Из недостатков - сравнительно высокая стоимость: самые дешевые фильтры обойдутся в 17-22 тысячи рублей. Также минусом является низкая производительность: бытовые модели могут фильтровать в среднем до 0.5 м³/ч.

Электромагнитные фильтры

В таких аппаратах фильтрация проходит в несколько этапов:

Поток обрабатывается ультразвуком (для улучшения эффективности следующего этапа);
Проводится электромагнитная очистка (соединения железа задерживаются магнитом);
Очищенный поток проходит через механический мелкоячеистый фильтр, на котором задерживаются остатки твердых примесей.

Стоимость фильтров такого типа начинается от 10-12 тысяч рублей. Использовать их стоит только в тех случаях, когда основной примесью в воде является железо. Если кроме железа содержатся другие ненужные примеси - лучше использовать другие типы фильтрующих систем.

Фильтры электрохимической аэрации

Безреагентные фильтры по устройству отличаются от систем, перечисленных выше. Состоят из компрессора, нагнетающего воздух, и емкости с водой. Могут использоваться при содержании железа до 30 мг/л в среднем.

Стоимость моделей с минимальной производительностью (до 1-3 м³/ч) начинается от 25-28 тысяч рублей. Средний безремонтный срок работы - около 5-7 лет.

Очень часто задается вопрос – чем опасна анемия у беременной, подумаешь, проблема, половина женщин ей страдает ничего! Однако, на самом деле проблема это серьезная как для самой матери, так и для развивающегося малыша. Многие не знают, что такое анемия и откуда она возникает, а поэтому и не лечат ее правильно и вовремя, кроме того, не замечают изменений, с нею связанных и теряют из-за этого драгоценное время, когда можно бы было вылечить ее малыми усилиями. Давайте подробно разберем проблему анемии при беременности.

Откуда диагноз
Анемию детально исследовали многие, особенно глобальные исследования проводила всемирная организация здравоохранения, ее данные свидетельствуют, что в разных регионах россии анемия очень широко распространена среди будущих мамочек, по данным женских консультаций и стационаров в разные сроки беременности от нее страдает от 20 до почти 80% беременных женщин. Этому есть достаточно простое объяснение, во время беременности резко возрастает потребность женщины в железе, равно как и ее малышу, это необходимо для адекватного обеспечения кислородом тела малыша и самой мамы.

Но вот только питание наших современных будущих мамочек зачастую оставляет желать лучшего, даже при наличии ломящихся полок магазинов. Многие современные продукты рафинированные, полуфабрикатные и бедные на минералы и витамины, особенно это проявляется у городских жительниц с не очень высоким доходом. Они не так часто покупают нормальное мясо, отдавая предпочтение быстро готовящимся и более дешевым полуфабрикатам из якобы «мяса» - котлетам, колбасам, сосискам.

Анемию еще ошибочно называют малокровием, хотя количество кров при анемии не меняется, сменяется количество в ней эритроцитов, кровяных шариков, переносящих кислород или количества в них пигмента, гемоглобина, этот самый кислород связывающих и несущих в ткани. При этом во время развития анемии в периферической крови могут проявляться также патологические формы эритроцитов – мелкие, дефектные, измененной формы. Анемию заподозрить можно при снижении гемоглобина до 110 и ниже г\л. Но анемии бывают не только с дефицитом железа, могут быть и анемии с другими факторами. Но опасности от нее для матери и ребенка не уменьшаются.

Роль железа в организме.
Железа в организме меньше чайной ложки, всего около 4 грамм, но его значение для жизнедеятельности организма переоценить невозможно, это главенствующее звено в системе кроветворения, то есть в процессе образования кранных клеток крови - эритроцитов. Но этим роль железа не ограничивается, так кк оно входит в состав нескольких важнейших для жизнедеятельности белков тела человека, участвующих в иммунном ответе и осуществляющих адекватный обмен веществ. Но в данной статье мы рассмотрим исключительно роль гемоглобина, так как речь ведем об анемии и ее влиянии на плод и мать.

Гемоглобин состоит из 4 цепочек белка и «приклеенного» к ним железа по типу бляшечки. Эта бляшечка железа прикрепляет к себе молекулы кислорода и удерживает их как магнит, пока гемоглобин по мелким сосудикам доходит до тканей, тканях же кислород он обменивает на углекислоту, относя ее по сосудам в альвеолы легких и вновь меняя на кислород. Так происходит непрерывно всю сознательную жизнь эритроцита – а это около 180 суток. Если снижается количество гемоглобина и эритроцитов, меньше клеток может везти на себе кислород и ткани начинают испытывать дефицит кислорода – при легкой степени анемии он едва заметен, ну кто не устает к вечеру? А вот при выраженной анемии есть симптомы головокружения и расстройства работы сердца.

Конечно, организм не сидит без дела – при всякой возможности он копит железо и откладывает его про запас, но этого железа в организме немного, оно очень ценно для жизни. Поэтому, изначально развивается усиленный расход железа, преобладающий над его запасанием. Это проявляется только на биохимическом уровне в снижении железа в сыворотке крови и снижении некоторых показателей обмена железа. Это состояние иногда называют сидеропенией, латентным или скрытым дефицитом железа. Оно есть у 95% женщин, и у 50-60% мужчин. Особенно это выражено у вегетарианцев, тех, кто раздельно питается и детей.

Железо имеется в составе миоглобина, белка мышц, при его дефиците мышцы становятся слабыми, истощаются, нарушается их нормальное сокращение и функции. Кроме того, железо – это окислитель в обменных процессах, оно непосредственно принимает активное участие в формировании иммунного ответа к микробам и вирусам, помогает образовать белые клетки крови и защитные белки лактоферрины, ферритин, и другие. А еще железо участвует в обмене витамина д, процессе детоксикации, образовании коллагенов кожи, помогающих делать красивой кожу и сохранять стенки сосудов.

Откуда берется железо?
Большую часть железа организм получает с пищей, немного железа поступает с жидкостью, но только всасывается не более 30% железа, но это зависит от здоровья кишечника, состояния его микробной флоры или состояние организма. На всасывание может повлиять кальций, дефицит фолатов и витамина с, витаминов из группы в. А еще железо ежедневно теряется с мочой, калом, потом и отшелушивающимися клетками кожи.

При беременности расходы и потери железа возрастают еще существеннее, железо активно идет в расход на дополнительные объемы крови и гемоглобина, на рост матки, на нужды плаценты и плода, откладывается про запас в теле плода для его нужд в первые полгода. Кроме того, гемоглобин теряется с кровью в родах и железо активно расходуется при кормлении грудью. Именно поэтому так важно, чтобы при беременности его было в организме женщины достаточно, оно поступало с пищей или дополнительно, введением медикаментов.

Кроме того, нужно знать, что всасываемость и усвоение в организме препаратов железа это процесс очень сложный и не все железо питания может усваиваться одинаково хорошо. Дело в том, что железо существует в двух формах, трехвалентное, негемное и двухвалентное, гемное. Лучшему усвоению подвергается гемное железо, оно требует меньших затрат со стороны организма, и это железо мясной пищи и продуктов переработки крови. Растительное железо – это негемное железо, его изначально нужно перевести в двухвалентное а затем оно усвоится – это лишние затраты организма.

Такой процесс происходит при непосредственном участии аскорбиновой кислоты например, из фруктов. Очень плохо усваивается железо из злаковых, так как они богаты фитинами, которые нарушают всасывание железа, и из продуктов, богатых фосфором по той же причине. Основной объем железа организма можно использовать повторно – например, эритроциты разрушаются в селезенке и там железо особым способом извлекается и отдается на создание новых клеток. Но часть гемоглобина все равно теряется с выделениями тела, их нужно восполнять.

Какое количество железа нужно беременным?
При беременности потребности организма в железе постоянно повышается на конец срока, составляет около до 30 мг за сутки, что обусловлено постоянно растущим малышом и потребностями женского организма и растущего плода. Именно за счет железа происходит перенос кислорода к тканям. В добеременном состоянии женщине требуется извне полтора миллиграмма железа в сутки, в первый триместр повышается его уровень в два раза, во втором триместре еще в два раза, а в третьем триместре, когда малыш активно запасает железо тканями, тогда потребности возрастают до 5-8 мг железа.

При этом большая часть железа идет на образование эритроцитов и гемоглобина, около трети на нужды плода и только оставшееся на нужды женщины и плаценты. Наибольший расход начинается с 16-22 недель, когда у плода начинается образование собственных эритроцитов и малыш начинает активно расти и развиваться. Кроме требуется много кислорода на процессы метаболизма, и поэтому у него образуется особый гемоглобин – фетальный, он более насыщен железом и переносит на себе больше кислорода, чем обычный взрослый.

Помимо всего прочего, в последний месяц беременности плод начинает активно запасать железо в виде различных соединений в своих печени и других органах, чтобы потом расходовать его на нужды тела до того момента, пока крошка не подрастет – это около полугода, момент введения прикорма. Тогда он уже сможет получать дополнительные порции железа с питанием. Если же у матери была анемия при беременности, у плода риск развития анемии гораздо выше, ему неоткуда создавать гемоглобин, у него нет запасов. Особенно страдают искусственники – железо из смесей усваивается плохо и нет возможности получить его в легко усваиваемой форме, как из грудного молока.

При родах идет потеря около полуграмма железа, при лактации еще треть грамма, поэтому необходимо адекватно пополнять запасы железа, так как это почти треть всех запасов железа в теле. Эти запасы железа постепенно можно восстановить только через четыре-пять лет жизни и нормального питания, поэтому при возникновении последующей беременности ранее этого срока, будет возникать угроза анемии беременной.

Все об анемии, часть 2.

Питание для мозга. Эффективная пошаговая методика для усиления эффективности работы мозга и укрепления памяти Нил Барнард

Откуда берутся металлы?

К настоящему моменту у вас уже должно было сложиться достаточно четкое представление о том, что токсичные металлы одну за другой уничтожают нервные клетки вашего мозга. Что ж, теперь осталось выяснить, откуда именно они берутся.

Давайте начнем с вашей кухни. Что находится у вас под раковиной? Делать водопроводы из меди стало популярно в тридцатых годах прошлого века. Когда со временем медные трубы и латунные соединения начинают разлагаться от коррозии, частички меди попадают в питьевую воду.

Пользуетесь ли вы чугунной сковородой? Кухонная утварь из чугуна добавляет в приготовленную на ней пищу значительное количество железа. Для молодой девушки с потребностью в железе из-за его ежемесячной потери во время менструации это, может быть, и хорошо, однако другие люди чаще подвержены переизбытку железа в организме, чем его недостатку.

Теперь давайте заглянем в ваш кухонный шкаф. Храните ли вы в нем пузырек с витаминами? Распространенные витаминно-минеральные комплексы содержат около двух миллиграммов меди в одной капсуле – более чем в два раза больше рекомендуемой ежедневной нормы потребления. Та же история и с цинком, а иногда и с железом.

Мы думаем, что укрепляем свое здоровье, ежедневно принимая мультивитамины, и во многих смыслах так оно и есть. Это отличный источник витамина В 12 и витамина D, оба из которых чрезвычайно важны для здоровья организма. Однако добавленные в эти комплексы металлы являются лишними, потому что вы уже получаете их в достаточном количестве с едой . Лучше всего отдавать предпочтение исключительно витаминным добавкам, не содержащим в своем составе медь, цинк, железо или любые другие минералы. Или же вы можете просто принимать отдельно витамин В. Подробнее о витаминах мы поговорим с вами в пятой главе.

В пятидесятых годах прошлого века в США по телевизору вовсю рекламировали тоник «Джеритол», предлагая его в качестве решения проблемы людям с недостатком железа в крови. Реклама гласила, что «всего в одной бутылочке напитка содержится в два раза больше железа, чем в фунте телячьей печени». Врачи также способствовали распространению пищевых добавок на основе железа в качестве дополнительного источника энергии, полагая, что общая слабость является признаком анемии. Нельзя сказать, что они в полной мере справлялись со своими обязанностями: усталость может быть вызвана сотней различных причин, и недостаток железа не входит даже в первую десятку.

Теперь посмотрите на упаковку своих любимых хлопьев для завтрака. Производитель почему-то решил, что вам жизненно необходимы железо и цинк, и добавил в каждую порцию по ежедневной норме потребления. Однако у вас нет совершенно никакой необходимости в этих добавленных металлах, и вам было бы гораздо лучше без них. Я уже отправил запрос в офисы самых популярных производителей хлопьев для завтрака, чтобы они ограничили дополнительные добавки только витаминами и оставили минералы, которые большинство потребителей и так получают в достаточном количестве с пищей, в покое.

Итак, водопровод, кухонная утварь, пищевые добавки и хлопья для завтрака – все это вносит свой вклад в передозировку металлами, от которых вашему мозгу точно не станет лучше. Однако мы еще не добрались до самого большого источника этих распространенных минералов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Железная руда представляет собой минеральное образование природного характера, которое имеет в своем составе соединения железа, накопленные в таком объеме, которого достаточно для экономически выгодного его извлечения. Конечно, железо есть в составе всех горных пород. Но железными рудами называют именно те железистые соединения, которые настолько богаты этим веществом, что позволяют промышленную добычу металлического железа.

Типы железных руд и их основные характеристики

Все железные руды сильно отличаются по своему минеральному составу, наличию вредных и полезных примесей. Условиям их образования и, наконец, содержанию железа.

Основные материалы, которые относят к рудным, можно разделить на несколько групп:

Оксиды железа, к которым относятся гематит, мартит, магнетит.
Гидроксиды железа - гидрогетит и гетит;
Силикаты - тюрингит и шамозит;
Карбонаты - сидероплезит и сидерит.

В промышленных железных рудах железо содержится в различных концентрациях - от 16 до 72%. К полезным примесям, содержащимся в железных рудах, относят: Mn, Ni, Co, Mo, и пр. Есть и вредные примеси, к которым можно отнести: Zn, S, Pb, Cu и др.

Месторождения железных руд и технология добычи

По генезису существующие месторождения железных руд разделяются на:

Эндогенные. Они могут быть магматическими, представляющими собой вкрапления титаномагнетитовых руд. Также могут быть карбонатитовые вкрапления. Кроме того, существуют линзообразные, пластообразные скарново-магнетитовые залежи, вулкано-осадочные пластовые залежи, гидротермальные жильные, а также неправильной формы рудные тела.
Экзогенные. К ним в основном относят бурожелезняковые и сидеритовые осадочные пластовые месторождения, а также месторождения тюрингитовых, шамозитовых и гидрогетитовых руд.
Метаморфогенные - это месторождения железистых кварцитов.

Максимальные объемы добычи руд спровоцированы значительными запасами и приходятся на докембрийсские железистые кварциты. Меньшее распространение имеют осадочные бурожелезняковые руды.

При добыче различают богатые, и требующие обогащения руды. Отрасль, осуществляющая добычу железной руды, проводит также ее предварительную переработку: сортировку, дробление и вышеупомянутое обогащение, а также агломерация. Промышленность добычи руды именуется железорудной отраслью и является сырьевой базой для черной металлургии.

Отрасли применения

Железная руда является основным сырьем для получения чугуна. Он поступает на мартеновское или конвертерное производство, а также на восстановление железа. Из железа, как известно, производят самую различную продукцию, как впрочем, и из чугуна. В этих материалах нуждаются такие отрасли:

Машиностроение и металлообработка;
Автомобильная промышленность;
Ракетная промышленность;
Военная промышленность;
Пищевая и легкая промышленность;
Строительная отрасль;
Добыча нефти и газа и их транспортировка.

Слияние нейтронных звезд происходит очень редко, в нашей Галактике, например, - раз в десять тысяч лет, а образование новых элементов идет считанные миллисекунды после него. Однако, этот процесс является важным источником элементов тяжелее никеля и основным источником стабильных элементов тяжелее церия. Похоже, уже о том, что сразу несколько телескопов увидели это столкновение и образовавшиеся в его результате гравитационные волны. Мы решили объяснить читателям N + 1 , как это открытие поможет нам разобраться в происхождении различных элементов во Вселенной.

Несмотря на стремительное развитие астрофизики за последние 100 лет, наши знания о происхождении многих элементов таблицы Менделеева оставляет желать лучшего. Общая картина более или менее сложилась благодаря работам таких титанов, как Артур Эддингтон, Георгий Гамов и Фред Хойл, - водород и гелий появились в результате Большого взрыва, бомбардировка межзвездной среды космическими лучами ответственна за литий, бериллий, бор , а элементы от углерода до молибдена (вместе с примкнувшими к ним барием, вольфрамом и титаном) появляются в результате звездного нуклеосинтеза - реакций ядерного синтеза в ядрах звезд либо во время их жизни, либо в результате их яркой смерти (которое мы наблюдаем в виде вспышек сверхновых).

Элементы с массовым атомным числом больше 94 (и технеций) получены людьми, еще часть элементов весьма нестабильна, распадается при всяком удобном случае и в природе почти не встречается (полоний, астат и прочие).

Происхождение различных элементов. Фиолетовым выделены те атомы, которые появляются в результате слияния нейтронных звезд.

Wikimedia Commons

Это качественная картина, но при попытке дать количественный анализ начинаются проблемы: вспышки сверхновых, будучи одними из самых энергетически мощных взрывов во Вселенной, все равно не дают нужного количества тяжелых элементов. Ряд ученых еще в конце 1990-х провели компьютерные симуляции и пришли к выводу , что необходимые элементы можно получить, только если очень точно «подкрутить» параметры сверхновых (сечение захвата нейтрино или свойства слабого взаимодействия) и задать им нереалистичные начальные условия.Кроме того, ряд тяжелых элементов отсутствует у очень старых звезд. В них уже есть кремний, кальций и даже железо (то есть они собирались из водородного облака, которое было до этого обогащено остатками давно взорвавшихся сверхновых), но нет ни рубидия, ни йода, ни золота. Однако эти же элементы есть в более молодых звездах, которые, по идее, должны были образовываться из таких же облаков с остатками сверхновых. Не правда ли, странным выглядит предположение, что сверхновые через пару миллиардов лет после Большого взрыва поменяли принцип работы и стали производить элементы совсем в другой пропорции?

Значит, во Вселенной должны быть другие источники тяжелых элементов. В 1989 году было выдвинуто предположение , что таким источником могут быть слияния нейтронных звезд, вращающихся друг вокруг друга. Несмотря на то, что это намного более редкие события (мало того, что нейтронная звезда - достаточно экзотический объект, так ей еще нужно подобрать пару из такой же звезды), похоже, что за золото и платину в наших кольцах нам нужно сказать спасибо именно им.

Масса нейтронных звезд не очень велика (в среднем, она не должна превышать предел Оппенгеймера-Волкова, то есть около двух массой Солнца, иначе она станет черной дырой, хотя вращение или приливное взаимодействие со стороны звезды-компаньона может немного повысить этот предел), а в пространство после слияния выбрасывается и того меньше - около 10 процентов от их массы. Однако эффективность синтеза новых элементов во время слияния настолько высока, что этого оказывается достаточно для решения загадки недостающих тяжелых элементов. Подобная эффективность возникает благодаря быстрому нейтронному захвату или r-процессу - «вдавливанию» в ядра элементов разлетающихся от взрыва нейтронов. Само понятие «r-процесс» появилось в 1957 году, когда вышла фундаментальная статья B 2 FH (этой статье посвящена отдельная страница в Википедии!), в которой четверо ученых дали явлению название и предположили условия, необходимые для его протекания.

Откуда в нейтронной звезде, которая, по идее, должна состоять из нейтронов, тяжелые ядра? Дело в том, что нейтроны (и гипотетическая кварк-глюоная плазма) находятся только во внутренней части звезды, а внешняя ее «кора» - два километра из десяти - состоит из полноценных тяжелых элементов периодической таблицы Менделеева.

Когда две вращающиеся нейтронные звезды сближаются, это не похоже на столкновение двух бильярдных шаров: взаимное тяготение разрывает их внешние оболочки, срывая слой вещества со звезды, поэтому само слияние происходит в коконе из горячей плазмы, нейтронов и электронов. Сразу после слияния звезд часть массы переходит в гравитационные волны, основная масса становится либо очень быстро вращающейся нейтронной звездой, либо черной дырой, еще часть массы остается гравитационно связана с этим новым объектом и будет постепенно падать на него, но в то же время огромная энергия высвобождается в виде фотонов и ударной волны. Она сдувает весь внешний кокон ударной волной и высвобожденным из ядра потоком нейтронов. Именно эта концентрация в одном месте высокой температуры, плотной среды из атомов и гигантского потока нейтронов приводит к удивительным превращениям.

Компьютерная симуляция, описывающая среду сразу после слияния двух нейтронных звезд. Два спиральных рукава состоят из вещества внешней части нейтронных звезд, сорванных приливным взаимодействием с соседкой. Только материя, обозначенная серым цветом, будет выброшена из систем после взрыва, остальная часть будет вращаться вокруг образовавшегося объекта.

iopscience.iop.org

Суть проблемы создания тяжелых элементов заключается в том, что если добавлять в них нейтроны по одному, то новые тяжелые элементы будут нестабильными изотопами и успеют распасться - это называется медленным нейтронным захватом, и его характерное время составляет десять тысяч лет. Он протекает в ядрах старых массивных звезд и даже близко не может объяснить появление такого большого количества тяжелых элементов. Тот Ферми-газ , который образуется из выкинутых взрывом элементов, настолько обогащен нейтронами (миллиард триллионов в одном кубическом сантиметре), что они за несколько микросекунд успевают буквально нашпиговать атомное ядро. Набирая нейтроны, элемент успевает перескочить этот шаткий мостик, где его поджидает распад, и попасть в долину ядерной стабильности . Так получается новый элемент, время полураспада которого может исчисляться миллиардами лет.

Все процессы, о которых мы тут рассказали, описываются математическими уравнениями, куда входит множество параметров: соотношение между количеством протонов и нейтронов, изменение температуры газа (она сначала растет до миллиарда градусов, потом падает, потом снова растет, потом снова падает), распределение массы в ядре нейтронной звезды и даже подробности самого процесса слияния. Они выводятся теоретически на основании косвенных признаков (общего количества тяжелых элементов во Вселенной) или опытов, проводимых на Земле (периоды полураспада нестабильных элементов). От значений этих параметров зависит точное количество образовавшегося материала, и одновременная регистрация слияния с помощью гравитационных детекторов и телескопов, работающих во всем электромагнитном спектре, позволит впервые в истории определить величины этих параметров из непосредственных наблюдений.