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菱铁矿
为晶粒状的凝胶状矿物
简介
菱铁矿
晶体呈菱面体状、短柱状或偏三角面体状。通常呈粒状、土状、致密块状集合体。
物理性质
菱铁矿
成因及产状
鉴定特征
与方解石相似，区别在于粉末加冷HCl不起泡或作用极慢，加热HCl则剧烈起泡。
菱铁矿
产状及产地
菱铁矿
命名
它的名字来自希腊文“sideros”，是“铁”的意思。它是由冯海丁格（ von Haidinger）于1845年鉴定。
鉴定特征
菱铁矿与方解石相似，区别在于粉末加冷HCl不起泡或作用极慢，加热HCl则剧烈起泡。
一、掂分量：菱铁矿的比重为3.9，粘土岩、砂岩、灰岩及白云岩的比重2.5-2.9。据此，可以把赋存在沉积岩中的部分菱铁矿石鉴定出来。实践表明，含铁28%以上的菱铁矿石重感明显，含铁20%以下的重感不明显。“掂”是鉴定菱铁矿石的一种简便方法，但是它只适用于高品位的菱铁矿石。
二、划条痕、试硬度：菱铁矿的条痕为白色到灰白色，硬度小于小刀。据此，可把菱铁矿石与其他一些重感明显的岩石或矿石区别开来。
三、滴试剂试二价铁、观气泡。菱铁矿石中的铁为二价，经稀盐酸溶解后，滴上1~5%的高铁氰化钾(赤血盐)试液立即呈深蓝色。有些沉积岩也含二价铁。据观察含二价铁3%在以上的岩石与菱铁矿矿石一样，均呈深蓝色反应，故很难区别菱铁矿石与岩石。但是在试二价铁的过程中，如能观察起泡情况并能注意深蓝色出现的快慢，也可以鉴定一部分菱铁矿矿石。在试样(块样)上滴上稀盐酸的同时，也滴一滴赤血盐试液，这时，若是起泡剧烈并立即呈现深蓝色者为含铁石灰岩，若起泡多，但不剧烈并立即呈现深蓝色者为含铁白云岩，若起泡少、变色慢，先为绿色然后逐渐变为深蓝色者则为菱铁矿石。冬天，菱铁矿矿石起泡更少或不起泡，深蓝色出现更慢。应当指出，起泡少、变色慢、重感又不明显的菱铁矿矿石与含菱铁矿的粘上岩、砂岩及粉砂岩等需用其他方法区别。
四、灼烧后观察磁性强度、估计矿石品位。菱铁矿石无磁性，烧后二氧化碳逸出，部分二价铁氧化而具磁性。通过对试样的磁性观察来鉴定是不是菱铁矿石并进一步估计菱铁矿石的品位。对试样进行了观察，明显的看出含铁量高的试样磁性强，含铁最低的试样磁性就弱。可以分为极磁样、强磁样、中磁样和弱磁样四级。它们分别代表富矿、贫矿、表外矿和岩石。
五、观测粒状菱铁矿的数量、估计矿石的品位。对粒状结构的菱铁矿石，观测菱铁物的数量，以估计矿石的品位，达到鉴定菱铁矿石的目的并大致鉴定出贫矿、富矿及表外矿。可以明显地看出，鲡状菱铁矿石的鲡粒就是菱铁矿物，矿石品位的高低取决于鲡粒的多少，同时也取决于鲡粒含菱铁矿的纯度。据此，将矿石的鲡粒含量分为个等级如密集、大量、中量、少量和稀少。在矿石中，纸状菱铁矿的含量如为密集者，其含铁量大致在30%以上，属富矿，如为大量者，其含铁量大致在25%左右为贫矿，如为中量者，其含铁量大约在15%左右可作为表外矿如为少量和稀少者，其含铁量在10%以下，不是矿石。
有关研究
菱铁矿属于方解石族的矿物，族中的矿物彼此异质同型（isomorphous）：由于各矿物的结晶构造相似，因此它们具许多相似的物理性质。包括：属于六方晶系、三方（次）晶系（trigonal）－－晶型多为菱面体或scalenohedron。有三组发育优良的菱面体解理，透明菱面体结晶具有双折射（doublerefraction）现象等。实际上，矿物组成中的阳离子之间，彼此可以完全地相互取代，形成一系列的固溶液（solidsolution），因此矿物之间的分辨可能变得较为困难。
前述曾经提及菱铁矿会产自具有有机组份的沉积岩中，例如黑色页岩、煤层中，我们不妨想像一下菱铁矿的形成环境：一个古代的沼泽地区，许多植物的残块，举凡木干、枝叶等散布其中，这是未来煤矿、煤炭形成的温床，由于这个环境中有水、有溶解的铁质，是个缺氧的环境，因此也适合菱铁矿的形成，这就是含煤沉积岩中常见菱铁矿的原因。
这些沉积岩中的菱铁矿多以层状或结核（nodule，concretion）产出，所谓的结核，是菱铁矿晶体堆积、包覆着一个核心，然后再向外层层包覆、生长而形成，这个核心大多是其他矿物。例如：黄铁矿、闪锌矿、燧石（chert）等，但是在美国伊利诺州MazonCreek地区的页岩中，菱铁矿结核中包覆的不是矿物，而是在那古沼泽地区、与煤矿物源共同生活的植物与动物们。这种包覆动物或植物化石的菱铁矿结核，以伊利诺州的最为著名，不过除此之外，印度西部等其他地区也有产出，并不是只有一个地方看的到。
原料特点
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。
共生矿物
菱铁矿
FeO31.03%，Fe2O368.97%或含Fe72.2%，O27.6%，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。
Fe69.94%，O30.06%，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。
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。
菱铁矿
FeTiO3，Fe36.8%，Ti36.6%，O31.6%。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。
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。
γ-FeO(OH)，含Fe62.9%。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。
冶矿历史
菱铁矿
中国古代金属矿产，明代以前主要有铁、铜、锡、铅、银、金、汞，金属锌的生产，则在明代开始见于记载。有关古代矿冶业的文献记载，早期仅有产地而无产量。《新唐书·食货志》首次记载全国银、铜、铁、锡的年收入量。历代文献中的年收入量并不等于年产量，而往往是税收量、征集量、官营矿冶产量等。不同文献之间也常有很大差异。
夏代到战国对夏代矿冶业还很少研究成果。河南登封相当夏纪元的遗址中出土有铜片。商、周是青铜器的鼎盛时代。青铜冶铸业中心是在中原地区，部分原料则可能来自南方。《诗经·鲁颂》说：“憬彼淮夷，来献其琛，元龟象齿，大赂南金。”淮夷贡献的除海龟和象牙外，还有南方出产的金属，反映当时中国南部金属矿冶业的发达。《周礼·地官》中说：“人掌金玉锡石之地”，这是古代文献关于矿业的最早记载，反映当时已特设专职官员掌管官营矿业了。
春秋战国之际进入铁器时代。战国冶铁业兴盛，生产的铁器以农具、手工工具为主，兵器则青铜、钢、铁兼而有之，铜、铁矿业均盛。根据文献记载和考古发掘资料，今山东临淄和河北邯郸的铁矿、湖北大冶铜绿山的铜矿(见铜绿山矿冶遗址)、山东的铅矿以及汉水、汝河和金沙江的砂金等，春秋战国时期都已进行开采。
价值应用
菱铁矿
中国菱铁矿资源十分丰富，目前已探明储量近20亿吨，另存保有储量近20亿吨。主要分布在西部地区，其中新疆、青海、甘肃、陕西与云南等五个省的菱铁矿储量都超过亿吨。如陕西临水大西沟菱铁矿矿床储量超过三亿吨。但巳利用的菱铁矿不足总储量的10%。主要用于冶炼钢铁，在其他方面的应用基本处于空白。
菱铁矿
采用以天然纯菱铁矿为主要原料研制磁性日用陶瓷，目前在国内外尚属首次。所研制成的这种磁性陶瓷的特点在于：原料价格低廉且储量丰富、工艺简单成本较低、无毒无放射性，有利于工业化大规模生产，应用前景十分宽广，经济效益也十分可观。
有关测试数据如下：
吸水率：<；0.5%，抗折强度：>；650Kg/cm2
莫氏硬度：>；6.5，热稳定性：700℃不开裂
强度比普通硅酸盐陶瓷高。
磁性测试：磁化率X比=8319-18636(10-8m3Kg-1)(赤铁矿=60-600磁铁矿=5.7x104)
其他资料
基本工艺
菱铁矿石的主要选矿方法是焙烧磁选法和重选法。主要设备－破碎磨矿设备中国铁矿石破碎作业基本按照五种流程进行生产，一段破碎多是供自磨机磨矿用料，破碎粒度为350～0mm或250～0mm二段破碎、三段开路破碎、三段闭路破碎和四段破碎多是供球磨机或棒磨机磨矿用料，破碎粒度为25～0mm、20～0mm、15～0mm和12～0mm。按破碎产品粒度分为粗碎、中碎和细碎三种破碎设备。粗破碎机采用颚式破碎机或旋回破碎机。大型铁矿石选厂多用1500mm×2100mm颚式破碎机和1500mm/300mm或1200mm/180mm旋回破碎机。中破碎机采用标准型圆锥破碎机。细破碎机采用短头型圆锥破碎机。磨矿主要采用一段磨矿、二段磨矿和三段磨矿流程。其中有连续磨矿和阶段磨矿或带有选别或带有细筛的磨矿流程。提高自磨机的处理量，采用砾磨对一些矿石具有降低球耗和电耗，从而降低选矿成本的效果。
菱铁矿选取工艺
开采含凌铁矿石先由鄂式破碎机进行初步破碎，在破碎至合理细度后经由提升机、给矿机均匀送入磨机，由磨机对矿石进行研磨；经过磨机研磨的矿石细料进入下一道工序：分级；借助固体颗粒的比重不同而在液体中沉淀的速度不同的原理，对矿石混合物进行洗净、分级；经过洗净和分级的矿物混合料在经过磁选机时，由于各种矿物的比磁化系数不同，经由磁力和机械力将混合料中的磁性物质分离开来。按铁矿的性质选矿强磁或弱磁进行分选，经过烘干机烘干，即可得到干燥的铁矿，一般经选别后的精矿，品质可达到95%以上。
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