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菱鐵礦
為晶粒狀的凝膠狀礦物
簡(jiǎn)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(zhì)
菱鐵礦
成因及產(chǎn)狀
鑒定特征
與方解石相似，區別在于粉末加冷HCl不起泡或作用極慢，加熱HCl則劇烈起泡。
菱鐵礦
產(chǎn)狀及產(chǎn)地
菱鐵礦
命名
它的名字來(lái)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、灰巖及白云巖的比重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(lái)。實(shí)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(jiǎn)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別開(kāi)來(lái)。
三、滴試劑試二價(jià)鐵、觀(guān)氣泡。菱鐵礦石中的鐵為二價(jià)，經(jīng)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(jià)鐵。據觀(guān)察含二價(jià)鐵3%在以上的巖石與菱鐵礦礦石一樣，均呈深藍色反應，故很難區別菱鐵礦石與巖石。但是在試二價(jià)鐵的過(guò)程中，如能觀(guān)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(shí)，也滴一滴赤血鹽試液，這時(shí)，若是起泡劇烈并立即呈現深藍色者為含鐵石灰巖，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別。
四、灼燒后觀(guān)察磁性強度、估計礦石品位。菱鐵礦石無(wú)磁性，燒后二氧化碳逸出，部分二價(jià)鐵氧化而具磁性。通過(guò)對試樣的磁性觀(guān)察來(lái)鑒定是不是菱鐵礦石并進(jìn)一步估計菱鐵礦石的品位。對試樣進(jìn)行了觀(guān)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(guān)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(guān)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(shí)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(gè)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(guān)研究
菱鐵礦屬于方解石族的礦物，族中的礦物彼此異質(zhì)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(zhì)。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(shí)際上，礦物組成中的陽(yáng)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(jīng)提及菱鐵礦會(huì )產(chǎn)自具有有機組份的沉積巖中，例如黑色頁(yè)巖、煤層中，我們不妨想像一下菱鐵礦的形成環(huán)境：一個(gè)古代的沼澤地區，許多植物的殘塊，舉凡木干、枝葉等散布其中，這是未來(lái)煤礦、煤炭形成的溫床，由于這個(gè)環(huán)境中有水、有溶解的鐵質(zhì)，是個(gè)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(jiàn)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(chǎn)出，所謂的結核，是菱鐵礦晶體堆積、包覆著(zhù)一個(gè)核心，然后再向外層層包覆、生長(cháng)而形成，這個(gè)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地區的頁(yè)巖中，菱鐵礦結核中包覆的不是礦物，而是在那古沼澤地區、與煤礦物源共同生活的植物與動(dòng)物們。這種包覆動(dòng)物或植物化石的菱鐵礦結核，以伊利諾州的最為著(zhù)名，不過(guò)除此之外，印度西部等其他地區也有產(chǎn)出，并不是只有一個(gè)地方看的到。
原料特點(diǎn)
在自然界中，鐵元素有4種穩定同位素，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(shí))。
鐵的原子半徑，取12配位數時(shí)，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(gè)s電子而呈正二價(jià)離子(Fe2)。如果再失掉次外層的1個(gè)d電子，則呈正三價(jià)離子(Fe3)。鐵元素的這種變價(jià)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(xué)性質(zhì)。鐵原子失去第一個(gè)電子的電離勢(I1)為7.90eV，失去第二個(gè)電子的電離勢(I2)為16.18eV，失去第三個(gè)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(shí)，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(jià)化合物。鐵的共價(jià)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(shí)，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(xué)結構式相同時(shí)，易與鐵發(fā)生類(lèi)質(zhì)同象替換，如硅酸鹽中的鐵橄欖石和鎂橄欖石類(lèi)質(zhì)同象系列；碳酸鹽中的菱鐵礦和菱錳礦類(lèi)質(zhì)同象系列；以及鎢酸鹽中的鎢鐵礦和鎢錳礦類(lèi)質(zhì)同象系列，等等。離子電位(Φ)是一個(gè)重要的地球化學(xué)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(chǎn)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(chǎn)物沉淀。與鐵共沉淀的元素(同價(jià)的或異價(jià)的)共生組合，可用離子電位圖來(lái)預測。鐵及其化合物的密度、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，以及它們在水中的溶解度或溶度積，是決定鐵進(jìn)行地球化學(xué)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(cháng)對角線(xiàn)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(lèi)質(zhì)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(jiàn)。結晶赤鐵礦為鋼灰色，隱晶質(zhì)；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(shí)光澤暗淡。硬度5～6。比重5～5.3。
γ-Fe2O3，其化學(xué)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(lèi)，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(lèi)。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(lèi)質(zhì)同象。當溫度降低時(shí)，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(shí)呈褐色或帶褐的紅色條痕。金屬-半金屬光澤。不透明，無(wú)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(chēng)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(shí)成致密塊狀、土狀，也有呈鮞狀。顏色紅褐、暗褐至黑褐。經(jīng)風(fēng)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(chēng)水纖鐵礦FeO(OH)·NH2O。斜方晶系。常見(jiàn)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(chǎn)，明代以前主要有鐵、銅、錫、鉛、銀、金、汞，金屬鋅的生產(chǎn)，則在明代開(kāi)始見(jiàn)于記載。有關(guān)古代礦冶業(yè)的文獻記載，早期僅有產(chǎn)地而無(wú)產(chǎn)量。《新唐書(shū)·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(chǎn)量，而往往是稅收量、征集量、官營(yíng)礦冶產(chǎn)量等。不同文獻之間也常有很大差異。
夏代到戰國對夏代礦冶業(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(shí)代。青銅冶鑄業(yè)中心是在中原地區，部分原料則可能來(lái)自南方。《詩(shī)經(jīng)·魯頌》說(shuō)：“憬彼淮夷，來(lái)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(chǎn)的金屬，反映當時(shí)中國南部金屬礦冶業(yè)的發(fā)達。《周禮·地官》中說(shuō)：“人掌金玉錫石之地”，這是古代文獻關(guān)于礦業(yè)的最早記載，反映當時(shí)已特設專(zhuān)職官員掌管官營(yíng)礦業(yè)了。
春秋戰國之際進(jìn)入鐵器時(shí)代。戰國冶鐵業(yè)興盛，生產(chǎn)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(jiàn)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，春秋戰國時(shí)期都已進(jìn)行開(kāi)采。
菱鐵礦
關(guān)于秦漢之際的金屬礦產(chǎn)地，司馬遷在《史記·貨殖列傳》中說(shuō)，金、錫、辰砂等主要出在江南，銅、鐵兩種礦藏，在千里之內分布得就像棋盤(pán)上的棋子那樣。此外，還提到西南的巴蜀也盛產(chǎn)辰砂和銅、鐵。東漢設鐵官34處，分布地區基本承袋前代，僅云南兩處是新設。此外，在中條山開(kāi)辟新的銅礦區，云南的錫、鉛和銀，四川、貴州的汞和川、滇境內的沙金等，均有所發(fā)展。魏晉南北朝時(shí)期戰亂頻仍，黃河中游的官營(yíng)冶鐵業(yè)還能維持生產(chǎn)。長(cháng)江以南地區受到的破壞較少，在今江蘇、浙江、湖北等省境內有較多的冶鐵作坊繼續得到發(fā)展，銅、銀、金礦則興廢無(wú)常，趨于衰落。
價(jià)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，其中新疆、青海、甘肅、陜西與云南等五個(gè)省的菱鐵礦儲量都超過(guò)億噸。如陜西臨水大西溝菱鐵礦礦床儲量超過(guò)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(diǎn)在于：原料價(jià)格低廉且儲量豐富、工藝簡(jiǎn)單成本較低、無(wú)毒無(wú)放射性，有利于工業(yè)化大規模生產(chǎn)，應用前景十分寬廣，經(jīng)濟效益也十分可觀(guān)。
有關(guān)測試數據如下：
吸水率：<；0.5%，抗折強度：>；650Kg/cm2
莫氏硬度：>；6.5，熱穩定性：700℃不開(kāi)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(jìn)行生產(chǎn)，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(kāi)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(chǎn)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(chǎng)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(kāi)采含凌鐵礦石先由鄂式破碎機進(jìn)行初步破碎，在破碎至合理細度后經(jīng)由提升機、給礦機均勻送入磨機，由磨機對礦石進(jìn)行研磨；經(jīng)過(guò)磨機研磨的礦石細料進(jìn)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(jìn)行洗凈、分級；經(jīng)過(guò)洗凈和分級的礦物混合料在經(jīng)過(guò)磁選機時(shí)，由于各種礦物的比磁化系數不同，經(jīng)由磁力和機械力將混合料中的磁性物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。按鐵礦的性質(zhì)選礦強磁或弱磁進(jìn)行分選，經(jīng)過(guò)烘干機烘干，即可得到干燥的鐵礦，一般經(jīng)選別后的精礦，品質(zhì)可達到95%以上。
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有機化合物一般是指含碳氫鍵的化合物，因此不包括碳氧化物（如一氧化碳、二氧化碳）、碳酸鹽、氰化物、硫氰化物、氰酸鹽、金屬碳化物等物質(zhì)。但是，部分不包含碳氫鍵的化合物，如四氯化碳等全鹵代烴，可以看作氫原子被鹵素取代的產(chǎn)物，仍屬于有機化合物。
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