菱鐵礦(siderite)是一種呈灰白或黃白色的弱磁性文石,主要成分為FeCO3。它在氧化水解的情況下可變成褐鐵礦,形成鐵帽。菱鐵礦性脆,難溶于水,莫氏硬度3.5-4.5,相對密度3.7-4.0,具有玻璃光澤,透明至半透明。
菱鐵礦為三方晶系,方解石型結構,集合體成粒狀、結核病狀、鐘乳狀等。菱鐵礦屬低價鐵的碳酸根,因而形成于還原條件下。熱液成因的菱鐵礦,形成于溫度不高的條件下;沉積成因的菱鐵礦常產于粘土或頁巖層和煤層內,并具結核狀形態特征。
菱鐵礦在全球分布較廣,世界主要產地有英國、法國、德國等,以及中國西部地區。菱鐵礦不含硫元素或磷,屬于一種有價值的鐵礦物。它不僅是提取鐵、制造鐵合金、生鐵、熟鐵、純鐵等的礦物原料,又可作為藥材、磁性日用陶瓷、磁性肥料和顏料工業的原料。此外,高品質的單晶體菱鐵礦也是一種稀有的寶石。
主要特征
礦物組成
菱鐵礦(FeCO3)是文石,其理論組成成分為FeO和CO2,占比分別為62.01%和37.99%。實際礦物含有雜質,FeO含量為37.6%-61.08%,MnO含量為24.01%-1.12%,MgO含量為0.21%-0.13%,CaO含量為1.49%-0.1%。
菱鐵礦極少以單獨的菱鐵礦脈存在,通常呈薄薄一層,與頁巖、煤或黏土在一起。熱液成因的菱鐵礦常見于金屬礦脈中,沉積成因的菱鐵礦常見于頁巖層、黏土層和煤層中。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于0.04%時,可作為鐵礦石開采。菱鐵礦中Fe元素經常被Mn、Mg代替形成完全類質同象的錳菱鐵礦和鎂菱鐵礦,被Ca元素代替形成不完全類質同象鈣菱鐵礦,因此,菱鐵礦中常見到錳菱鐵礦、鎂菱鐵礦、鈣菱鐵礦、鐵白云石等其中的一種或幾種礦物。
物理特征
菱鐵礦呈灰白色或黃白色,風化后會變為褐色或褐黑色等,條痕為白色至灰白色。具有弱磁性,性脆,莫氏硬度為3.5-4.5。解理平行完全。相對密度為3.7-4.0,隨Mn、Mg含量增高而降低。有的菱鐵礦在陰極射線下呈橘紅色。難溶于水,玻璃光澤,透明至半透明。熔度4.5,加熱至300℃時分解,變黑獲磁性。
結構特征
菱鐵礦為三方晶系的晶體結構,晶體多呈菱面體或復三方偏三角面體,也可呈平行雙面與六方柱組成的短柱狀聚形,晶面常彎曲。方解石型結構。在礦石中的集合體通常以粒狀、致密塊狀產出,有時也呈鐘乳狀、葡萄狀、結核病狀產出。以顯晶質球粒狀的菱鐵礦稱為球菱鐵礦,以隱晶質凝膠狀出現的為膠菱鐵礦。
形成原因
菱鐵礦作為低價碳酸鐵,只能在氧氣不足的還原條件下形成。形成原因有兩種,一種是沉積成因形成的菱鐵礦,一般存在于煤層或頁巖的夾石之中,形狀多為片狀、膠狀及結核狀等,并與鮞狀赤鐵礦、沼鐵礦、褐鐵礦等多種含鐵礦物等共生,比如位于東北遼河群地區的大栗子鐵礦床。沉積成因的菱鐵礦也常見于淺海邊緣或潟湖相和陸相沉積層中,如威遠式菱鐵礦成透鏡狀產于香溪煤系之泥質頁巖中;又如英國赫伯特·威爾斯即產在煤層中。另外一種是以熱液成因形成的菱鐵礦,常見與硫鐵礦、方鉛礦、黃銅礦等硫化礦伴生,少量的偶爾以單獨菱鐵礦脈存在,如湖北大冶鐵礦和云南王家灘鐵礦。在以熱液形成的礦脈和交代礦床中(如德國之齊根和蘇聯的巴卡爾),系白云石化灰巖受水熱作用形成,石英為其常見的伴生礦物。它亦次生于某些玄武巖的孔穴中。此外還出現于鋁礬土內和作為砂巖的膠結物,在含鹽巖系中呈分散粒狀產出。
分布區域
世界主要產地有英國、法國、德國、巴西、波蘭、葡萄牙、秘魯、玻利維亞,以及捷克波西米亞、澳大利亞新南威爾士州等。美國賓州、加利福尼亞州、密歇根州、猶他州;蒙特利爾、魁北克省也有產出。
在中國菱鐵礦分布廣泛,已探明菱鐵礦儲量為18.34億噸,占鐵礦石探明儲量的3.4%,儲量居世界前列,主要集中分布于湖北、四川省、云南省、貴州省、新疆、陜西省、山西省、廣西壯族自治區、山東省、吉林省等?。ㄗ灾螀^),特別是在貴州、陜西、山西、甘肅和青海等西部缺水地區,其礦石具有含礦品位高,易開采和儲量大等特點,菱鐵礦資源一般占全省鐵礦資源總儲量的一半以上,如柞水縣大西溝菱鐵礦礦床儲量超過3億噸。
應用領域
工業領域
菱鐵礦中鐵元素含量48%,且不含硫元素或磷,屬于一種有價值的鐵礦物。菱鐵礦經冶煉后,是提取鐵、制造鐵合金、生鐵、熟鐵、純鐵等的礦物原料。
材料領域
菱鐵礦在高溫氧化分解過程中會發生分解,放出CO,同時產生Fe3O4、γ-FE2O3和αFe2O3。其中Fe3O4、γ-FE2O3具有良好的磁學性能,可用作磁粉原料,用作磁性日用陶瓷的主要原料,磁性肥料和顏料工業的原料。
醫藥領域
菱鐵礦經采挖、去除泥土及雜石后,可作為藏醫習用藥材,清熱解毒,性味甘、苦、涼。
寶石
高品質的單晶體菱鐵礦,因其美麗、透明無瑕,產出稀少,重2克拉以上的即視為珍稀寶石。
礦物開采
菱鐵礦選礦方法有重選、強磁選、浮選、磁化焙燒等。
1、重選
重選是利用鐵礦物和脈石礦物在比重上的差異,而把鐵礦物與其他脈石礦物分開。它主要用于粗粒嵌布的弱磁性鐵礦石。這種方法一般在水或其他比重大于水的介質(即重介質或重液)中進行。礦物的比重差別愈大愈好選,比重差別小,選別就比較困難。所用的設備有螺旋選礦機、搖床、重介質選礦機和溜槽等。
2、強磁選
菱鐵礦具有弱磁性,比磁化率為平均達到116x10-9m3/kg,可用強磁場磁選機選別。磁選過程是在磁選機的磁場中,借助磁力與機械力對礦粒的作用而實現分選的。不同磁性的礦粒沿著不同的軌跡運動,從而分選為兩種或幾種單獨的選礦產品。
3、浮選
浮選是礦粒受藥劑的作用,粘附在氣泡上而浮起,脈石則受抑制,不能附在泡沫上,因而使兩者分開。附在氣泡上的礦粒,浮到礦漿表面上,由刮板刮出,而得精礦;未浮起的就是尾礦。但這種方法除需很多設備外,還要消耗大量的藥劑。
4、磁化焙燒
磁化焙燒是物料或礦石加熱到一定的溫度后在相應的氣氛中進行物理化學反應的過程。菱鐵礦是鐵的碳酸根,經中性或弱還原氣氛焙燒后,二氧化碳從礦石中分解出來,礦石品位得以提高,而且鐵礦物的磁性顯著增強,脈石礦物磁性則變化不大,從而可利用高效的弱磁選將物料分離。
分類
按成因分類
一種為沉積成因形成的菱鐵礦,多產于黏土或頁巖層和煤層,常與赤鐵礦、沼鐵礦、褐鐵礦等多種含鐵礦物共生;另一種是熱液成因的菱鐵礦,這種類型的菱鐵礦常與硫化礦如方鉛礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦等共生,也有極少的菱鐵礦以單獨的菱鐵礦脈存在。
按其他元素含量分類
由于Fe2+與Mg2+、Mn2+離子半徑相近,容易相互置換形成類質同象。以FeCO3和MgCO3進行相互置換為例,根據二者相對含量的多少,也可以進行不同的礦物名稱分類(Mn元素也有類似推倒),如下表所示:
品質鑒定
鑒定特征:菱面體完全解理, 遇冷稀HCl緩慢起泡。與本亞族其他礦物的區別在于燃灼后的殘渣具磁性。
鑒定方法如下:
1、掂量法:菱鐵礦比重大,一般為3.7-4.0,石灰巖約2.6-2.8,因此用手掂量后,比較重的是菱鐵礦。
2、焙燒法。菱鐵礦在高溫氧化分解過程中會分解出磁鐵礦,其顏色變成紫褐色,結構變疏松,敲碎后用磁鐵可吸起。
3、薄膜反應:菱面體完全解理, 遇冷稀HCl緩慢起泡。
名稱來源
菱鐵礦的英文名稱來自希臘文sideros,是“鐵”的意思。
相關事件
陜西大西溝800萬噸/年菱鐵礦開發項目正式啟動
2022年7月14日,陜西大西溝礦業有限公司與陜煤技術研究院180萬噸/年菱鐵礦分質利用項目,在海拔1551米的大西溝綠色礦山小嶺攬勝臺順利簽約,標志著大西溝800萬噸/年菱鐵礦開發項目正式啟動。陜煤技術研究院黨委書記、董事長閔小建指出,菱鐵礦懸浮磁化焙燒技術在大西溝落地實施,為中國大量復雜難選鐵礦的科學利用提供良好技術示范,為中國鋼鐵企業提高資源自給率和競爭力提供有力支撐。
天津鐵嶺子村發現大量原生菱鐵礦
2013年,中國地質科學院地質研究所在對天津縣中、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大量原生菱鐵礦。富含菱鐵礦的層位出露于下馬嶺組下部,粉砂巖、頁巖中夾有鐵結核層,鐵結核表面呈褐紅色,扁平橢球狀,致密塊狀構造,多數直徑在1cm-15cm間,少數可達30cm左右,其最大扁平面平行于層面,圍巖層理繞結核生長。結核新鮮斷面呈灰色,具有碳酸鹽巖特征,硬度小于小刀,比重明顯大于泥巖、大理石或白云巖。結合室內研究核定為菱鐵礦結核。薊縣鐵嶺子村下馬嶺組剖面中菱鐵礦的含量非常豐富,具有經濟意義。
參考資料 >
Siderite.mindat.org.2024-04-01
術語在線.術語在線.2024-03-04
菱鐵礦.中國石油大學地球科學與技術學院.2024-03-04
菱鐵礦.zgbk.com.2024-03-04
陜鋼集團大西溝800萬噸/年菱鐵礦開發項目正式啟動.中國鋼鐵新聞網.2024-03-20
天津薊縣發現大量原生菱鐵礦.cgs.gov.cn.2024-03-20