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菱铁矿(矿物)

菱铁矿(siderite)是一种分布比较广泛的矿物,它的成分是碳酸亚铁。当菱铁矿中的杂质不多时可以作为铁矿石来提炼铁。

菱铁矿一般呈薄薄一层与页岩、粘土或煤在一起。菱铁矿一般为晶体粒状或不显出晶体的致密块状、球状、凝胶状。颜色一般为灰白或黄白,风化后可变成褐色或褐黑色等。菱铁矿在氧化水解的情况下还可变成褐铁矿。

菱铁矿是铁的碳酸盐矿物,成分为FeCO3,FeO 62.01%,CO2 37.99%。因为它含有48%的铁并不含有硫或磷,它是一个有价值的铁矿物。锌,镁和锰通常替代铁造成菱铁矿-菱锌矿,菱铁矿-菱镁矿和菱铁矿-菱锰矿固溶体系列(锰菱铁矿、镁菱铁矿),此外,钴和钙也是常见杂质。菱铁矿属于三方晶系,晶体呈菱面体, 晶面往往弯曲。集合体呈粒状、块状或结核状,亦有葡萄状和土状者。显晶质球粒状的称球菱铁矿,隐晶质凝胶状的称胶菱铁矿。

菱铁矿莫氏硬度3.75-4.25,比重3.7~4.0,随成分中Mn和Mg含量的升高而降低。有白色条纹和玻璃光泽或珍珠光泽。热液成因的菱铁矿常见于金属矿脉中,与重晶石,萤石,方铅矿,以及其他矿物是相关的。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。 [1]

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。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。

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。

它的名字来自希腊文“sideros”,是“铁”的意思。它是由冯 海丁格( von Haidinger)于1845年鉴定。 [2]

吸水率:<0.5% 。

抗折强度:>650 Kg/cm2。

莫氏硬度:3.75-4.25。

热稳定性:700℃不开裂。

晶系:三方

空间群:

晶胞参数:a = 4.6916 , c = 15.3796

单胞体积:293.17 [1]

菱铁矿与方解石相似,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。

一、分量:菱铁矿的比重为3.9, 粘土岩、砂岩、灰岩及白云岩的比重2.5-2.9。据此, 可以把赋存在沉积岩中的部分菱铁矿石鉴定出来。实践表明, 含铁28%以上的菱铁矿石重感明显, 含铁20%以下的重感不明显。“ 掂” 是鉴定菱铁矿石的一种简便方法,但是它只适用于高品位的菱铁矿石。

二、条痕、试硬度:菱铁矿的条痕为白色到灰白色, 硬度小于小刀。据此, 可把菱铁矿石与其他一些重感明显的岩石或矿石区别开来。

三、试剂试二价铁、观气泡。菱铁矿石中的铁为二价, 经稀盐酸溶解后, 滴上1~5%的高铁氰化钾(赤血盐)试液立即呈深蓝色。有些沉积岩也含二价铁。据观察含二价铁3%在以上的岩石与菱铁矿矿石一样, 均呈深蓝色反应, 故很难区别菱铁矿石与岩石。但是在试二价铁的过程中, 如能观察起泡情况并能注意深蓝色出现的快慢, 也可以鉴定一部分菱铁矿矿石。在试样(块样)上滴上稀盐酸的同时,也滴一滴赤血盐试液, 这时, 若是起泡剧烈并立即呈现深蓝色者为含铁石灰岩, 若起泡多, 但不剧烈并立即呈现深蓝色者为含铁白云岩, 若起泡少、变色慢, 先为绿色然后逐渐变为深蓝色者则为菱铁矿石。冬天, 菱铁矿矿石起泡更少或不起泡, 深蓝色出现更慢。应当指出, 起泡少、变色慢、重感又不明显的菱铁矿矿石与含菱铁矿的粘上岩、砂岩及粉砂岩等需用其他方法区别。

四、灼后观察磁性强度、估计矿石品位。菱铁矿石无磁性, 烧后二氧化碳逸出, 部分二价铁氧化而具磁性。通过对试样的磁性观察来鉴定是不是菱铁矿石并进一步估计菱铁矿石的品位。对试样进行了观察, 明显的看出含铁量高的试样磁性强, 含铁最低的试样磁性就弱。可以分为极磁样、强磁样、中磁样和弱磁样四级。它们分别代表富矿、贫矿、表外矿和岩石。

五、。观测粒状菱铁矿的数量、估计矿石的品位。对粒状结构的菱铁矿石, 观测菱铁物的数量, 以估计矿石的品位, 达到鉴定菱铁矿石的目的并大致鉴定出贫矿、富矿及表外矿。可以明显地看出, 鲡状菱铁矿石的鲡粒就是菱铁矿物, 矿石品位的高低取决于鲡粒的多少, 同时也取决于鲡粒含菱铁矿的纯度。据此, 将矿石的鲡粒含量分为个等级如密集、大量、中量、少量和稀少。在矿石中, 纸状菱铁矿的含量如为密集者,其含铁量大致在30%以上, 属富矿, 如为大量者, 其含铁量大致在25%左右为贫矿, 如为中量者, 其含铁量大约在15%左右可作为表外矿如为少量和稀少者, 其含铁量在10%以下, 不是矿石。 [3]

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。

世界著名的菱铁矿产地有: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、巴西MinasGerais、秘鲁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。还有美国宾州、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和加拿大蒙特利尔FranconQuarry与魁北克MontSaint-Hilaire。

中国菱铁矿资源十分丰富,目已探明储量近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。 [2]

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,以伊利诺州的最为著名,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。

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。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,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,强度比普通硅酸盐陶瓷高。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,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,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。

地质研究所朱祥坤研究员团队在对天津蓟县中、新元古代剖面进行野外考察时,在铁岭子村附近的下马岭组地层中发现了大量原生菱铁矿。

富含菱铁矿的层位出露于下马岭组下部,为一套碳质岩系,主要为粉砂岩和黑色页岩。粉砂岩、页岩中夹有铁结核层,三者常互层出现。这些铁结核表面呈褐红色,扁平椭球状,致密块状构造,多数直径在1cm~15cm间,少数可达30cm左右,其最大扁平面平行于层面,围岩层理绕结核生长。结核新鲜断面呈灰色,具有碳酸盐岩特征,硬度小于小刀,比重明显大于泥岩、灰岩或白云岩。据此将铁质结核初步定为菱铁矿结核。 这一认识得到了进一步室内工作(包括显微镜下鉴定、X射线粉晶衍射及电子探针分析)的证实。 [4]

蓟县铁岭子村下马岭组剖面中菱铁矿的含量非常丰富,可能具有经济意义,有必要对其进行系统调查。同时,这一发现在研究元古宙环境演化方面也具有重要意义。


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