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鐵礦石基礎知識
    鐵礦石基本概念
    礦石是礦物集合體。在現代技術經濟條件下,能以工業規模從礦物中加工提取金屬或其他產品。原先是指從金屬礦床中開采出來的固體物質,現已擴大到形成后堆積在母巖中的硫黃、螢石和重晶石之類非金屬礦物。( 鋼材網 www.qsszpy.live

    礦石中有用成分(元素或礦物)重量和礦石重量之比稱為礦石品位,金、鉑等貴金屬礦石用克/噸表示,其他礦石常用百分數表示。常用礦石品位來衡量礦石的價值,但同樣有效成分礦石中脈石(礦石中的無用礦物或有用成分含量甚微而不能利用的礦物)的成分和有害雜質的多少也影響礦石價值。

   鐵礦石分類
    一般分為貧礦石、普通礦石和富礦石。有時僅分為貧礦石和富礦石,這種劃分沒有統一的標準,一般每個工業部門和礦區都有各自的計算范圍。按所含有用礦物性質和利用的特征分為金屬礦石和非金屬礦石兩大類。

    鐵礦石的主要品種
    物鐵礦物種類繁多,目前已發現的鐵礦物和含鐵礦物約300余種,其中常見的有170余種。但在當前技術條件下,具有工業利用價值的主要是磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

    1.磁鐵礦
    磁鐵礦(Magnetite)是一種氧化鐵的礦石,主要成份為Fe3O4,是Fe2O3和FeO 的復合物。FeO 31.03%,Fe2O3 68.97%或含Fe 72.2%,O 27.6%,等軸晶系。單晶體常呈八面體,較少呈菱形十二面體。在菱形十二面體面上,長對角線方向常現條紋。集合體多呈致密塊狀和粒狀。顏色為鐵黑色、條痕為黑色,半金屬光澤,不透明。硬度5.5~6.5,比重4.9~5.2,無解理,脈石主要是石英及硅酸鹽。具有強磁性。還原性差,一般含有害雜質硫和磷較高。在選礦(Beneficiation)時可利用磁選法,處理非常方便;但是由于其結構細密,故被還原性較差。經過長期風化作用后即變成赤鐵礦。磁鐵礦中常有相當數量的Ti4+以類質同象代替Fe3+,還伴隨有Mg2+和V3+等相應地代替Fe2+和Fe3+,因而形成一些礦物亞種,即:
    (1)鈦磁鐵礦 Fe2+(2+x)Fe3+(2-2x)TixO4(0<x<1=,含TiO212%~16%。常溫下,鈦從其中分離成板狀和柱狀的鈦鐵礦及布紋狀的鈦鐵晶石。
    (2)釩磁鐵礦 FeV2O4或Fe2+(Fe3+V)O4,含V2O5有時高達68.41%~72.04%。
    (3)釩鈦磁鐵礦 為成分更為復雜的上述兩種礦物的固溶體產物。
    (4)鉻磁鐵礦 含Cr2O3可達百分之幾。( 鋼材網 www.qsszpy.live
    (5)鎂磁鐵礦 含MgO可達6.01%。磁鐵礦是巖漿成因鐵礦床、接觸交代-熱液鐵礦床、沉積變質鐵礦床,以及一系列與火山作用有關的鐵礦床中鐵礦石的主要礦物。此外,也常見于砂礦床中。在自然純磁鐵礦礦石很少遇到,常常由于地表氧化作用使部分磁鐵礦氧化轉變為半假象赤鐵礦和假象赤鐵礦。所謂假象赤鐵礦就是磁鐵礦(Fe3O4)氧化成赤鐵礦(Fe2O3),但仍能保持其原來的晶形,所以叫做假象赤鐵礦。

    2.赤鐵礦
    赤鐵礦(Hematite)赤鐵礦為無水氧化鐵礦石,其化學式為Fe2O3,理論含鐵量為70%。這種礦石在自然界中經常形成巨大的礦床,從埋藏和開采量來說,它都是工業生產的主要礦石。由其本身結構狀況的不同又可分成很多類別,如赤色赤鐵礦(Red hematite)、鏡鐵礦(Specularhematite)、云母鐵礦(Micaceous hematite)、粘土質赤鐵(Red Ocher)等。赤鐵礦含鐵量一般為50%~60%,含有害雜質硫和磷比較少,還原較磁鐵礦好,因此,赤鐵礦是一種比較優良的煉鐵原料。赤鐵礦有原生的,也有野生的,再生的赤鐵礦的磁鐵礦經過氧化以后失去磁性,但仍保存著磁鐵礦的結晶形狀的假象赤鐵礦,在假象赤鐵礦中經常含有一些殘余的磁鐵礦。有時赤鐵礦中也含有一些赤鐵礦的風化產物,如褐鐵礦(2Fe2O3·3H2O)。赤鐵礦具有半金屬光澤,結晶者硬度為5.5~6,土狀赤鐵礦硬度很低,無解理,相對密度4.9~5.3,僅有弱磁性,脈石為硅酸鹽。

    自然界中Fe2O3的同質多象變種已知有兩種,即α-Fe2O3和γ-Fe2O3。前者在自然條件下穩定,稱為赤鐵礦;后者在自然條件下不如α-Fe2O3穩定,處于亞穩定狀態,稱之為磁赤鐵礦。赤鐵礦:Fe 69.94%,O 30.06%,常含類質同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2+、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系,完好晶體少見。結晶赤鐵礦為鋼灰色,隱晶質;土狀赤鐵礦呈紅色。條痕為櫻桃紅色或鮮豬肝色。金屬至半金屬光澤。有時光澤暗淡。硬度5~6。比重5~5.3。赤鐵礦的集合體有各種形態,形成一些礦物亞種,即:
    (1)鏡鐵礦。為具金屬光澤的玫瑰花狀或片狀赤鐵礦的集合體。
    (2)云母赤鐵礦。具金屬光澤的晶質細鱗狀赤鐵礦。
    (3)鮞狀或腎狀赤鐵礦。形態呈鮞狀或腎狀的赤鐵礦。

    赤鐵礦是自然界中分布很廣的鐵礦物之一,可形成于各種地質作用,但以熱液作用、沉積作用和區域變質作用為主。在氧化帶里,赤鐵礦可由褐鐵礦或纖鐵礦、針鐵礦(Goethite)經脫水作用形成。但也可以變成針鐵礦和水赤鐵礦等。在還原條件下,赤鐵礦可轉變為磁鐵礦,稱假象磁鐵礦。磁赤鐵礦:γ-Fe2O3,其化學組成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等軸晶系,五角三四面體晶類,多呈粒狀集合體,致密塊狀,常具磁鐵礦假象。顏色及條痕均為褐色,硬度5,比重4.88,強磁性。磁赤鐵礦主要是磁鐵礦在氧化條件下經次生變化作用形成。磁鐵礦中的Fe2+完全為Fe3+所代替(3Fe2+→2Fe3+),所以有1/3Fe2+所占據的八面體位置產生了空位。另外,磁赤鐵礦可由纖鐵礦失水而形成,亦有由鐵的氧化物經有機作用而形成的。

    3.褐鐵礦
    褐鐵礦(Limonite)這是含有氫氧化鐵的礦石,是由其他礦石風化后生成的,在自然界中分布得最廣泛,但礦床埋藏量大的并不多見。它是針鐵礦(Goethite)HFeO2和鱗鐵礦(Lepidocrocite)FeO(OH)兩種不同結構礦石的統稱,也有人把它主要成份的化學式寫成mFe2O3.nH2O,呈現土黃或棕色,含有Fe約62%,O 27%,H2O 11%,比重約為3.6~4.0,多半是附存在其它鐵礦石之中。實際上并不是一個礦物種,而是針鐵礦、纖鐵礦、水針鐵礦、水纖鐵礦以及含水氧化硅、泥質等的混合物。褐鐵礦中絕大部分含鐵礦物是以2Fe2O3·H2O形式存在的。化學成分變化大,含水量變化也大。一般褐鐵礦石含鐵量為37%~55%,有時含磷較高。褐鐵礦的吸水性很強,一般都吸附著大量的水分,在焙燒或入高爐受熱后去掉游離水和結晶水,礦石氣孔率因而增加,大大改善了礦石的還原性。所以褐鐵礦比赤鐵礦和磁鐵礦的還原性都要好。同時,由于去掉了水分相應地提高了礦石的含鐵量。

    (1)針鐵礦 α-FeO(OH),含Fe62.9%。含不定量的吸附水者,稱水針鐵礦HFeO2·NH2O。斜方晶系,形態有針狀、柱狀、薄板狀或鱗片狀。通常呈豆狀、腎狀或鐘乳狀。切面具平行或放射纖維狀構造。有時成致密塊狀、土狀,也有呈鮞狀。顏色紅褐、暗褐至黑褐。經風化而成的粉末狀、赭石狀褐鐵礦則呈黃褐色。針鐵礦條痕為紅褐色,硬度5~5.5,比重4~4.3。而褐鐵礦條痕則一般為淡褐或黃褐色,硬度1~4,比重3.3~4。

    (2)纖鐵礦 γ-FeO(OH),含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者,稱水纖鐵礦FeO(OH)·NH2O。斜方晶系。常見鱗片狀或纖維狀集合體。顏色暗紅至黑紅色。條痕為桔紅色或磚紅色。硬度4~5,比重4.01~4.1。

    4.菱鐵礦
    菱鐵礦(Siderite)是含有碳酸鐵的礦石,主要成份為FeCO3,呈現青灰色,理論含鐵量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。常見菱面體,晶面常彎曲。其集合體成粗粒狀至細粒狀。亦有呈結核狀、葡萄狀、土狀者。黃色、淺褐黃色(風化后為深褐色),玻璃光澤。硬度3.5~4.5,比重3.96左右,因Mg和Mn的含量不同而有所變化。在自然界中,有工業開采價值的菱鐵礦比其他三種礦石都少。菱鐵礦很容易被分解氧化成褐鐵礦。一般含鐵量不高,但受熱分解出CO2以后,不僅含鐵量顯著提高而且也變得多孔,還原性很好。這種礦石多半含有相當多數量的鈣鹽和鎂鹽。由于碳酸根在高溫約800~960℃時會吸收大量的熱而放出二氧化碳,所以我們多半先把這一類礦石加以焙燒之后再加入鼓風爐。

    5.其他
    鈦鐵礦(Ilmenite)其化學分子式是FeTiO3,Fe 36.8%,Ti 36.6%,O 31.6%。三方晶系。菱面體晶類。常呈不規則粒狀、鱗片狀或厚板狀。在950℃以上鈦鐵礦與赤鐵礦形成完全類質同象。當溫度降低時,即發生熔離,故鈦鐵礦中常含有細小鱗片狀赤鐵礦包體。鈦鐵礦顏色為鐵黑色或鋼灰色。條痕為鋼灰色或黑色。含赤鐵礦包體時呈褐色或帶褐的紅色條痕。金屬-半金屬光澤。不透明,無解理。硬度5~6.5,比重4~5。弱磁性。鈦鐵礦主要出現在超基性巖、基性巖、堿性巖、酸性巖及變質巖中。我國攀枝花釩鈦磁鐵礦床中,鈦鐵礦呈粒狀或片狀分布于鈦磁鐵礦等礦物顆粒之間,或沿鈦磁鐵礦裂開面成定向片晶。鐵的硅酸鹽礦(Silicate Iron)此類礦石是一種復合鹽,沒有一定的化學式,成份的變化很大,一般呈現深綠色,比重為3.8左右,含鐵成份很低,是一種較差的鐵礦石。硫化鐵礦(Sulphide iron)這種礦石含有FeS2,含Fe只有46.6%而S的含量達到53.4%。呈現灰黃色,比重大約為4.95~5.10。由于這種礦石常常含有許多其它較貴重的金屬如銅(Copper)、鎳(Nickel)、鋅(Zinc)、金(Gold)、銀(Silver)等,所以常被用做他種金屬冶煉工業的原料;又由于它含有大量的硫,所以常被用來提制硫磺,鐵反而變成了副產品,所以事實上已不能稱為鐵礦石。
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