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第10章 人类生活的必需品——铁矿(1)

第一节铁矿简介

1.何为铁矿

铁,是世界上发现最早、利用最广、用量也最多的一种金属,其消耗量约占金属总消耗量的95%。铁矿石主要用于钢铁工业,冶炼含碳量不同的生铁(含碳量一般在2%以上)和钢(含碳量一般在2%以下)。生铁通常按用途不同,分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同,分为碳素钢、合金钢。合金钢是以碳素钢为基础,为了改善或获得某些性能,而有意加入适量的一种或多种元素的钢,加入钢中的元素种类很多,主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外,铁矿石还用于合成氨的催化剂(纯磁铁矿),天然矿物颜料(赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂(磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿)和名贵药石(磁石)等,但用量很少。钢铁制品,广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面,是社会生产和公众生活所必需的基本材料。自从19世纪中期,发明转炉炼钢法,并逐步形成钢铁工业大生产以来,钢铁一直是最重要的结构材料,在国民经济中占有非常重要的地位,是社会发展的重要支柱产业,是现代化工业最重要和应用最多的金属材料。所以人们常把钢、钢材的产量、品种、质量,作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。

富铁矿含铁量至少为50%,由雨水将二氧化硅淋去从而富集成的。这些富矿是世界上铁的来源,储量正在日益减少。为了弥补不足,矿业公司正在将注意力转向原始的含铁建造,即所谓含铁石英岩。

这种岩石仅仅含25%~30%的铁,但是它有非常巨大的储量。用机械的办法,可以使低品位的铁矿石的铁矿物富集起来。这样一来,含铁石英岩将成为持久的铁矿资源。

2.常见的铁矿石

铁矿物种类繁多,目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300种,其中常见的有170余种,但在当前技术条件下,具有工业利用价值的,主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。

(1)磁铁矿,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。

磁铁矿是岩浆成因铁矿床、接触交代-热液铁矿床、沉积变质铁矿床,以及一系列与火山作用有关的铁矿床中铁矿石的主要矿物。

此外,也常见于砂矿床中。磁铁矿氧化后,可变成赤铁矿,但仍能保持其原来的晶形。

(2)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。

赤铁矿是自然界中分布很广的铁矿物之一,可形成于各种地质作用,但以热液作用、沉积作用和区域变质作用为主。在氧化带里,赤铁矿可由褐铁矿或纤铁矿、针铁矿,经脱水作用形成。但也可以变成针铁矿和水赤铁矿等。

在还原条件下,赤铁矿可转变为磁铁矿,称假象磁铁矿。

(3)磁赤铁矿,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。

(4)褐铁矿,实际上并不是一个矿物种,而是针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿以及含水氧化硅、泥质等混合物。化学成分变化大,含水量变化也大。

(5)钛铁矿,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。钛铁矿,主要出现在超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩及变质岩中。我国攀枝花钒钛磁铁矿床中,钛铁矿呈粒状或片状,分布于钛磁铁矿等矿物颗粒之间,或沿钛磁铁矿裂开面,成定向片晶。

(6)菱铁矿,常含镁和锰,三方晶系。常见菱面体,晶面常弯曲。其集合体呈粗粒状至细粒状。亦有呈结核状、葡萄状、土状及。

黄色、浅褐黄色(风化后为深褐色)、玻璃光泽,因镁和锰的含量不同而有所变化。

第二节“愚人金”的由来

黄铁矿,因其浅黄铜的颜色和明亮的金属光泽,常被误认为是黄金,故又称为“愚人金”。黄铁矿是铁的二硫化物。纯黄铁矿中含有46.67%的铁和53.33%的硫。一般将黄铁矿作为生产硫磺和硫酸的原料,而不是用作提炼铁的原料,因为提炼铁有更好的铁矿石。黄铁矿分布广泛,在很多矿石和岩石中,包括在煤中,我们都可以看到它们的身影,一般为黄铜色立方体样子。黄铁矿风化后,会变成褐铁矿或黄钾铁矾。

黄铁矿中通常含有钴、镍和硒等元素,呈浅黄色,条痕为绿黑色,强金属光泽,不透明,无解理,参差状断口。摩氏硬度较大,达6~.5,小刀刻不动。比重在4.9~5.2之间。

在地表条件下,易风化为褐铁矿。

如何识别“愚人金”和真正的黄金呢?只要拿着它们在不带釉的白瓷板上一划,看一看划出的条痕(即留在白瓷板上的粉末),就能分辨出真假,金矿的条痕是金黄色的,黄铁矿的条痕则是绿黑色的。另外,也可以用手掂一下,手感特别重的是黄金,因为自然金的比重为15.6~18.3,而黄铁矿只有4.9~5.2。

世界着名的黄铁矿产地有西班牙捷克、斯洛伐克和美国。

中国黄铁矿的储量居世界前列,知名的产地有广东英德和云浮、安徽马鞍山、甘肃白银厂等。

黄铁矿是地壳中分布最广的硫化物。在岩浆岩中,黄铁矿呈细小浸染状,为岩浆期后热液作用的产物。接触交代矿床中,黄铁矿常与其他硫化物共生,形成于热液作用后期阶段。在热液矿床中,黄铁矿与其他硫化物、氧化物、石英等共生,有时形成黄铁矿的巨大堆积。在沉积岩、煤系及沉积矿床中,黄铁矿呈团块、结核或透镜体产出。在变质岩中,黄铁矿往往是变质作用的新生产物。

黄铁矿在氧化带不稳定,易分解形成氢氧化铁如针铁矿等,经脱水作用,可形成稳定的褐铁矿,且往往依黄铁矿成假象。这种作用常发生在金属矿床氧化带的地表露头部分,形成褐铁矿或针铁矿、纤铁矿等,覆盖于矿体之上,故称铁帽。在氧化带酸度较强的条件下,可形成黄钾铁矾,其分布量仅次于褐铁矿。

黄铁矿晶形完好,晶面有条纹,致密块状者与黄铜矿相似。但据其浅黄铜黄色,硬度大,可与之区别。

药用自然铜,即黄铁矿(砸碎或煅用),别名石髓铅,具有散瘀止痛,接骨疗伤的功效。其成药制剂有活血止痛散,骨折跌打散。

第三节各种各样的铁矿石

1.重要的铁矿石——赤铁矿

赤铁矿,属晶体,属三方晶系的氧化物矿物。西文名称来源于希腊文“血”,意指这种矿物大多数是红色的。

它是一种铁的氧化物,是铁的主要矿石矿物。虽然其他金属逐渐代替铁的地位,但是铁仍旧是最重要的金属。

因此赤铁矿是经济上最重要的矿物之一。只有少数几个地方,赤铁矿有完美的金属闪光菱面体晶体。更多情况下,晶体常常是扁平的。更有甚者,形成薄板状,有些样品板状成簇,组成玫瑰花状,叫铁玫瑰。有时呈鳞片状集合体,称之为镜铁矿。所有这些结晶很好的赤铁矿变种,都是黑色的。但条痕,即矿物粉末的颜色都是红色的,所谓肾状铁矿就是这种红色。

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