鐵礦，是一種可提煉出鐵化合物的巖石或沉積物。根據(jù)其礦物組成和化學(xué)成分，可以分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。每種類型鐵礦的組成、物理特性都不相同。
按照鐵礦不同的成因，將其分為BIF相關(guān)型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型、沉積型鐵礦床和風(fēng)化淋濾型鐵礦床，其中BIF相關(guān)型鐵礦床最為重要，約占全球鐵礦資源量的60%~70%。全球鐵礦資源豐富且分布廣泛，但分布不均衡，規(guī)模及質(zhì)量差異較大。超過(guò)80%的鐵礦資源集中在澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、中國(guó)等10個(gè)國(guó)家。
鐵礦石是生產(chǎn)鋼鐵的主要原料，鐵在國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，是世界上發(fā)現(xiàn)最早，利用最廣，用量也是最多的一種金屬，其消耗量約占金屬總消耗量的95%左右。是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。但鐵礦的開(kāi)采，對(duì)土地、空氣和水資源都有一定的破壞。
分類及主要特性
鐵礦物種類繁多，目前可以經(jīng)濟(jì)利用的鐵礦物種類并不多，根據(jù)其礦物組成和化學(xué)成分，可以分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。
磁鐵礦
磁鐵礦（Magnetite）是一種氧化鐵礦石，主要成分為Fe3O4，是Fe2O3和FeO的配位化合物，比重大約5.15，含F(xiàn)e：72.4%，O：27.6%。磁鐵礦一般呈鐵黑色，有的具暗藍(lán)靛色。條痕色為黑色。相對(duì)密度（比重）為4.8~5.3g/cm3； 硬度為5.5～6。立方晶系。晶體呈八面體、菱形十二面體。晶面有條紋。通常為粒狀、塊狀集合體。磁鐵礦具有強(qiáng)磁性，可為永久磁鐵所吸引。磁鐵礦中常有相當(dāng)數(shù)量的Ti??以類質(zhì)同象代替Fe3?，還伴隨有Mg2?和V3?等相應(yīng)地代替Fe2?和Fe3?，因而形成一些礦物亞種，即：鈦磁鐵礦、釩磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦、鉻磁鐵礦、鎂磁鐵礦。
赤鐵礦
赤鐵礦（Hematite）是一種氧化鐵礦石，主要成分為Fe2O3，比重大約為5.26，含F(xiàn)e：70%，O：30%。赤鐵礦顏色多變，從鐵黑色、鋼灰色到暗紅色，條痕色呈櫻紅色。金屬光澤到半金屬光澤，且不透明。晶體為菱面體或者板狀，集合體常呈片狀、鱗片狀、致密塊狀等出現(xiàn)。有一種成花形的晶質(zhì)集合體，被稱作“鐵玫瑰”。折射率為2.94~3.22；相對(duì)密度為5.20；莫氏硬度為5~6。
褐鐵礦
褐鐵礦（Limoniie）是含有氫氧化鐵的礦石，是氫氧化氧鐵HFeO2和鱗鐵礦FeO(OH)兩種不同結(jié)構(gòu)礦石的統(tǒng)稱，主要成分的化學(xué)式為mFe2O3·nH2O，含有Fe約62%，O約27%，H2O約11%，比重為3.6~4.0，多半附存在其他鐵礦石之中。褐鐵礦常呈塊狀、土狀、鐘乳狀或葡萄狀，黃褐色或深褐色，條痕黃褐色，光澤暗淡。
菱鐵礦
菱鐵礦（Siderite）是含有碳酸亞鐵的礦石，主要成分為FeCO3，比重在3.8左右。這種礦石多半含有相當(dāng)多數(shù)量的鈣鹽和鎂鹽。菱鐵礦呈白色或黃白色，風(fēng)化后可變成褐色或褐黑色，條痕為白色；透明至半透明，具有玻璃、珍珠或絲絹光澤。三方晶系，晶體呈菱面體，晶面往往彎曲，集合體呈粒狀、塊狀或結(jié)核狀。
鈦鐵礦
鈦鐵礦的主要成分為FeTiO?（鈦酸亞鐵），其中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為36.80%。其顏色呈現(xiàn)鐵黑色或鋼灰色，條痕為鋼灰色或黑色，具有弱磁性特征，通常與其他礦物共生。
應(yīng)用領(lǐng)域
鋼鐵生產(chǎn)
全球98％以上的鐵礦石用于鋼鐵冶煉，冶煉成含碳量不同的生鐵和鋼。生鐵一般含碳量在2%以上，按用途不同分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵、合金生鐵。鋼的含碳量一般在2%以下，通常鋼按組成元素不同分為碳素鋼和合金鋼。鋼鐵是國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛和用量最大的一種金屬，是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。
建筑行業(yè)
房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施是鋼鐵消費(fèi)的重要領(lǐng)域。鐵礦的主要用途之一是為鋼鐵行業(yè)提供原料，滿足大量的鋼材需求，用于建造房屋、道路、隧道、橋梁和高速鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施。隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)鋼材的要求也會(huì)越來(lái)越高，高速鐵路的發(fā)展就對(duì)開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度、高韌性以及高耐腐蝕的鋼材提出了新的要求。
機(jī)械制造
由鐵礦冶煉而成的鋼材在機(jī)械制造行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。鋼材具有較高的強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性和可塑性等特點(diǎn)，同時(shí)可以通過(guò)熱處理和表面處理等加工工藝進(jìn)一步提升和優(yōu)化性能，大到各種機(jī)床、工程機(jī)械、操作平臺(tái)和工具，小到各種機(jī)械零件，都和鋼材有關(guān)，因此鋼材成為制造各種機(jī)械部件的理想選擇。另外，在汽車制造方面，鋼材用于制造車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)零件等。在航空航天方面，可以用來(lái)制造航母飛行甲板。
電力能源
鋼鐵制造的管道可以用于超長(zhǎng)石油和天然氣輸送，這種方式是現(xiàn)有方式中安全性較高、損耗和運(yùn)費(fèi)較低的模式。同時(shí)，鋼鐵在發(fā)電站、輸電線路等電力行業(yè)中也有廣泛應(yīng)用，它能夠承受高溫和壓力，并保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，也可以制作電子元件、電表電閥等。
其他領(lǐng)域
鐵礦石還用作合成氨的催化劑(純磁鐵礦)、天然礦物顏料(赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦)、飼料添加劑(磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦)、名貴藥石（磁石）及水泥工業(yè)等，但用量很少。
形成原因
按照鐵礦不同的成因，將其分為BIF相關(guān)型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型、沉積型鐵礦床和風(fēng)化淋濾型鐵礦床，其中BIF相關(guān)型鐵礦床最為重要，約占全球鐵礦資源量的60%~70%。火山成因型鐵礦床是指成礦物質(zhì)全部或部分來(lái)源于火山作用，與火山巖、次火山巖有成因聯(lián)系的鐵礦床，約占全球鐵礦資源量的10%，該類型鐵礦常與銅、金、稀土等多種組分共生，故可以綜合利用。
BIF相關(guān)型鐵礦床
BIF相關(guān)型鐵礦床也稱為含鐵硅質(zhì)巖建造的沉積鐵礦床、含鐵石英巖型鐵礦床，硅鐵呈交替的條帶狀（banded iron formation，BIF）出現(xiàn)。主要礦物組成是富鐵礦物（以磁鐵礦或赤鐵礦為主）和脈石礦物（以石英為主）。該條帶狀鐵建造僅在前寒武紀(jì)的地層中廣泛分布，是地球演化特定階段的產(chǎn)物。形成大型條帶狀鐵建造需要滿足三個(gè)條件：①物質(zhì)基礎(chǔ)：大型海底熱液供給系統(tǒng)；②沉積場(chǎng)所：發(fā)育寬廣的大陸架；③必要條件：存在成層海洋，蘊(yùn)含大量Fe2+的海水能夠從海底熱液系統(tǒng)運(yùn)移至沉積中心。根據(jù)條帶狀鐵建造規(guī)模、巖性組合及沉積環(huán)境與火山活動(dòng)的關(guān)系將其劃分為蘇必利爾型（Superior）和阿爾戈馬型（Algoma）兩種基本類型。
火山成因型鐵礦床
火山成因型鐵礦床的成因模式主要有以下兩種：一種是火山噴發(fā)沉積作用成礦；另一種是次火山巖作用成礦，由早期火山沉積成礦與晚期的次火山巖成礦共同作用進(jìn)而形成礦體。關(guān)于火山成因型鐵礦床的劃分，全球尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。根據(jù)該類鐵礦床形成的大地構(gòu)造環(huán)境、成礦作用等因素，中國(guó)學(xué)者將其分為海相火山成因型和陸相火山成因型兩類。
巖漿型鐵礦床
巖漿型鐵礦床的成礦母巖為超鎂鐵質(zhì)巖，來(lái)自下地殼或上地幔的巖漿靠著深大斷裂上侵到地殼淺部分，進(jìn)一步冷卻和固化，巖漿中的鐵元素富集形成鐵礦石，因此該類型的鐵礦床絕大多數(shù)產(chǎn)于隆起區(qū)邊緣的深斷裂帶及其附近，往往在區(qū)域上呈線狀分布。
接觸交代-熱液型鐵礦床
接觸交代型鐵礦床又稱矽卡巖型鐵礦床。該類型鐵礦床主要是由于侵入巖體與圍巖接觸發(fā)生熱交代作用，從圍巖中提取出來(lái)的元素與侵入巖體中的鐵結(jié)合，生成鐵礦石。熱液型鐵礦為呈熱液脈狀充填于各類圍巖裂隙中的鐵礦。兩者統(tǒng)稱為接觸交代-熱液型鐵礦床。
沉積型鐵礦床
沉積型鐵礦是指主要與沉積作用（不包括火山沉積作用）有成因關(guān)系的鐵礦床。含鐵的巖石、礦物或鐵礦體，在風(fēng)化作用下，被破碎、分解、搬運(yùn)到低洼盆地中，然后經(jīng)過(guò)機(jī)械沉積或沉積分異作用沉積下來(lái)，進(jìn)一步形成沉積型鐵礦床。根據(jù)鐵礦床形成的沉積環(huán)境分為海相和湖相兩類。另外，還有在山西省壽陽(yáng)一帶產(chǎn)于二疊紀(jì)頁(yè)巖中湖相沉積“壽陽(yáng)式”鐵礦床和甘肅省六盤山以東的華亭一帶賦存于白堊紀(jì)粘土巖或砂頁(yè)巖中的湖相沉積“華亭式”鐵礦床及廣西右江流域賦存在第三紀(jì)漸新統(tǒng)煤系中的湖相沉積“右江式”鐵礦床。礦床規(guī)模均為小型。
風(fēng)化淋濾型鐵礦床
富鐵巖石、含鐵多金屬及其它鐵礦在濕熱的氣候和適當(dāng)?shù)牡匦?、構(gòu)造條件下，經(jīng)風(fēng)化淋濾作用堆積形成，因此礦床多產(chǎn)于各類原生鐵礦及其它含鐵巖石的風(fēng)化淋濾帶上。
分布區(qū)域
全球鐵礦資源豐富且分布廣泛，各大洲都有分布，且大洋中也蘊(yùn)藏著豐富的鐵錳結(jié)核。全球鐵礦資源分布位列前10位的國(guó)家依次是澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、中國(guó)、玻利維亞、幾內(nèi)亞、印度、烏克蘭和智利，占全球資源總量的81.3%，但很多國(guó)家和地區(qū)鐵礦資源又相對(duì)缺乏。巴西、澳大利亞、南非、印度等國(guó)生產(chǎn)的鐵礦石多為赤鐵礦，且大型、超大型鐵礦數(shù)量較多，不僅品位高、雜質(zhì)少，品質(zhì)也比較穩(wěn)定。
澳大利亞鐵礦資源豐富，儲(chǔ)量和產(chǎn)量均位居世界前列。已探明的90％鐵礦石資源都集中在西澳大利亞州皮爾巴拉地塊的哈默斯利鐵成礦省和伊爾崗地塊的中西鐵礦區(qū)。前者的鐵礦石產(chǎn)量約占全澳鐵礦石總產(chǎn)量的95％左右，但由于大量開(kāi)采，資源日益枯竭，中西鐵礦區(qū)已逐漸成為西澳的新興鐵礦區(qū)。
中國(guó)鐵礦山多以中小型為主，大型、超大型礦山少，貧礦多，富礦少。富礦資源儲(chǔ)量只占1.8%，而貧礦儲(chǔ)量占47.6%。此外，中國(guó)的鐵礦石又多為含鐵品位較低的磁鐵礦石，礦石成分復(fù)雜，共生組分多，生產(chǎn)成本相對(duì)較高。
全球消費(fèi)
歐洲曾是世界鐵礦石的消費(fèi)重心，但從20世紀(jì)90年代后，全球范圍內(nèi)的鐵礦石消費(fèi)主要集中在亞洲地區(qū)，尤其是中國(guó)。中國(guó)是世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，也是全球最大的鐵礦消費(fèi)國(guó)。全球鐵礦石貿(mào)易量中有60%的鐵礦石被中國(guó)引進(jìn)，同時(shí)，中國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)中使用的鐵礦石有70%左右來(lái)自于海外供應(yīng)，故對(duì)外依存度較高。除南極洲外，中國(guó)鐵礦石的來(lái)源地遍布六大洲。作為亞洲第二大經(jīng)濟(jì)體，日本也是重要的鐵礦石消費(fèi)國(guó)之一，主要從澳大利亞和巴西進(jìn)口。根據(jù)國(guó)際鐵礦石協(xié)會(huì)（International Iron and Steel Institute）的數(shù)據(jù)，2021年世界各地區(qū)鐵礦石貿(mào)易量如下圖所示。
礦物開(kāi)采
鐵礦山開(kāi)采方式分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采兩種方式。從敞露地表的采礦場(chǎng)開(kāi)采出鐵礦物的方式為露天開(kāi)采，它是世界范圍內(nèi)最主要的采礦方法，包括穿孔爆破、采裝、運(yùn)輸和排土四個(gè)環(huán)節(jié)。從地下鐵礦礦床的礦塊中采出礦石的工藝為地下開(kāi)采，主要采用崩落采礦法、空?qǐng)霾傻V法和填充采礦法等，包括礦床開(kāi)拓、采準(zhǔn)、切割、回采四個(gè)具體步驟。
鐵礦冶煉
煉鐵過(guò)程實(shí)質(zhì)上是鐵礦石在還原物質(zhì)（CO、H2、C）和適宜溫度等條件下通過(guò)物化反應(yīng)得到還原后的生鐵。按工藝分為高爐煉鐵和非高爐煉鐵兩種。
高爐煉鐵是指在高爐中以焦炭做燃料和還原劑，將鐵礦石中的鐵進(jìn)行還原，得到溫度和成分符合要求的液態(tài)生鐵。高爐生產(chǎn)時(shí)，將鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑從爐頂裝入，從爐子下部的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在爐內(nèi)生成的CO在上升過(guò)程中與含鐵礦物發(fā)生還原反應(yīng)得到液態(tài)生鐵，然后從鐵口放出。副產(chǎn)品是高爐渣和高爐煤氣，高爐渣從渣口排出。高爐煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后可以做燃料。高爐反應(yīng)過(guò)程示意圖如下
非高爐煉鐵法是除高爐煉鐵以外的其他煉鐵工藝方法的總稱，按工藝特征、產(chǎn)品類型及用途可歸納為兩大類，即直接還原法和熔融還原法。直接還原(direct reduction)法是指在低于熔化溫度下，鐵礦石未經(jīng)熔化而保持外形還原成金屬鐵。由于還原失去氧形成大量氣孔，在顯微鏡下觀察形似海綿，故也稱海綿鐵。這種方法不能大規(guī)模用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，只適用于代替廢鋼作為電爐煉鋼的原料。熔融還原(冶煉 reduction)法是指在熔融狀態(tài)下將鐵礦石還原成高碳生鐵。這種方法適合于各種煉鋼用途。
尾礦處理
鐵礦尾礦是指鐵礦石經(jīng)過(guò)處理，選別出鐵精礦后剩余廢料的總稱。對(duì)于尾礦的處理，可采用鐵尾礦再選和有價(jià)金屬綜合回收的方法。由于原礦性質(zhì)不同，尾礦中主要金屬元素的含量和存在形式也不同，故回收不同尾礦中的金屬會(huì)采用重選、弱磁選、強(qiáng)磁選以及浮選或者聯(lián)合選別等流程來(lái)回收有價(jià)金屬。另外，尾礦的主體部分為砂石，故可作為混凝土骨料、制磚材料、水泥填充料等建筑材料使用。利用尾礦生產(chǎn)微晶玻璃是一種高附加值的尾礦利用。尾礦還可以直接填充采空區(qū)，充當(dāng)井下填料。除此之外，尾礦中往往含有許多微量元素，可以維持植物生長(zhǎng)和發(fā)育，因此用尾礦可以生產(chǎn)微量元素化肥，改良土地。
歷史
古埃及人是鐵器時(shí)代初期最早發(fā)現(xiàn)和使用鐵的文明之一。在公元前3000年，古埃及人就可以提煉隕石中的鐵來(lái)制造工具。公元前1200年后，亞西利亞人逐漸掌握了冶煉鐵器的技術(shù)，并開(kāi)始大規(guī)模的開(kāi)采鐵礦和生產(chǎn)鐵制品。在人工煉鐵技術(shù)發(fā)展之前，很多文明都曾使用過(guò)隕鐵來(lái)制作鐵器。古埃及、美洲、中國(guó)商代都曾有隕鐵制作的鐵器。
公元前6世紀(jì)，中國(guó)已煉出可供澆鑄的液態(tài)生鐵，鑄成鐵器，應(yīng)用于生產(chǎn)，并發(fā)明了鑄鐵柔化術(shù)。人工煉鐵技術(shù)的發(fā)展加快了鐵器取代銅器等生產(chǎn)工具的歷史進(jìn)程。公元前1300~公元前1100年，冶鐵術(shù)傳入兩河流域和古埃及。隨著技術(shù)的傳播和發(fā)展，歐洲的部分地區(qū)于公元前1000年左右也進(jìn)入了鐵器時(shí)代，到公元1400年左右，歐洲發(fā)明水力鼓風(fēng)爐以后，歐洲才出現(xiàn)冶煉生鐵。水力鼓風(fēng)的出現(xiàn)加大了風(fēng)量，提高了風(fēng)壓，使燃燒更充分，提高了冶煉的強(qiáng)度和溫度，也促進(jìn)了歐洲冶鐵技術(shù)的發(fā)展。
環(huán)境影響
鐵礦業(yè)的露天采場(chǎng)及各類礦渣、尾礦垃圾的堆置，會(huì)占用大量土地，對(duì)當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施和農(nóng)田造成破壞。固體廢物中含有的有毒成分通過(guò)地表污染周圍的土地，實(shí)際的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)廢棄物堆置場(chǎng)的地域和空間。鐵礦的開(kāi)采涉及到地下采空、地面及邊坡開(kāi)挖，可能誘發(fā)開(kāi)裂、崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)而造成大量人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。鐵礦開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的廢水廢渣，肆意排放，不僅破壞和影響了地下水和地表水，而且產(chǎn)生泉水枯竭、河水?dāng)嗔鞯雀鞣N水環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重破壞了水均衡系統(tǒng)。采礦產(chǎn)生了大量廢氣、廢渣、廢水，廢氣、粉塵及廢渣的排放同樣會(huì)引起大氣污染和酸雨。鐵礦的開(kāi)采也會(huì)出現(xiàn)水土流失和土地沙化。由于地表物質(zhì)的剝離、擾動(dòng)、搬運(yùn)和堆積，大量破壞了植被和山坡土體，產(chǎn)生的廢石、廢渣等松散物質(zhì)極易促使礦山地區(qū)水土流失及土地沙化。采礦工作也可能誘發(fā)地震。
參考資料 >
2022年-世界鋼鐵-統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù).國(guó)際鐵礦石協(xié)會(huì).2023-07-27