铁矿石

中国矿业资源的主要特点
   

 我国矿产资源既有优势，也有劣势。优劣并存的基本态势主要表现在以下几个方面：1、矿产资源总量丰富，人均资源相对不足；2、矿产品种齐全配套，资源风度不一；3、矿产质量贫富不均，贫矿多，富矿少；4、超大型矿床少，中小型矿床多；5、共生伴生矿多，单矿种矿床少.
    铁是世界上发现最早，利用最广，用量也是最多的一种金属，其消耗量约占金属总消耗量的95%左右。铁矿石主要用于钢铁工业，冶炼含碳量不同的生铁（含碳量一般在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外，铁矿石还用于作合成氨的催化剂（纯磁铁矿），天然矿物颜料（赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用量很少。钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面，是社会生产和公众生活所必需的基本材料。自从19世纪中期发明转炉炼钢法逐步形成钢铁工业大生产以来，钢铁一直是最重要的结构材料，在国民经济中占有极重要的地位，是社会发展的重要支柱产业，是现代化工业最重要和应用最多的金属材料。所以，人们常把钢、钢材的产量、品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。

磁铁矿
  
    FeO 31.03%，Fe2O3 68.97%或含Fe 72.2%，O 27.6%，等轴晶系。单晶体常呈八面体，较少呈菱形十二面体。在菱形十二面体面上，长对角线方向常现条纹。集合体多呈致密块状和粒状。颜色为铁黑色、条痕为黑色，半金属光泽，不透明。硬度5.5？6.5。比重4.9？5.2。具强磁性。
     磁铁矿中常有相当数量的Ti4+以类质同象代替Fe3+，还伴随有Mg2+和V3+等相应地代替Fe2+和Fe3+，因而形成一些矿物亚种，即：
     (1)钛磁铁矿 Fe2+(2+x)Fe3+(2-2x)TixO4(0＜x＜1)，含TiO212%？16%。常温下，钛从其中分离成板状和柱状的钛铁矿及布纹状的钛铁晶石。
     (2)钒磁铁矿 FeV2O4或Fe2+(Fe3+V)O4，含V2O5有时高达68.41%？72.04%。
     (3)钒钛磁铁矿 为成分更为复杂的上述两种矿物的固溶体产物。
     (4)铬磁铁矿 含Cr2O3可达百分之几。
     (5)镁磁铁矿 含MgO可达6.01%。
     磁铁矿是岩浆成因铁矿床、接触交代-热液铁矿床、沉积变质铁矿床，以及一系列与火山作用有关的铁矿床中铁矿石的主要矿物。此外，也常见于砂矿床中。
     磁铁矿氧化后可变成赤铁矿(假象赤铁矿及褐铁矿)，但仍能保持其原来的晶形。

赤铁矿
  
    自然界中Fe2O3的同质多象变种已知有两种，即α-Fe2O3和γ-Fe2O3。前者在自然条件下稳定，称为赤铁矿；后者在自然条件下不如α-Fe2O3稳定，处于亚稳定状态，称之为磁赤铁矿。
     赤铁矿：Fe 69.94%，O 30.06%，常含类质同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2+、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系，完好晶体少见。结晶赤铁矿为钢灰色，隐晶质；土状赤铁矿呈红色。条痕为樱桃红色或鲜猪肝色。金属至半金属光泽。有时光泽暗淡。硬度5？6。比重5？5.3。
     赤铁矿的集合体有各种形态，形成一些矿物亚种，即：
     (1)镜铁矿 为具金属光泽的玫瑰花状或片状赤铁矿的集合体。
     (2)云母赤铁矿 具金属光泽的晶质细鳞状赤铁矿。
     (3)鲕状或肾状赤铁矿 形态呈鲕状或肾状的赤铁矿。
     赤铁矿是自然界中分布很广的铁矿物之一，可形成于各种地质作用，但以热液作用、沉积作用和区域变质作用为主。在氧化带里，赤铁矿可由褐铁矿或纤铁矿、针铁矿经脱水作用形成。但也可以变成针铁矿和水赤铁矿等。在还原条件下，赤铁矿可转变为磁铁矿，称假象磁铁矿。

磁赤铁矿
  
    γ-Fe2O3，其化学组成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等轴晶系，五角三四面体晶类，多呈粒状集合体，致密块状，常具磁铁矿假象。颜色及条痕均为褐色，硬度5，比重4.88，强磁性。
     磁赤铁矿主要是磁铁矿在氧化条件下经次生变化作用形成。磁铁矿中的Fe2+完全为Fe3+所代替(3Fe2+→2Fe3+)，所以有1/3Fe2+所占据的八面体位置产生了空位。另外，磁赤铁矿可由纤铁矿失水而形成，亦有由铁的氧化物经有机作用而形成的。

褐铁矿

      实际上并不是一个矿物种，而是针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿以及含水氧化硅、泥质等的混合物。化学成分变化大，含水量变化也大。
     (1)针铁矿 α-FeO(OH)，含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者，称水针铁矿HFeO2？NH2O。斜方晶系，形态有针状、柱状、薄板状或鳞片状。通常呈豆状、肾状或钟乳状。切面具平行或放射纤维状构造。有时成致密块状、土状，也有呈鲕状。颜色红褐、暗褐至黑褐。经风化而成的粉末状、赭石状褐铁矿则呈黄褐色。针铁矿条痕为红褐色，硬度5？5.5，比重4？4.3。而褐铁矿条痕则一般为淡褐或黄褐色，硬度1？4，比重3.3？4。
     (2)纤铁矿 γ-FeO(OH)，含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者，称水纤铁矿FeO(OH)？NH2O。斜方晶系。常见鳞片状或纤维状集合体。颜色暗红至黑红色。条痕为桔红色或砖红色。硬度4？5，比重4.01？4.1。

钛铁矿

  FeTiO3，Fe 36.8%，Ti 36.6%，O 31.6%。三方晶系。菱面体晶类。常呈不规则粒状、鳞片状或厚板状。在950℃以上钛铁矿与赤铁矿形成完全类质同象。当温度降低时，即发生熔离，故钛铁矿中常含有细小鳞片状赤铁矿包体。钛铁矿颜色为铁黑色或钢灰色。条痕为钢灰色或黑色。含赤铁矿包体时呈褐色或带褐的红色条痕。金属-半金属光泽。不透明，无解理。硬度5？6.5，比重4？5。弱磁性。钛铁矿主要出现在超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩及变质岩中。我国攀枝花钒钛磁铁矿床中，钛铁矿呈粒状或片状分布于钛磁铁矿等矿物颗粒之间，或沿钛磁铁矿裂开面成定向片晶。



菱铁矿
     
     FeCO3，FeO 62.01%，CO2 37.99%，常含Mg和Mn。三方晶系。常见菱面体，晶面常弯曲。其集合体成粗粒状至细粒状。亦有呈结核状、葡萄状、土状者。黄色、浅褐黄色(风化后为深褐色)，玻璃光泽。硬度3.5？4.5，比重3.96左右，因Mg和Mn的含量不同而有所变化。

铁的化学和物理性质

   铁元素(Ferrum)的原子序数为26，符号为Fe。在元素周期表上，铁是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它与钴和镍同属四周期ⅧB族。
     在自然界中，铁元素有4种稳定同位素，其同位素丰度(%)如下(Hertz，1960)：
     54Fe？5.81，56Fe？91.64，57Fe？2.21，58Fe？0.34。
     铁的原子量平均为55.847(当12C=12.000时)。
     铁的原子半径，取12配位数时，为1.26×10-10m。铁的原子体积为7.1cm３/克原子，原子密度为7.86g/cm3。
     铁原子的电子结构是3d64s2。
     铁原子很容易失掉最外层的两个s电子而呈正二价离子(Fe2+)。如果再失掉次外层的1个d电子，则呈正三价离子(Fe3+)。铁元素的这种变价特征，导致铁在不同氧化还原反应中显示出不同的地球化学性质。
     铁原子失去第一个电子的电离势(I1)为7.90eV，失去第二个电子的电离势(I2)为16.18eV，失去第三个电子的电离势(I3)为30.64eV。
     铁的离子半径随配位数和离子电荷而变化。据Ahrens(1952)资料，取6配位数时，Fe2+的离子半径为0.074nm，Fe3+的离子半径为0.064nm。铁离子在含氧盐和卤化物等中构成离子化合物。
     铁常与硫和砷等构成共价化合物。铁的共价半径为1.17×10－１０m。其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。铁的电负性，Fe2+为1.8，Fe3+为1.9(波林，1964)。
     凡是原子半径与铁相近的元素，当晶体结构相同时，易与铁形成金属互化物，如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿(Pt，Fe)。凡是离子半径与铁相近的元素，当化学结构式相同时，易与铁发生类质同象替换，如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列；碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列；以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列，等等。
     离子电位(Φ)是一个重要的地球化学指标。Fe2+的离子电位为2.70，可在水溶液中呈自由离子(Fe2+)迁移。Fe3+的离子电位较高，为4.69，它易呈水解产物沉淀。因此，在还原条件下，有利于Fe2+呈自由离子迁移；在氧化条件下，则Fe2+易氧化为Fe3+而呈水解产物沉淀。与铁共沉淀的元素(同价的或异价的)共生组合，可用离子电位图来预测。
     铁及其化合物的密度、熔点和沸点，以及它们在水中的溶解度或溶度积，是决定铁进行地球化学迁移的重要物理常数(表3.2.1)。
     铁化合物的溶度积(18℃时)，Fe(OH)3为1.1×10-36，Fe(OH)2为1.04×10-14，FeS为3.7×10-19，等等。
     铁的熔化潜热为269.55J/g，蒸发潜热为6343J/g。