菱鐵礦

菱面體晶胞

arh=0.576nm；α=47°54′；Z=2；六方晶胞：ah=0.468nm，ch=1.526nm；Z=6。與方解石同結構。形態

晶體呈菱面體狀、短柱狀或偏三角面體狀。通常呈粒狀、土狀、緻密塊狀集合體。

物理性質

富Mg端員白色或淺黃白色、灰白色，有時帶淡紅色調，富Fe者呈黃至褐色、棕色；玻

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

成因及產狀

菱鎂礦主要由含Mg熱液交代白雲石及超基性岩而成，此外也有沉積型。菱鐵礦也具有沉積型和熱液型兩種。

鑒定特徵

與方解石相似，區別在於粉末加冷HCl不起泡或作用極慢，加熱HCl則劇烈起泡。

FeCO3，FeO62.01%，CO237.99%，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(風化後為深褐色)，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。晶體屬三方晶系的碳酸鹽礦物。經常有錳、鎂等替代鐵，形成錳菱鐵礦、鎂菱鐵礦等變種。菱鐵礦通常呈顯晶粒狀或隱晶質緻密塊狀。呈隱晶質球粒狀的稱球菱鐵礦；隱晶質凝膠狀的稱膠菱鐵礦。菱鐵礦一般呈灰白或黃白色，風化后呈褐色，褐黑色。摩斯硬度4。比重3.7～4.0，隨成分中Mn和Mg含量的升高而降低。熱液成因的菱鐵礦常見於金屬礦脈中；沉積成因的菱鐵礦常見於頁岩層、粘土層和煤層中。在氧化帶易水解成褐鐵礦，形成鐵帽。菱鐵礦大量聚集而且硫、磷等有害雜質的含量小於0.04％時，可作為鐵礦石開採。

菱鐵礦常呈結核體或放射狀球粒結構的菱鐵礦產出；鐵的硫化物包括黃鐵礦和白鐵礦。

菱鐵礦岩分佈於中國貴州、陝西等省，可構成一定規模的礦床，菱鐵礦是典型的成岩礦物，因此菱鐵礦礦床大多屬成岩期形成的層控礦床。

湖沼相鐵質岩：產於某些中、高緯度的沼澤與湖泊中，礦石的結構有鮞狀、結核狀、球粒狀、疏鬆土狀等。礦石成分以針鐵礦常見，其次是菱鐵礦、藍鐵礦。古代的湖沼相鐵礦常與含煤地層共生，礦石成分以菱鐵礦為主。

菱鐵礦的成因主要有二。其一，外生成因，產自沉積岩中：這些層狀的碎屑沉積岩大多帶有來自生物的有機組份－－例如（黑色）頁岩、煤層等，換言之，菱鐵礦是在低氧的情況下借生物作用形成；其二，形成於中溫至低溫的熱液礦脈內：菱鐵礦常見於變質沉積岩中，是熱液堆積后形成的脈石礦物；此外，偉晶岩中亦可能出現菱鐵礦。其常見的共生礦物有：石英、黃鐵礦（pyrite）、褐鐵礦（limonite）、針鐵礦（goethite）、黃銅礦（chalcopyrite）、閃鋅礦（sphalerite）、冰晶石（cryolite）、方鉛礦（galena）、重晶石（barite）、方解石、白雲石（dolomite）、螢石（fluorite）等。世界著名的菱鐵礦產地有：波蘭，捷克波西米亞（Bohemia），德國的Harz山脈和Freiberg，法國Lorraine，英國Cornwall，葡萄牙BieraBaixa，美國賓州、密西根州、猶他州、俄亥俄州東部、科羅拉多州、康乃狄格州Roxbury、紐澤西州Franklin、加州SanBernardinoCounty、威斯康辛州Ladysmith、亞利桑那州AntlerMine、紐約州，育空RapidCreek，加拿大蒙特利爾FranconQuarry、魁北克MontSaint-Hilaire，巴西MinasGerais，祕魯Huancavelica，玻利維亞Tatasi，澳洲新南威爾州BrokenHill、ProspectHill，納米比亞Otavi的Tsumeb，格陵蘭Ivigtut。

它的名字來自希臘文“sideros”，是“鐵”的意思。它是由馮海丁格（ von Haidinger）於1845年鑒定。

菱鐵礦與方解石相似，區別在於粉末加冷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，粘土岩、砂岩、灰岩及白雲岩的比重2.5-2.9。據此，可以把賦存在沉積岩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，但是它只適用於高品位的菱鐵礦石。

二、划條痕、試硬度：菱鐵礦的條痕為白色到灰白色，硬度小於小刀。據此，可把菱鐵礦石與其他一些重感明顯的岩石或礦石區別開來。

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。有些沉積岩也含二價鐵。據觀察含二價鐵3%在以上的岩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岩石。但是在試二價鐵的過程中，如能觀察起泡情況並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，若是起泡劇烈並立即呈現深藍色者為含鐵石灰岩，若起泡多，但不劇烈並立即呈現深藍色者為含鐵白雲岩，若起泡少、變色慢，先為綠色然後逐漸變為深藍色者則為菱鐵礦石。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岩、砂岩及粉砂岩等需用其他方法區別。

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並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、表外礦和岩石。

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並大致鑒定出貧礦、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於鱺粒的多少，同時也取決於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。

菱鐵礦屬於方解石族的礦物，族中的礦物彼此異質同型（isomorphous）：由於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：屬於六方晶系、三方（次）晶系（trigonal）－－晶型多為菱面體或scalenohedron。有三組發育優良的菱面體解理，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岩中，例如黑色頁岩、煤層中，我們不妨想像一下菱鐵礦的形成環境：一個古代的沼澤地區，許多植物的殘塊，舉凡木干、枝葉等散布其中，這是未來煤礦、煤炭形成的溫床，由於這個環境中有水、有溶解的鐵質，是個缺氧的環境，因此也適合菱鐵礦的形成，這就是含煤沉積岩中常見菱鐵礦的原因。

這些沉積岩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，然後再向外層層包覆、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地區的頁岩中，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也有產出，並不是只有一個地方看的到。

鐵元素(Ferrum)的原子序數為26，符號為Fe。在元素周期表上，鐵是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它與鈷和鎳同屬四周期ⅧB族。

在自然界中，鐵元素有4種穩定同位素，其同位素丰度(%)如下(Hertz，1960)：54Fe—5.81，56Fe—91.64，57Fe—2.21，58Fe—0.34。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徵，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，它易呈水解產物沉澱。因此，在還原條件下，有利於Fe2呈自由離子遷移；在氧化條件下，則Fe2易氧化為Fe3而呈水解產物沉澱。與鐵共沉澱的元素(同價的或異價的)共生組合，可用離子電點陣圖來預測。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。

鐵化合物的溶度積(18℃時)，Fe(OH)3為1.1×10-36，Fe(OH)2為1.04×10-14，FeS為3.7×10-19，等等。鐵的熔化潛熱為269.55J/g，蒸發潛熱為6343J/g。

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。集合體多呈緻密塊狀和粒狀。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，緻密塊狀，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。

FeTiO3，Fe36.8%，Ti36.6%，O31.6%。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。

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、腎狀或鍾乳狀。切面具平行或放射纖維狀構造。有時成緻密塊狀、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。

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，則在明代開始見於記載。有關古代礦冶業的文獻記載，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並不等於年產量，而往往是稅收量、徵集量、官營礦冶產量等。不同文獻之間也常有很大差異。

夏代到戰國對夏代礦冶業還很少研究成果。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。青銅冶鑄業中心是在中原地區，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的發達。《周禮·地官》中說：“人掌金玉錫石之地”，這是古代文獻關於礦業的最早記載，反映當時已特設專職官員掌管官營礦業了。

春秋戰國之際進入鐵器時代。戰國冶鐵業興盛，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、鐵礦業均盛。根據文獻記載和考古發掘資料，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，春秋戰國時期都已進行開採。

秦漢到南北朝秦統一中國后，在產鐵的地區設置鐵官，以增加國庫收入，鞏固中央集權制度。漢初，一些諸侯國的冶鐵業實際操縱在少數豪強大族手中。漢武帝於元狩四年（公元前119）在49個產鐵地區設置鐵官。這些鐵官駐在地分佈於今山東省境內的有12處，江蘇7處，河南、陝西各6處，河北、山西各5處，四川3處，北京、遼寧、安徽、湖南、甘肅各一處。從鐵官分佈情況看，西漢冶鐵業是在戰國時期的基礎上發展起來的，大部分分佈在北方的齊、秦、燕、趙、魏、韓六國範圍內，長江以南的廣大地區只有桂陽郡（湖南郴縣）一處設有鐵官。西漢銅產地以長江中下游最為重要，在丹陽設有銅官。

關於秦漢之際的金屬礦產地，司馬遷在《史記·貨殖列傳》中說，金、錫、辰砂等主要出在江南，銅、鐵兩種礦藏，在千里之內分佈得就像棋盤上的棋子那樣。此外，還提到西南的巴蜀也盛產辰砂和銅、鐵。東漢設鐵官34處，分佈地區基本承袋前代，僅雲南兩處是新設。此外，在中條山開闢新的銅礦區，雲南的錫、鉛和銀，四川、貴州的汞和川、滇境內的沙金等，均有所發展。魏晉南北朝時期戰亂頻仍，黃河中游的官營冶鐵業還能維持生產。長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展，銅、銀、金礦則興廢無常，趨於衰落。

菱鐵礦(FeCO3)作為一種傳統礦物資源，長期以來一直用作冶鍊鋼鐵。近幾十年來的進一步研究發現，菱鐵礦經熱處理后可產生磁性礦物，分解產物變化非常複雜，而且表現出一系列異常的磁學現象，使菱鐵礦熱分解的主要產物具有極大的潛在應用價值，逐漸引起人們的興趣。

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。主要分佈在西部地區，其中新疆、青海、甘肅、陝西與雲南等五個省的菱鐵礦儲量都超過億噸。如陝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%。主要用於冶鍊鋼鐵，在其他方面的應用基本處於空白。

基於從菱鐵礦的熱分解產物所具有的潛在應用價值，利用其在高溫分解時產生磁性物質的特點，我們已研製出完全新型的磁性日用陶瓷。這種陶瓷的主要特點是坯體中含有分佈均勻的磁性礦物，可顯示磁性，由於是熱剩磁，故可長久保留。因而可以作為磁性保健用品，如磁化杯、磁儲水器以及磁性浴缸；還可製作農產品以及花卉的栽培載體和輸水管道，以及保健建築材料等。如再作深化研究，還有可能作結構陶瓷與功能陶瓷的原料。總之，這項研究具有極大的社會意義和經濟效益。

採用以天然純菱鐵礦為主要原料研製磁性日用陶瓷，目前在國內外尚屬首次。所研製成的這種磁性陶瓷的特點在於：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，有利於工業化大規模生產，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)

地質研究所朱祥坤研究員團隊在對天津薊縣中、新元古代剖面進行野外考察時，在鐵嶺子村附近的下馬嶺組地層中發現了大量原生菱鐵礦。

富含菱鐵礦的層位出露於下馬嶺組下部，為一套碳質岩系，主要為粉砂岩和黑色頁岩。粉砂岩、頁岩中夾有鐵結核層，三者常互層出現。這些鐵結核表面呈褐紅色，扁平橢球狀，緻密塊狀構造，多數直徑在1cm～15cm間，少數可達30cm左右，其最大扁平面平行於層面，圍岩層理繞結核生長。結核新鮮斷面呈灰色，具有碳酸鹽岩特徵，硬度小於小刀，比重明顯大於泥岩、灰岩或白雲岩。據此將鐵質結核初步定為菱鐵礦結核。這一認識得到了進一步室內工作（包括顯微鏡下鑒定、X射線粉晶衍射及電子探針分析）的證實。

薊縣鐵嶺子村下馬嶺組剖面中菱鐵礦的含量非常豐富，可能具有經濟意義，有必要對其進行系統調查。同時，這一發現在研究元古宙環境演化方面也具有重要意義。

礦石中主要金屬礦物為菱鐵礦及少量的褐鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦和硅酸鐵等。非金屬礦物為石英和方解石等。

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。粗破碎機採用顎式破碎機或旋迴破碎機。大型鐵礦石選廠多用1500mm×2100mm顎式破碎機和1500mm/300mm或1200mm/180mm旋迴破碎機。中破碎機採用標準型圓錐破碎機。細破碎機採用短頭型圓錐破碎機。磨礦主要採用一段磨礦、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，採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。

開採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；藉助固體顆粒的比重不同而在液體中沉澱的速度不同的原理，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，由於各種礦物的比磁化係數不同，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，經過烘乾機烘乾，即可得到乾燥的鐵礦，一般經選別後的精礦，品質可達到95%以上。