铁矿石基础知识

白驹过隙

基本概念

矿石是矿物集合体。在现代技术经济条件下，能以工业规模从矿物中加工提取金属或其他产品。原先是指从金属矿床中开采出来的固体物质，现已扩大到形成后堆积在母岩中的硫黄、萤石和重晶石之类非金属矿物。


矿石中有用成分（元素或矿物）重量和矿石重量之比称为矿石品位，金、铂等贵金属矿石用克／吨表示，其他矿石常用百分数表示。常用矿石品位来衡量矿石的价值，但同样有效成分矿石中脉石（矿石中的无用矿物或有用成分含量甚微而不能利用的矿物）的成分和有害杂质的多少也影响矿石价值。


分类
一般分为贫矿石、普通矿石和富矿石。有时仅分为贫矿石和富矿石，这种划分没有统一的标准，一般每个工业部门和矿区都有各自的计算范围。按所含有用矿物性质和利用的特征分为金属矿石和非金属矿石两大类。
　
矿石的主要品种
物铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。
　
1.磁铁矿 磁铁矿（magnetite）是一种氧化铁的矿石，主要成份为fe3o4，是fe2o3和　feo　的复合物。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, 无解理，脉石主要是石英及硅酸盐。具有强磁性。还原性差，一般含有害杂质硫和磷较高。在选矿（beneficiation）时可利用磁选法，处理非常方便；但是由于其结构细密，故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。 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。 在自然纯磁铁矿矿石很少遇到，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象赤铁矿就是磁铁矿（fe3o4）氧化成赤铁矿（fe2o3），但仍能保持其原来的晶形，所以叫做假象赤铁矿。
　
2.赤铁矿 赤铁矿（hematite）赤铁矿为无水氧化铁矿石，其化学式为fe2o3，理论含铁量为70%。这种矿石在自然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多类别，如赤色赤铁矿（red hematite）、镜铁矿（specularhematite）、云母铁矿（micaceous hematite）、粘土质赤铁（red ocher）等。 赤铁矿含铁量一般为50%～60%，含有害杂质硫和磷比较少，还原较磁铁矿好，因此，赤铁矿是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿有原生的，也有野生的，再生的赤铁矿的磁铁矿经过氧化以后失去磁性，但仍保存着磁铁矿的结晶形状的假象赤铁矿，在假象赤铁矿中经常含有一些残余的磁铁矿。有时赤铁矿中也含有一些赤铁矿的风化产物，如褐铁矿（2fe2o3·3h2o）。赤铁矿具有半金属光泽，结晶者硬度为5.5～6，土状赤铁矿硬度很低，无解理，相对密度4.9～5.3，仅有弱磁性，脉石为硅酸盐。 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(goethite)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。
　
3.褐铁矿 褐铁矿（limonite）这是含有氢氧化铁的矿石,是由其他矿石风化后生成的，在自然界中分布得最广泛，但矿床埋藏量大的并不多见。它是针铁矿（goethite）hfeo2和鳞铁矿（lepidocrocite）feo（oh）两种不同结构矿石的统称，也有人把它主要成份的化学式写成mfe2o3．nh2o，呈现土黄或棕色，含有fe约62％，o 27％，h2o 11％，比重约为3.6～4.0，多半是附存在其它铁矿石之中。 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。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2fe2o3·h2o形式存在的。化学成分变化大，含水量变化也大。一般褐铁矿石含铁量为37%～55%，有时含磷较高。褐铁矿的吸水性很强，一般都吸附着大量的水分，在焙烧或入高炉受热后去掉游离水和结晶水，矿石气孔率因而增加，大大改善了矿石的还原性。所以褐铁矿比赤铁矿和磁铁矿的还原性都要好。同时，由于去掉了水分相应地提高了矿石的含铁量。 (1)针铁矿 α-feo(oh)，含fe62.9%。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。


4.菱铁矿 菱铁矿（siderite）是含有碳酸铁的矿石，主要成份为feco3，呈现青灰色，理论含铁量48.2%，比重在3.8左右。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。在自然界中，有工业开采价值的菱铁矿比其他三种矿石都少。菱铁矿很容易被分解氧化成褐铁矿。一般含铁量不高，但受热分解出co2以后，不仅含铁量显著提高而且也变得多孔，还原性很好。这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸根在高温约800～900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳，所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。


5.其他 钛铁矿(ilmenite)其化学分子式是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。 铁的硅酸盐矿（silicate iron）此类矿石是一种复合盐，没有一定的化学式，成份的变化很大，一般呈现深绿色，比重为3.8左右，含铁成份很低，是一种较差的铁矿石。 硫化铁矿（sulphide iron）这种矿石含有fes2，含fe只有46.6％而s的含量达到53.4％。呈现灰黄色，比重大约为4.95～5.10。由于这种矿石常常含有许多其它较贵重的金属如铜（copper）、镍（nickel）、锌（zinc）、金（gold）、银（silver）等，所以常被用做他种金属冶炼工业的原料；又由于它含有大量的硫，所以常被用来提制硫磺，铁反而变成了副产品，所以事实上已不能称为铁矿石。