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含碳量(%)
名稱
0.04-0.2
熟鐵
0.2-1.5
鋼
1.5-2.5
鋼質生鐵
2.5-4
生鐵
特殊鋼=碳素鋼加Mn,Cr,V,Ni,Co,Mo,W
3.鐵礦資源概況
世界儲量約400x108噸,以蘇聯(30%)、巴西(20%)、加拿大(10%)、澳洲(10%)為主。
(二)鐵的地球化學特徵
1.鐵的地球化學特徵
佔地球的35%,佔地殼6%為其組成元素之第四位。
主礦物除上述之外,尚有軟錳礦(MnO2),鉻鐵礦(FeCr2O4)、鈦鐵礦(FeTiO3)、硫鈷礦(Co3S4)、鎳黃鐵礦[(Fe,Ni)S]、黃銅礦(CuFeS2)。
2.內生成礦作用中鐵礦形成的物理化學條件
所形成的鐵礦,其鐵質源於地球內部的矽酸鹽熔體。
如玄武岩和安山岩含鐵6-8%,花崗岩和花崗閃長岩含鐵3-4%。
3.外生成礦作用中鐵礦形成的物理化學條件
鐵的溶解、沈澱、富集主要取決於環境的氧化還原電位,介質的酸鹼度和化學成分。
風化中的氧化作用使亞鐵礦物生成高價鐵氧化物如赤鐵礦,和水化物(褐鐵礦,Limonite,為含水氧化鐵的通稱),其主要礦物為針鐵礦(Goethite,-Fe2O3.H2O)及纖鐵礦(Lepidocrocite,-Fe2O3.H2O)。
另硫化物氧化時則形成FeSO4Fe2(SO4)3Fe(OH)3(pH值小)之反應。
4.變質成礦作用中鐵礦形成的物理化學條件
變質作用中,形成鐵礦的主要因素是溫度、壓力和原生含鐵類型。
石英-鐵氧化物組合:
原生沈積物的燧石、碧玉(或石英)和磁鐵礦(或赤鐵礦)或兩者的微細條帶的混合物,隨變質程度增高而發生重結晶作用,使原生的氧化物變為粗粒的集合體。
石英-碳酸鹽鐵礦組合:
原生沈積相由燧石(石英)、菱鐵礦(Siderite)組成。
當變質作用有赤鐵礦存在時,在較低溫(300℃)和低壓(Pco2=
2108Pa)條件下產生之反應為:
。
無赤鐵礦存在時,若Pco2高,可阻止
之分解,只產生重結晶作用。
反之,產生下列反應:
(Fe,Mg)CO3+SiO2=(Fe,Mg)SiO3+CO2
菱鐵礦輝石
石英-矽酸鹽鐵礦組合:
成岩作用常產生
的穩定矽酸鹽(如鐵滑石)。
在變質作用下(250-280℃),鐵滑石經去水作用轉變為鐵閃石[Grunerite,(Fe,Mg)7Si8O22(OH)2],這可視為綠片岩相變質作用的開始。
(三)鐵的工業礦物及礦石類型
1.鐵的工業礦物
磁鐵礦Fe3O4(Fe72.4%)
赤鐵礦*Fe2O3(Fe70%)
褐鐵礦Fe2O3.nH2O(Fe48-63%)
針鐵礦Fe2O3.H2O(Fe48-63%)
菱鐵礦FeCO3(Fe48.3%)
*結晶的鱗片狀赤鐵礦稱鏡鐵礦(Specularite或specularironore)
2.鐵礦石類型
依礦物成分:
磁鐵礦礦石,赤鐵礦礦石,褐鐵礦礦石,
鈦鐵礦礦石,菱鐵礦礦石。
依鐵含量分為:
富鐵礦石-Fe達45%以上的磁鐵礦礦石及赤鐵礦礦石
Fe達30-35%以上的菱鐵礦礦石
貧鐵礦石-Fe達25-45%的磁鐵礦礦石及赤鐵礦礦石
Fe達20-30%的菱鐵礦礦石
依氧化程度分為:
氧化礦石
,
原生礦石
tFe代表礦石的全鐵,包括可溶鐵和矽酸鐵(冶煉時一般不能提取)
3.鐵礦石的工業特徵
貧鐵礦石在冶煉前需先進行選礦。
磁鐵礦-磁選法,包括乾磁選(粗粒礦石)和溼選法(細粒礦石)。
赤鐵礦和褐鐵礦-先磁化焙燒後再進行磁選。
上兩礦石(以赤鐵礦為主)有時亦用重力選礦,包括洗選,淘汰選,淘汰盤精選和重懸浮液選礦。
細粒浸染狀礦石常以浮懸法,此法對磁鐵礦、赤鐵礦和菱鐵礦效果較好,對褐鐵礦較差。
4.工業上對鐵礦石的要求
礦石中之有益組分-Mn,Ni,Co,V,Cr,Mo,W
礦石中之有害組分-S,P,Pb,Zn,Sn
(四)鐵礦床類型及典型礦床實例
1.岩漿型鐵礦床
泛指產在基性、超基性侵入岩中的釩鈦磁鐵礦礦床,礦石富含釩和鈦。
此類礦床在中國儲量甚豐(約佔14%),主要產地為四川攀西地區(攀枝花、西昌)。
礦石鐵含量一般為26-46%,屬於貧鐵礦石。
TiO2含量4-10%,V2O5含量0.2-0.4%。
實例:
攀枝花屬規模巨大的岩漿型礦床,含礦岩體主為古生代晚期的輝長岩,以鈦磁鐵礦,鈦鐵礦和尖晶石為主要金屬礦物。
2.火山成因鐵礦床
指與鈣鹼性富鈉質火山岩-次火山岩建造有關的鐵礦床,其形成與火山噴溢作用、火山噴發沈積作用或火山熱液作用關係密切,根據礦床地質特徵及成因可分為:
火山噴溢岩漿型鐵礦床
智利拉科(ElLaco)鐵礦,呈熔岩狀鐵礦體,惟此種類型甚少。
最近的研究認為其來源可能是深部老地層中的沈積變質鐵礦,在更新世岩漿活動時重熔而成的鐵礦漿。
玢岩型鐵礦床
安徽寧蕪(馬鞍山)鐵礦床
3.沈積型鐵礦床
指在淺海環境中由沈積作用形成的鐵礦床,一般在空間和時間上分佈十分廣泛,在中國佔鐵礦總儲量13%左右。
此等礦床礦體呈層狀,常產於砂頁岩向鈣質頁岩遞變的層位中,其上覆岩層常為黑色頁岩,下伏岩層常為砂質岩石。
礦石礦物一般以赤鐵礦和菱鐵礦為主,部分為黃鐵礦或鮞綠泥石。
在淺海處由於氧氣充足和溫度較高,易於形成赤鐵礦,在較深處或近岸坳陷處,海水穩定,有機物不斷分解釋出二氧化碳,在弱鹼性和半還原的條件下,易形成菱鐵礦。
中國沈積鐵礦的礦床分佈廣,北方有中元古代的宣龍式鐵礦,南方有中、晚泥盆紀的寧鄉式鐵礦,西部新疆一帶則有早石炭紀的靜和式鐵礦。
4.變質型鐵礦床
此類礦床在世界鐵礦床中是最重要的,佔世界鐵礦總儲量的60%,主要產於世界各地前寒武紀地盾和地台區,故礦床的形成與前寒武紀地殼演化有密切關聯,根據形成時代及含礦層的不同,可分為阿爾戈馬型(Algomatype),蘇必略湖型(LakeSuperiortype)和基魯納型(Kirunatype)三種鐵礦床(ironformation)。
阿爾戈馬型主要形成於晚太古代(約2500Ma),與綠色岩帶(greenstonebelt)有密切關聯,即常與綠色岩帶上部的火山碎屑岩相伴生,其鐵礦層的硫化物相或碳酸鹽相產在靠火山活動中心處,氧化物相常遠離中心,矽酸鹽相位於兩者之間,常由灰色的鐵質燧石和赤鐵礦或磁鐵礦組合成帶狀構造,一般都受了綠色片岩相和角閃岩相的變質作用。
主要分佈於加拿大地盾南部的阿比提比綠岩帶上的克科蘭德湖(KirklandLake)地區。
此外,美國的佛米利恩地區(VermillionRange),俄羅斯的庫爾斯克磁異常區(KurskMagneticAnomaly),中國遼寧的鞍本(鞍山、本溪)地區亦屬類似之礦床。
遼寧鞍山鐵礦屬阿爾戈馬型之代表,但在中國則稱為鞍山式鐵礦床,位於中朝古陸之東北部,是太古代火山-矽鐵層受中高度變質的產物。
礦床重要特徵之一是礦石呈條帶構造,黑色條紋含較多的鐵礦物外加石英及鐵鎂矽酸鹽礦物,白色條紋主要由石英組成。
鐵礦物為磁鐵礦、赤鐵礦,鐵鎂礦物隨變質度的不同可為綠泥石、閃石類、鐵石榴石、黑雲母等。
蘇必略湖型主要形成於早元古代(2200-1800Ma)的海盆中,為標準的條帶狀鐵礦床(bandedironformation,簡稱BIF)。
鐵礦層的層序自下而上一般為:
白雲岩、石英岩、紅色或黑色鐵質頁岩、鐵礦層、黑色頁岩和泥質板岩。
鐵礦層中含鐵礦物與燧石組成條帶狀礦石,含鐵礦物中,氧化物相為磁鐵礦或赤鐵礦(及其混合物),碳酸鹽相以菱鐵礦為主,硫化物相主要是黃鐵礦。
此型鐵礦多沿古老地台邊緣分佈,一般可長達數十公里,厚達百米,常不整合於強烈變質的片麻岩、花崗岩或角閃岩之上,大多未遭變質或僅遭淺變質(綠色片岩相)。
此類鐵礦在各大陸皆有分佈,著名的有澳洲的哈默斯利(HamersleyRange),巴西的米納斯吉賴斯(MinasGerais),北美的蘇必略湖區,加拿大的魁北克-拉布拉多山脈(Quebec-LabradorRanges),南非的波斯特馬斯堡(Postmasburg)以及印度的比哈爾-奧里薩(Bihar-Orissa)等地。
實例為米契皮科坦鐵礦(MichipicotenIsland):
位於蘇必略湖區東北部晚太古代綠岩帶及上覆的含鐵盆地中。
在盆地西邊,鐵礦層被沈積岩所包圍;
在中部和東邊,則產在長英質和鐵鎂質火山岩之間的接觸面上,自上而下分為條帶狀燧石相,硫化物相及碳酸鹽相。
條帶狀燧石相由互層的燧石和含鐵礦物(主要為菱鐵礦,其次為磁鐵礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦)組成,向下因黃鐵礦含量增加而過渡為硫化物相,再往下過渡為碳酸岩相。
基魯納型鐵礦是泛指與細碧角斑岩有密切關聯的鐵礦層,成因與富鹼質中酸性海底火山活動有關,礦床常由噴氣-沈積作用形成的,常見於寒武紀的斑狀長英質變粒岩中,岩石偏鹼性,鹼金屬總量10-20%,且鉀多於鈉。
鐵的品位最高可達71%,礦石中的主要礦物是磁鐵礦和磷灰石。
此類鐵礦之代表為瑞典北部基魯納一帶,另在芬蘭和挪威也有。
5.古風化殼型富鐵礦床
這類富鐵礦床是磁鐵石英岩層露出地表後,經風化淋積作用使SiO2溶解並被帶走而形成的,礦床的規模一般都較大、高品位、易採、易選。
俄羅斯的庫爾斯克和澳洲的哈默斯利風化淋積富鐵礦床平均品位可達64%,印度的比哈爾-奧里薩和美國蘇必略湖鐵礦原始品位只有25%,風化淋積富集後的品位可達55-58%,巴西的米納斯吉賴斯鐵礦風化後含鐵達68.7%。
此型富鐵礦床的礦石主要是針鐵礦-赤鐵礦和粉末狀赤鐵礦。
6.其他類型鐵礦床
世界各地尚有不少著名鐵礦是經歷兩個以上成礦期逐次疊加所形成的,由於成礦過程十分複雜,多期成礦作用中係由何期所主導尚不能肯定,故列為其他類型。
實例為內蒙白雲鄂博鐵礦床:
位於包頭以北,是中國巨大的鐵-稀土金屬礦床(世界目前最大的稀土礦床)。
主要礦層為元古代的白雲岩,被海西期的花崗岩所侵入(同位素年齡為255-264Ma)。
主要鐵礦石類型為:
螢石-鈉輝石-鈉閃石-磁鐵礦-赤鐵礦,螢石-赤鐵礦-磁鐵礦,白雲石-磁鐵礦-菱鐵礦,黑雲母-磁鐵礦。
礦中全鐵(tFe)大致為32-36%,礦石平均品位在50%以上,鐵礦石普遍含鈮、稀土元素和氟。
(五)鐵礦床在時間和空間上的分佈
鐵礦主要形成於前寒武紀,其中又以早元古代最為集中。
前寒武紀*
古生代
中生代
75%
5%
15%
*其中早元古代佔48%
表2-1 各種成因的鐵礦床在世界各國的鐵礦儲量
礦床類型
世界
中國
蘇聯
巴西
加拿大
印度
澳大利亞
美國
變質型(%)
60
49
44
99
85
90
76
沉積型(%)
18
15
36
-
3
2
岩漿型(%)
7
14
11
6
<
1
矽卡岩型(%)
9.5
4
熱液型(%)
未劃分及其他(%)
1.5
4.5
9
38
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