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  • 菱铁矿

    菱铁矿是一种分布比较广泛的矿物,它的成分是碳酸亚铁,当菱铁矿中的杂质不多时可以作为铁矿石来提炼铁。菱铁矿一般呈薄薄一层与页岩、粘土或煤在一起。菱铁矿一般为晶体粒状或不显出晶体的致密块状、球状、凝胶状。颜色一般为灰白或黄白,风化后可变成褐色或褐黑色等。菱铁矿在氧化水解的情况下还可变成褐铁矿。

    编辑摘要

    目录

    简介/菱铁矿 编辑

    菱铁矿菱铁矿

    菱面体晶胞

    arh=0.576nm;α=47°54′;Z=2;六方晶胞:ah=0.468nm,ch=1.526nm;Z=6。与方解石同结构。 形态

    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

    富Mg端员白色或浅黄白色、灰白色,有时带淡红色调,富Fe者呈黄至褐色、棕色;玻

    菱铁矿菱铁矿

    璃光泽。解理{101}完全。硬度3.5~4.5。相对密度2.9~4.0,富Fe者相对密度和折射率均增大。

    成因及产状

    菱镁矿主要由含Mg热液交代白云石及超基性岩而成,此外也有沉积型。菱铁矿也具有沉积型和热液型两种。

    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。

    菱铁矿菱铁矿

    FeCO3,FeO62.01%,CO237.99%,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。晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。经常有锰、镁等替代铁,形成锰菱铁矿、镁菱铁矿等变种。菱铁矿通常呈显晶粒状或隐晶质致密块状。呈隐晶质球粒状的称球菱铁矿;隐晶质凝胶状的称胶菱铁矿。菱铁矿一般呈灰白或黄白色,风化后呈褐色,褐黑色。摩斯硬度4。比重3.7~4.0,随成分中Mn和Mg含量的升高而降低。热液成因的菱铁矿常见于金属矿脉中;沉积成因的菱铁矿常见于页岩层、粘土层和煤层中。在氧化带易水解成褐铁矿,形成铁帽。菱铁矿大量聚集而且硫、磷等有害杂质的含量小于0.04%时,可作为铁矿石开采。

    菱铁矿常呈结核体或放射状球粒结构的菱铁矿产出;铁的硫化物包括黄铁矿和白铁矿。

    菱铁矿岩分布于中国贵州、陕西等省,可构成一定规模的矿床,菱铁矿是典型的成岩矿物,因此菱铁矿矿床大多属成岩期形成的层控矿床。

    湖沼相铁质岩:产于某些中、高纬度的沼泽与湖泊中,矿石的结构有鲕状、结核状、球粒状、疏松土状等。矿石成分以针铁矿常见,其次是菱铁矿、蓝铁矿。古代的湖沼相铁矿常与含煤地层共生,矿石成分以菱铁矿为主。

    产状及产地/菱铁矿 编辑

    菱铁矿菱铁矿

    菱铁矿的成因主要有二。其一,外生成因,产自沉积岩中:这些层状的碎屑沉积岩大多带有来自生物的有机组份--例如(黑色)页岩、煤层等,换言之,菱铁矿是在低氧的情况下借生物作用形成;其二,形成于中温至低温的热液矿脉内:菱铁矿常见于变质沉积岩中,是热液堆积后形成的脉石矿物;此外,伟晶岩中亦可能出现菱铁矿。其一,外生成因,产自沉积岩中:这些层状的碎屑沉积岩大多带有来自生物的有机组份--例如(黑色)页岩、煤层等,换言之,菱铁矿是在低氧的情况下借生物作用形成;其二,形成于中温至低温的热液矿脉内:菱铁矿常见于变质沉积岩中,是热液堆积后形成的脉石矿物;此外,伟晶岩中亦可能出现菱铁矿。其常见的共生矿物有:石英、黄铁矿(pyrite)、褐铁矿(limonite)、针铁矿(goethite)、黄铜矿(chalcopyrite)、闪锌矿(sphalerite)、冰晶石(cryolite)、方铅矿(galena)、重晶石(barite)、方解石、白云石(dolomite)、萤石(fluorite)等。其常见的共生矿物有:石英、黄铁矿(pyrite)、褐铁矿(limonite)、针铁矿(goethite)、黄铜矿(chalcopyrite)、闪锌矿(sphalerite)、冰晶石(cryolite)、方铅矿(galena)、重晶石(barite)、方解石、白云石(dolomite)、萤石(fluorite)等。 世界着名的菱铁矿产地有:波兰,捷克波西米亚(Bohemia),德国的Harz山脉和Freiberg,法国Lorraine,英国Cornwall,葡萄牙BieraBaixa,美国宾州、密西根州、犹他州、俄亥俄州东部、科罗拉多州、康乃狄格州Roxbury、纽泽西州Franklin、加州SanBernardinoCounty、威斯康辛州Ladysmith、亚利桑那州AntlerMine、纽约州,育空RapidCreek,加拿大蒙特利尔FranconQuarry、魁北克MontSaint-Hilaire,巴西MinasGerais,祕鲁Huancavelica,玻利维亚Tatasi,澳洲新南威尔州BrokenHill、ProspectHill,纳米比亚Otavi的Tsumeb,格陵兰Ivigtut。

    原料特点/菱铁矿 编辑

    菱铁矿菱铁矿

    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。

    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。

    共生矿物/菱铁矿 编辑

    菱铁矿菱铁矿

    磁铁矿

    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。

    赤铁矿

    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。

    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。

    菱铁矿菱铁矿

    钛铁矿

    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。

    纤铁矿

    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 编辑

    菱铁矿菱铁矿

    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。

    菱铁矿菱铁矿

    秦汉到南北朝秦统一中国后,在产铁的地区设置铁官,以增加国库收入,巩固中央集权制度。汉初,一些诸侯国的冶铁业实际操纵在少数豪强大族手中。汉武帝于元狩四年(公元前119)在49个产铁地区设置铁官。这些铁官驻在地分布于今山东省境内的有12处,江苏7处,河南、陕西各6处,河北、山西各5处,四川3处,北京、辽宁、安徽、湖南、甘肃各一处。从铁官分布情况看,西汉冶铁业是在战国时期的基础上发展起来的,大部分分布在北方的齐、秦、燕、赵、魏、韩六国范围内,长江以南的广大地区只有桂阳郡(湖南郴县)一处设有铁官。西汉铜产地以长江中下游最为重要,在丹阳设有铜官。

    关于秦汉之际的金属矿产地,司马迁在《史记·货殖列传》中说,金、锡、辰砂等主要出在江南,铜、铁两种矿藏,在千里之内分布得就像棋盘上的棋子那样。此外,还提到西南的巴蜀也盛产辰砂和铜、铁。东汉设铁官34处,分布地区基本承袋前代,仅云南两处是新设。此外,在中条山开辟新的铜矿区,云南的锡、铅和银,四川、贵州的汞和川、滇境内的沙金等,均有所发展。魏晋南北朝时期战乱频仍,黄河中游的官营冶铁业还能维持生产。长江以南地区受到的破坏较少,在今江苏、浙江、湖北等省境内有较多的冶铁作坊继续得到发展,铜、银、金矿则兴废无常,趋于衰落。

    价值应用/菱铁矿 编辑

    菱铁矿菱铁矿

    菱铁矿(FeCO3)作为一种传统矿物资源,长期以来一直用作冶炼钢铁。近几十年来的进一步研究发现,菱铁矿经热处理后可产生磁性矿物,分解产物变化非常复杂,而且表现出一系列异常的磁学现象,使菱铁矿热分解的主要产物具有极大的潜在应用价值,逐渐引起人们的兴趣。

    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。

    菱铁矿菱铁矿

    基于从菱铁矿的热分解产物所具有的潜在应用价值,利用其在高温分解时产生磁性物质的特点,我们已研制出完全新型的磁性日用陶瓷。这种陶瓷的主要特点是坯体中含有分布均匀的磁性矿物,可显示磁性,由于是热剩磁,

    故可长久保留。因而可以作为磁性保健用品,如磁化杯、磁储水器以及磁性浴缸;还可制作农产品以及花卉的栽培载体和输水管道,以及保健建筑材料等。如再作深化研究,还有可能作结构陶瓷与功能陶瓷的原料。总之,这项研究具有极大的社会意义和经济效益。

    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:>;650 Kg/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)

    相关资料/菱铁矿 编辑

    地质研究所朱祥坤研究员团队在对天津蓟县中、新元古代剖面进行野外考察时,在铁岭子村附近的下马岭组地层中发现了大量原生菱铁矿。

    富含菱铁矿的层位出露于下马岭组下部,为一套碳质岩系,主要为粉砂岩和黑色页岩。粉砂岩、页岩中夹有铁结核层,三者常互层出现。这些铁结核表面呈褐红色,扁平椭球状,致密块状构造,多数直径在1cm~15cm间,少数可达30cm左右,其最大扁平面平行于层面,围岩层理绕结核生长。结核新鲜断面呈灰色,具有碳酸盐岩特征,硬度小于小刀,比重明显大于泥岩、灰岩或白云岩。据此将铁质结核初步定为菱铁矿结核。这一认识得到了进一步室内工作(包括显微镜下鉴定、X射线粉晶衍射及电子探针分析)的证实。

    蓟县铁岭子村下马岭组剖面中菱铁矿的含量非常丰富,可能具有经济意义,有必要对其进行系统调查。同时,这一发现在研究元古宙环境演化方面也具有重要意义。

    基本工艺/菱铁矿 编辑

    矿石中主要金属矿物为菱铁矿及少量的褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿和硅酸铁等。非金属矿物为石英和方解石等。

    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/菱铁矿 编辑

    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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    扩展阅读
    1菱铁矿选矿工艺流程

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