| 词条 | 菱铁矿 |
| 释义 | § 简介 菱铁矿菱面体晶胞 arh=0.576nm；α=47°54′；Z=2；六方晶胞：ah=0.468nm,ch=1.526nm；Z=6。与方解石同结构。 形态 晶体呈菱面体状、短柱状或偏三角面体状。通常呈粒状、土状、致密块状集合体。 物理性质 富Mg端员白色或浅黄白色、灰白色，有时带淡红色调，富Fe者呈黄至褐色、棕色；玻菱铁矿 璃光泽。解理{101}完全。硬度3.5～4.5。相对密度2.9～4.0，富Fe者相对密度和折射率均增大。 成因及产状 菱镁矿主要由含Mg热液交代白云石及超基性岩而成，此外也有沉积型。菱铁矿也具有沉积型和热液型两种。 鉴定特征 与方解石相似，区别在于粉末加冷HCl不起泡或作用极慢，加热HCl则剧烈起泡。 菱铁矿 FeCO3，FeO62.01%，CO237.99%，常含Mg和Mn。三方晶系。常见菱面体，晶面常弯曲。其集合体成粗粒状至细粒状。亦有呈结核状、葡萄状、土状者。黄色、浅褐黄色(风化后为深褐色)，玻璃光泽。硬度3.5～4.5，比重3.96左右，因Mg和Mn的含量不同而有所变化。晶体属三方晶系的碳酸盐矿物。经常有锰、镁等替代铁，形成锰菱铁矿、镁菱铁矿等变种。菱铁矿通常呈显晶粒状或隐晶质致密块状。呈隐晶质球粒状的称球菱铁矿；隐晶质凝胶状的称胶菱铁矿。菱铁矿一般呈灰白或黄白色，风化后呈褐色，褐黑色。摩斯硬度4。比重3.7～4.0,随成分中Mn和Mg含量的升高而降低。热液成因的菱铁矿常见于金属矿脉中；沉积成因的菱铁矿常见于页岩层、粘土层和煤层中。在氧化带易水解成褐铁矿，形成铁帽。菱铁矿大量聚集而且硫、磷等有害杂质的含量小于0.04％时，可作为铁矿石开采。 菱铁矿常呈结核体或放射状球粒结构的菱铁矿产出；铁的硫化物包括黄铁矿和白铁矿。 菱铁矿岩分布于中国贵州、陕西等省，可构成一定规模的矿床，菱铁矿是典型的成岩矿物，因此菱铁矿矿床大多属成岩期形成的层控矿床。 湖沼相铁质岩：产于某些中、高纬度的沼泽与湖泊中，矿石的结构有鲕状、结核状、球粒状、疏松土状等。矿石成分以针铁矿常见，其次是菱铁矿、蓝铁矿。古代的湖沼相铁矿常与含煤地层共生，矿石成分以菱铁矿为主。 § 产状及产地 菱铁矿菱铁矿的成因主要有二。其一，外生成因，产自沉积岩中：这些层状的碎屑沉积岩大多带有来自生物的有机组份－－例如（黑色）页岩、煤层等，换言之，菱铁矿是在低氧的情况下藉生物作用形成；其二，形成于中温至低温的热液矿脉内：菱铁矿常见于变质沉积岩中，是热液堆积后形成的脉石矿物；此外，伟晶岩中亦可能出现菱铁矿。其一，外生成因，产自沉积岩中：这些层状的碎屑沉积岩大多带有来自生物的有机组份－－例如（黑色）页岩、煤层等，换言之，菱铁矿是在低氧的情况下借生物作用形成；其二，形成于中温至低温的热液矿脉内：菱铁矿常见于变质沉积岩中，是热液堆积后形成的脉石矿物；此外，伟晶岩中亦可能出现菱铁矿。其常见的共生矿物有：石英、黄铁矿（pyrite）、褐铁矿（limonite）、针铁矿（goethite）、黄铜矿（chalcopyrite）、闪锌矿（sphalerite）、冰晶石（cryolite）、方铅矿（galena）、重晶石（barite）、方解石、白云石（dolomite）、萤石（fluorite）等。其常见的共生矿物有：石英、黄铁矿（pyrite）、褐铁矿（limonite）、针铁矿（goethite）、黄铜矿（chalcopyrite）、闪锌矿（sphalerite）、冰晶石（cryolite）、方铅矿（galena）、重晶石（barite）、方解石、白云石（dolomite）、萤石（fluorite）等。 世界着名的菱铁矿产地有：波兰，捷克波西米亚（Bohemia），德国的Harz山脉和Freiberg，法国Lorraine，英国Cornwall，葡萄牙BieraBaixa，美国宾州、密西根州、犹他州、俄亥俄州东部、科罗拉多州、康乃狄格州Roxbury、纽泽西州Franklin、加州SanBernardinoCounty、威斯康辛州Ladysmith、亚利桑那州AntlerMine、纽约州，育空RapidCreek，加拿大蒙特利尔FranconQuarry、魁北克MontSaint-Hilaire，巴西MinasGerais，祕鲁Huancavelica，玻利维亚Tatasi，澳洲新南威尔州BrokenHill、ProspectHill，纳米比亚Otavi的Tsumeb，格陵兰Ivigtut。 § 原料特点 菱铁矿铁元素(Ferrum)的原子序数为26，符号为Fe。在元素周期表上，铁是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它与钴和镍同属四周期ⅧB族。 在自然界中，铁元素有4种稳定同位素，其同位素丰度(%)如下(Hertz，1960)：54Fe—5.81，56Fe—91.64，57Fe—2.21，58Fe—0.34。铁的原子量平均为55.847(当12C=12.000时)。 铁的原子半径，取12配位数时，为1.26×10-10m。铁的原子体积为7.1cm3/克原子，原子密度为7.86g/cm3。铁原子的电子结构是3d64s2。铁原子很容易失掉最外层的两个s电子而呈正二价离子(Fe2 )。如果再失掉次外层的1个d电子，则呈正三价离子(Fe3 )。铁元素的这种变价特征，导致铁在不同氧化还原反应中显示出不同的地球化学性质。铁原子失去第一个电子的电离势(I1)为7.90eV，失去第二个电子的电离势(I2)为16.18eV，失去第三个电子的电离势(I3)为30.64eV。 铁的离子半径随配位数和离子电荷而变化。据Ahrens(1952)资料，取6配位数时，Fe2 的离子半径为0.074nm，Fe3 的离子半径为0.064nm。铁离子在含氧盐和卤化物等中构成离子化合物。铁常与硫和砷等构成共价化合物。铁的共价半径为1.17×10－１０m。其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。铁的电负性，Fe2 为1.8，Fe3 为1.9(波林，1964)。凡是原子半径与铁相近的元素，当晶体结构相同时，易与铁形成金属互化物，如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿(Pt，Fe)。凡是离子半径与铁相近的元素，当化学结构式相同时，易与铁发生类质同象替换，如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列；碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列；以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列，等等。离子电位(Φ)是一个重要的地球化学指标。Fe2 的离子电位为2.70，可在水溶液中呈自由离子(Fe2 )迁移。Fe3 的离子电位较高，为4.69，它易呈水解产物沉淀。因此，在还原条件下，有利于Fe2 呈自由离子迁移；在氧化条件下，则Fe2 易氧化为Fe3 而呈水解产物沉淀。与铁共沉淀的元素(同价的或异价的)共生组合，可用离子电位图来预测。铁及其化合物的密度、熔点和沸点，以及它们在水中的溶解度或溶度积，是决定铁进行地球化学迁移的重要物理常数。 铁化合物的溶度积(18℃时)，Fe(OH)3为1.1×10-36，Fe(OH)2为1.04×10-14，FeS为3.7×10-19，等等。铁的熔化潜热为269.55J/g，蒸发潜热为6343J/g。 § 相关研究 菱铁矿菱铁矿属于方解石族的矿物，族中的矿物彼此异质同型（isomorphous）：由于各矿物的结晶构造相似，因此它们具许多相似的物理性质，包括：属于六方晶系、三方（次）晶系（trigonal）－－晶型多为菱面体或scalenohedron，有三组发育优良的菱面体解理，透明菱面体结晶具有双折射（doublerefraction）现象等。实际上，矿物组成中的阳离子之间，彼此可以完全地相互取代，形成一系列的固溶液（solidsolution），因此矿物之间的分辨可能变得较为困难。 前述曾经提及菱铁矿会产自具有有机组份的沉积岩中，例如黑色页岩、煤层中，我们不妨想像一下菱铁矿的形成环境：一个古代的沼泽地区，许多植物的残块，举凡木干、枝叶等散布其中，这是未来煤矿、煤炭形成的温床，由于这个环境中有水、有溶解的铁质，是个缺氧的环境，因此也适合菱铁矿的形成，这就是含煤沉积岩中常见菱铁矿的原因。 这些沉积岩中的菱铁矿多以层状或结核（nodule，concretion）产出，所谓的结核，是菱铁矿晶体堆积、包覆着一个核心，然后再向外层层包覆、生长而形成，这个核心大多是其他矿物，例如：黄铁矿、闪锌矿、燧石（chert）等，但是在美国伊利诺州MazonCreek地区的页岩中，菱铁矿结核中包覆的不是矿物，而是在那古沼泽地区、与煤矿物源共同生活的植物与动物们。这种包覆动物或植物化石的菱铁矿结核，以伊利诺州的最为着名，不过除此之外，印度西部等其他地区也有产出，并不是只有一个地方看的到。 § 共生矿物 菱铁矿磁铁矿 FeO31.03%，Fe2O368.97%或含Fe72.2%，O27.6%，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。硬度5.5～6.5。 赤铁矿 Fe69.94%，O30.06%，常含类质同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2 、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系，完好晶体少见。结晶赤铁矿为钢灰色，隐晶质；土状赤铁矿呈红色。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。硬度5～6。比重5～5.3。 磁赤铁矿 γ-Fe2O3，其化学组成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等轴晶系，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，硬度5，比重4.88，强磁性。 菱铁矿钛铁矿 FeTiO3，Fe36.8%，Ti36.6%，O31.6%。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。硬度5～6.5，比重4～5。弱磁性。 针铁矿 α-FeO(OH)，含Fe62.9%。含不定量的吸附水者，称水针铁矿HFeO2·NH2O。斜方晶系，形态有针状、柱状、薄板状或鳞片状。通常呈豆状、肾状或钟乳状。切面具平行或放射纤维状构造。有时成致密块状、土状，也有呈鲕状。颜色红褐、暗褐至黑褐。经风化而成的粉末状、赭石状褐铁矿则呈黄褐色。针铁矿条痕为红褐色，硬度5～5.5，比重4～4.3。而褐铁矿条痕则一般为淡褐或黄褐色，硬度1～4，比重3.3～4。 纤铁矿 γ-FeO(OH)，含Fe62.9%。含不定量的吸附水者，称水纤铁矿FeO(OH)·NH2O。斜方晶系。常见鳞片状或纤维状集合体。颜色暗红至黑红色。条痕为桔红色或砖红色。硬度4～5，比重4.01～4.1。 § 冶矿历史 菱铁矿菱铁矿 中国古代金属矿产，明代以前主要有铁、铜、锡、铅、银、金、汞，金属锌的生产，则在明代开始见于记载。有关古代矿冶业的文献记载，早期仅有产地而无产量。《新唐书·食货志》首次记载全国银、铜、铁、锡的年收入量。历代文献中的年收入量并不等于年产量，而往往是税收量、征集量、官营矿冶产量等。不同文献之间也常有很大差异。 夏代到战国对夏代矿冶业还很少研究成果。河南登封相当夏纪元的遗址中出土有铜片。商、周是青铜器的鼎盛时代。青铜冶铸业中心是在中原地区，部分原料则可能来自南方。《诗经·鲁颂》说：“憬彼淮夷，来献其琛，元龟象齿，大赂南金。”淮夷贡献的除海龟和象牙外，还有南方出产的金属，反映当时中国南部金属矿冶业的发达。《周礼·地官》中说：“人掌金玉锡石之地”，这是古代文献关于矿业的最早记载，反映当时已特设专职官员掌管官营矿业了。 春秋战国之际进入铁器时代。战国冶铁业兴盛，生产的铁器以农具、手工工具为主，兵器则青铜、钢、铁兼而有之，铜、铁矿业均盛。根据文献记载和考古发掘资料，今山东临淄和河北邯郸的铁矿、湖北大冶铜绿山的铜矿(见铜绿山矿冶遗址)、山东的铅矿以及汉水、汝河和金沙江的砂金等，春秋战国时期都已进行开采。菱铁矿秦汉到南北朝秦统一中国后，在产铁的地区设置铁官，以增加国库收入，巩固中央集权制度。汉初，一些诸侯国的冶铁业实际操纵在少数豪强大族手中。汉武帝于元狩四年（公元前119）在49个产铁地区设置铁官。这些铁官驻在地分布于今山东省境内的有12处，江苏7处，河南、陕西各6处，河北、山西各5处，四川3处，北京、辽宁、安徽、湖南、甘肃各一处。从铁官分布情况看，西汉冶铁业是在战国时期的基础上发展起来的，大部分分布在北方的齐、秦、燕、赵、魏、韩六国范围内，长江以南的广大地区只有桂阳郡（湖南郴县）一处设有铁官。西汉铜产地以长江中下游最为重要，在丹阳设有铜官。 关于秦汉之际的金属矿产地，司马迁在《史记·货殖列传》中说，金、锡、辰砂等主要出在江南，铜、铁两种矿藏，在千里之内分布得就像棋盘上的棋子那样。此外，还提到西南的巴蜀也盛产辰砂和铜、铁。东汉设铁官34处，分布地区基本承袋前代，仅云南两处是新设。此外，在中条山开辟新的铜矿区,云南的锡、铅和银，四川、贵州的汞和川、滇境内的沙金等，均有所发展。魏晋南北朝时期战乱频仍，黄河中游的官营冶铁业还能维持生产。长江以南地区受到的破坏较少，在今江苏、浙江、湖北等省境内有较多的冶铁作坊继续得到发展，铜、银、金矿则兴废无常，趋于衰落。 § 价值应用 菱铁矿菱铁矿(FeCO3)作为一种传统矿物资源，长期以来一直用作冶炼钢铁。近几十年来的进一步研究发现，菱铁矿经热处理后可产生磁性矿物，分解产物变化非常复杂，而且表现出一系列异常的磁学现象，使菱铁矿热分解的主要产物具有极大的潜在应用价值，逐渐引起人们的兴趣。 中国菱铁矿资源十分丰富，目前已探明储量近20亿吨，另存保有储量近20亿吨。主要分布在西部地区，其中新疆、青海、甘肃、陕西与云南等五个省的菱铁矿储量都超过亿吨。如陕西临水大西沟菱铁矿矿床储量超过三亿吨。但巳利用的菱铁矿不足总储量的10%。主要用于冶炼钢铁，在其他方面的应用基本处于空白。 基于从菱铁矿的热分解产物所具有的潜在应用价值，利用其在高温分解时产生磁性物质的特点，我们已研制出完全新型的磁性日用陶瓷。这种陶瓷的主要特点是坯体中含有分布均匀的磁性矿物，可显示磁性，由于是热剩磁， 菱铁矿故可长久保留。因而可以作为磁性保健用品，如磁化杯、磁储水器以及磁性浴缸；还可制作农产品以及花卉的栽培载体和输水管道，以及保健建筑材料等。如再作深化研究，还有可能作结构陶瓷与功能陶瓷的原料。总之，这项研究具有极大的社会意义和经济效益。 采用以天然纯菱铁矿为主要原料研制磁性日用陶瓷，目前在国内外尚属首次。所研制成的这种磁性陶瓷的特点在于：原料价格低廉且储量丰富、工艺简单成本较低、无毒无放射性,有利于工业化大规模生产， 应用前景十分宽广，经济效益也十分可观。 有关测试数据如下： 吸水率：<；0.5% 抗折强度：>；650 Kg/cm2 莫氏硬度：>；6.5 热稳定性：700℃不开裂 强度比普通硅酸盐陶瓷高。 磁性测试：磁化率X比=8319-18636(10-8m3Kg-1) (赤铁矿=60-600 磁铁矿=5.7x104) [1] |
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