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菱鐵礦
為晶粒狀的凝膠狀礦物
簡介
菱鐵礦
晶體呈菱面體狀、短柱狀或偏三角面體狀。通常呈粒狀、土狀、致密塊狀集合體。
物理性質
菱鐵礦
成因及產狀
鑒定特征
與方解石相似，區(qū)別在于粉末加冷HCl不起泡或作用極慢，加熱HCl則劇烈起泡。
菱鐵礦
產狀及產地
菱鐵礦
命名
它的名字來自希臘文“sideros”，是“鐵”的意思。它是由馮海丁格（ von Haidinger）于1845年鑒定。
鑒定特征
菱鐵礦與方解石相似，區(qū)別在于粉末加冷HCl不起泡或作用極慢，加熱HCl則劇烈起泡。
一、掂分量：菱鐵礦的比重為3.9，粘土巖、砂巖、灰?guī)r及白云巖的比重2.5-2.9。據此，可以把賦存在沉積巖中的部分菱鐵礦石鑒定出來。實踐表明，含鐵28%以上的菱鐵礦石重感明顯，含鐵20%以下的重感不明顯。“掂”是鑒定菱鐵礦石的一種簡便方法，但是它只適用于高品位的菱鐵礦石。
二、劃條痕、試硬度：菱鐵礦的條痕為白色到灰白色，硬度小于小刀。據此，可把菱鐵礦石與其他一些重感明顯的巖石或礦石區(qū)別開來。
三、滴試劑試二價鐵、觀氣泡。菱鐵礦石中的鐵為二價，經稀鹽酸溶解后，滴上1~5%的高鐵氰化鉀(赤血鹽)試液立即呈深藍色。有些沉積巖也含二價鐵。據觀察含二價鐵3%在以上的巖石與菱鐵礦礦石一樣，均呈深藍色反應，故很難區(qū)別菱鐵礦石與巖石。但是在試二價鐵的過程中，如能觀察起泡情況并能注意深藍色出現的快慢，也可以鑒定一部分菱鐵礦礦石。在試樣(塊樣)上滴上稀鹽酸的同時，也滴一滴赤血鹽試液，這時，若是起泡劇烈并立即呈現深藍色者為含鐵石灰?guī)r，若起泡多，但不劇烈并立即呈現深藍色者為含鐵白云巖，若起泡少、變色慢，先為綠色然后逐漸變?yōu)樯钏{色者則為菱鐵礦石。冬天，菱鐵礦礦石起泡更少或不起泡，深藍色出現更慢。應當指出，起泡少、變色慢、重感又不明顯的菱鐵礦礦石與含菱鐵礦的粘上巖、砂巖及粉砂巖等需用其他方法區(qū)別。
四、灼燒后觀察磁性強度、估計礦石品位。菱鐵礦石無磁性，燒后二氧化碳逸出，部分二價鐵氧化而具磁性。通過對試樣的磁性觀察來鑒定是不是菱鐵礦石并進一步估計菱鐵礦石的品位。對試樣進行了觀察，明顯的看出含鐵量高的試樣磁性強，含鐵最低的試樣磁性就弱。可以分為極磁樣、強磁樣、中磁樣和弱磁樣四級。它們分別代表富礦、貧礦、表外礦和巖石。
五、觀測粒狀菱鐵礦的數量、估計礦石的品位。對粒狀結構的菱鐵礦石，觀測菱鐵物的數量，以估計礦石的品位，達到鑒定菱鐵礦石的目的并大致鑒定出貧礦、富礦及表外礦。可以明顯地看出，鱺狀菱鐵礦石的鱺粒就是菱鐵礦物，礦石品位的高低取決于鱺粒的多少，同時也取決于鱺粒含菱鐵礦的純度。據此，將礦石的鱺粒含量分為個等級如密集、大量、中量、少量和稀少。在礦石中，紙狀菱鐵礦的含量如為密集者，其含鐵量大致在30%以上，屬富礦，如為大量者，其含鐵量大致在25%左右為貧礦，如為中量者，其含鐵量大約在15%左右可作為表外礦如為少量和稀少者，其含鐵量在10%以下，不是礦石。
有關研究
菱鐵礦屬于方解石族的礦物，族中的礦物彼此異質同型（isomorphous）：由于各礦物的結晶構造相似，因此它們具許多相似的物理性質。包括：屬于六方晶系、三方（次）晶系（trigonal）－－晶型多為菱面體或scalenohedron。有三組發(fā)育優(yōu)良的菱面體解理，透明菱面體結晶具有雙折射（doublerefraction）現象等。實際上，礦物組成中的陽離子之間，彼此可以完全地相互取代，形成一系列的固溶液（solidsolution），因此礦物之間的分辨可能變得較為困難。
前述曾經提及菱鐵礦會產自具有有機組份的沉積巖中，例如黑色頁巖、煤層中，我們不妨想像一下菱鐵礦的形成環(huán)境：一個古代的沼澤地區(qū)，許多植物的殘塊，舉凡木干、枝葉等散布其中，這是未來煤礦、煤炭形成的溫床，由于這個環(huán)境中有水、有溶解的鐵質，是個缺氧的環(huán)境，因此也適合菱鐵礦的形成，這就是含煤沉積巖中常見菱鐵礦的原因。
這些沉積巖中的菱鐵礦多以層狀或結核（nodule，concretion）產出，所謂的結核，是菱鐵礦晶體堆積、包覆著一個核心，然后再向外層層包覆、生長而形成，這個核心大多是其他礦物。例如：黃鐵礦、閃鋅礦、燧石（chert）等，但是在美國伊利諾州MazonCreek地區(qū)的頁巖中，菱鐵礦結核中包覆的不是礦物，而是在那古沼澤地區(qū)、與煤礦物源共同生活的植物與動物們。這種包覆動物或植物化石的菱鐵礦結核，以伊利諾州的最為著名，不過除此之外，印度西部等其他地區(qū)也有產出，并不是只有一個地方看的到。
原料特點
在自然界中，鐵元素有4種穩(wěn)定同位素，其同位素豐度(%)如下(Hertz，1960)：54Fe—5.81，56Fe—91.64，57Fe—2.21，58Fe—0.34。鐵的原子量平均為55.847(當12C=12.000時)。
鐵的原子半徑，取12配位數時，為1.26×10-10m。鐵的原子體積為7.1cm3/克原子，原子密度為7.86g/cm3。鐵原子的電子結構是3d64s2。鐵原子很容易失掉最外層的兩個s電子而呈正二價離子(Fe2)。如果再失掉次外層的1個d電子，則呈正三價離子(Fe3)。鐵元素的這種變價特征，導致鐵在不同氧化還原反應中顯示出不同的地球化學性質。鐵原子失去第一個電子的電離勢(I1)為7.90eV，失去第二個電子的電離勢(I2)為16.18eV，失去第三個電子的電離勢(I3)為30.64eV。
鐵的離子半徑隨配位數和離子電荷而變化。據Ahrens(1952)資料，取6配位數時，Fe2的離子半徑為0.074nm，Fe3的離子半徑為0.064nm。鐵離子在含氧鹽和鹵化物等中構成離子化合物。鐵常與硫和砷等構成共價化合物。鐵的共價半徑為1.17×10－10m。其鍵性強度可用鐵和硫、砷等的電負性差求得。鐵的電負性，Fe2為1.8，Fe3為1.9(波林，1964)。凡是原子半徑與鐵相近的元素，當晶體結構相同時，易與鐵形成金屬互化物，如鐵和鉑族形成的金屬互化物粗鉑礦(Pt，Fe)。凡是離子半徑與鐵相近的元素，當化學結構式相同時，易與鐵發(fā)生類質同象替換，如硅酸鹽中的鐵橄欖石和鎂橄欖石類質同象系列；碳酸鹽中的菱鐵礦和菱錳礦類質同象系列；以及鎢酸鹽中的鎢鐵礦和鎢錳礦類質同象系列，等等。離子電位(Φ)是一個重要的地球化學指標。Fe2的離子電位為2.70，可在水溶液中呈自由離子(Fe2)遷移。Fe3的離子電位較高，為4.69，它易呈水解產物沉淀。因此，在還原條件下，有利于Fe2呈自由離子遷移；在氧化條件下，則Fe2易氧化為Fe3而呈水解產物沉淀。與鐵共沉淀的元素(同價的或異價的)共生組合，可用離子電位圖來預測。鐵及其化合物的密度、熔點和沸點，以及它們在水中的溶解度或溶度積，是決定鐵進行地球化學遷移的重要物理常數。
共生礦物
菱鐵礦
FeO31.03%，Fe2O368.97%或含Fe72.2%，O27.6%，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。
Fe69.94%，O30.06%，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。
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。
菱鐵礦
FeTiO3，Fe36.8%，Ti36.6%，O31.6%。三方晶系。菱面體晶類。常呈不規(guī)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(fā)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。
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(tài)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。
γ-FeO(OH)，含Fe62.9%。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。
冶礦歷史
菱鐵礦
中國古代金屬礦產，明代以前主要有鐵、銅、錫、鉛、銀、金、汞，金屬鋅的生產，則在明代開始見于記載。有關古代礦冶業(yè)的文獻記載，早期僅有產地而無產量。《新唐書·食貨志》首次記載全國銀、銅、鐵、錫的年收入量。歷代文獻中的年收入量并不等于年產量，而往往是稅收量、征集量、官營礦冶產量等。不同文獻之間也常有很大差異。
夏代到戰(zhàn)國對夏代礦冶業(yè)還很少研究成果。河南登封相當夏紀元的遺址中出土有銅片。商、周是青銅器的鼎盛時代。青銅冶鑄業(yè)中心是在中原地區(qū)，部分原料則可能來自南方。《詩經·魯頌》說：“憬彼淮夷，來獻其琛，元龜象齒，大賂南金。”淮夷貢獻的除海龜和象牙外，還有南方出產的金屬，反映當時中國南部金屬礦冶業(yè)的發(fā)達。《周禮·地官》中說：“人掌金玉錫石之地”，這是古代文獻關于礦業(yè)的最早記載，反映當時已特設專職官員掌管官營礦業(yè)了。
春秋戰(zhàn)國之際進入鐵器時代。戰(zhàn)國冶鐵業(yè)興盛，生產的鐵器以農具、手工工具為主，兵器則青銅、鋼、鐵兼而有之，銅、鐵礦業(yè)均盛。根據文獻記載和考古發(fā)掘資料，今山東臨淄和河北邯鄲的鐵礦、湖北大冶銅綠山的銅礦(見銅綠山礦冶遺址)、山東的鉛礦以及漢水、汝河和金沙江的砂金等，春秋戰(zhàn)國時期都已進行開采。
菱鐵礦
價值應用
菱鐵礦
中國菱鐵礦資源十分豐富，目前已探明儲量近20億噸，另存保有儲量近20億噸。主要分布在西部地區(qū)，其中新疆、青海、甘肅、陜西與云南等五個省的菱鐵礦儲量都超過億噸。如陜西臨水大西溝菱鐵礦礦床儲量超過三億噸。但巳利用的菱鐵礦不足總儲量的10%。主要用于冶煉鋼鐵，在其他方面的應用基本處于空白。
菱鐵礦
采用以天然純菱鐵礦為主要原料研制磁性日用陶瓷，目前在國內外尚屬首次。所研制成的這種磁性陶瓷的特點在于：原料價格低廉且儲量豐富、工藝簡單成本較低、無毒無放射性，有利于工業(yè)化大規(guī)模生產，應用前景十分寬廣，經濟效益也十分可觀。
有關測試數據如下：
吸水率：<；0.5%，抗折強度：>；650Kg/cm2
莫氏硬度：>；6.5，熱穩(wěn)定性：700℃不開裂
強度比普通硅酸鹽陶瓷高。
磁性測試：磁化率X比=8319-18636(10-8m3Kg-1)(赤鐵礦=60-600磁鐵礦=5.7x104)
其他資料
基本工藝
菱鐵礦石的主要選礦方法是焙燒磁選法和重選法。主要設備－破碎磨礦設備中國鐵礦石破碎作業(yè)基本按照五種流程進行生產，一段破碎多是供自磨機磨礦用料，破碎粒度為350～0mm或250～0mm二段破碎、三段開路破碎、三段閉路破碎和四段破碎多是供球磨機或棒磨機磨礦用料，破碎粒度為25～0mm、20～0mm、15～0mm和12～0mm。按破碎產品粒度分為粗碎、中碎和細碎三種破碎設備。粗破碎機采用顎式破碎機或旋回破碎機。大型鐵礦石選廠多用1500mm×2100mm顎式破碎機和1500mm/300mm或1200mm/180mm旋回破碎機。中破碎機采用標準型圓錐破碎機。細破碎機采用短頭型圓錐破碎機。磨礦主要采用一段磨礦、二段磨礦和三段磨礦流程。其中有連續(xù)磨礦和階段磨礦或帶有選別或帶有細篩的磨礦流程。提高自磨機的處理量，采用礫磨對一些礦石具有降低球耗和電耗，從而降低選礦成本的效果。
菱鐵礦選取工藝
開采含凌鐵礦石先由鄂式破碎機進行初步破碎，在破碎至合理細度后經由提升機、給礦機均勻送入磨機，由磨機對礦石進行研磨；經過磨機研磨的礦石細料進入下一道工序：分級；借助固體顆粒的比重不同而在液體中沉淀的速度不同的原理，對礦石混合物進行洗凈、分級；經過洗凈和分級的礦物混合料在經過磁選機時，由于各種礦物的比磁化系數不同，經由磁力和機械力將混合料中的磁性物質分離開來。按鐵礦的性質選礦強磁或弱磁進行分選，經過烘干機烘干，即可得到干燥的鐵礦，一般經選別后的精礦，品質可達到95%以上。
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