铁的化学和物理性质

铁的化学和物理性质 铁元素(Ferrum)的原子序数为26，符号为Fe。在元素周期上，铁是第四周期第八副族(?B)的元素。它与钴和镍同属四周期?B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7.1cm,/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,,,m。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。 )，Fe(OH)3为1.1×10-36，Fe(OH)2为1.04× 铁化合物的溶度积(18?时 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 三、用途与技术经济指标 铁矿石是指岩石(或矿物)中TFe含量达到最低工业品位要求者。 (一)铁矿石分类 按照矿物组分、结构、构造和采、选、冶及工艺流程等特点，可将铁矿石分为自然类型和工业类型两大类。 1.自然类型 1)根据含铁矿物种类可分为:磁铁矿石、赤铁矿石、假象或半假象赤铁矿石、钒钛磁铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石以及由其中两种或两种以上含铁矿物组成的混合矿石。 2)按有害杂质(S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni、Sn、F、As)含量的高低，可分为高硫铁矿石、低硫铁矿石、高磷铁矿石、低磷铁矿石等。 3)按结构、构造可分为浸染状矿石、网脉浸染状矿石、条纹状矿石、条带状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石，以及鲕状、豆状、肾状、蜂窝状、粉状、土状矿石等。 4)按脉石矿物可分为石英型、闪石型、辉石型、斜长石型、绢云母绿泥石型、夕卡岩型、阳起石型、蛇纹石型、铁白云石型和碧玉型铁矿石等。 2.工业类型 1)工业上能利用的铁矿石，即表内铁矿石，包括炼钢用铁矿石、炼铁用铁矿石、需选铁矿石。 2)工业上暂不能利用的铁矿石，即表外铁矿石，矿石含铁量介于最低工业品位与边界品位之间。 (二)一般工业质量要求 1.炼钢用铁矿石(原称平炉富矿) 矿石入炉块度要求: ,250 mm; 平炉用铁矿石50 电炉用铁矿石50,100 mm; 转炉用铁矿石10,50 mm。 直接用于炼钢的矿石质量(适用于磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石)。 2.炼铁用铁矿石(原称高炉富矿) 矿石入炉块度要求:一般为8,40mm。 炼铁用铁矿石，按造渣组分的酸碱度可划分为: 碱性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3),1.2; 1.2; 自熔性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=0.8, 半自熔性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=0.5,0.8; 酸性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3),0.5。 酸性转炉炼钢生铁矿石P?0.03% 碱性平炉炼钢生铁矿石P?0.03%,0.18% 碱性侧吹转炉炼钢生铁矿石P?0.2%,0.8% 托马斯生铁矿石P?0.8%,1.2% 普通铸造生铁矿石P?0.05%,0.15% 高磷铸造生铁矿石P?0.15%,0.6% 3.需选铁矿石 对于含铁量较低或含铁量虽高但有害杂质含量超过要求的矿石或含伴 生有益组分的铁矿石，均需进行选矿处理，选出的铁精粉经配料烧结或球团处 理后才能入炉使用。 需经选矿处理的铁矿石要求: 磁铁矿石TFe?25%，mFe?20%; 赤铁矿石TFe?28%,30%; 菱铁矿石TFe?25%; 褐铁矿石TFe?30%。 对需选矿石工业类型划分，通常以单一弱磁选工艺流程为基础，采用磁性 铁占有率来划分。根据我国矿山生产经验，其一般是: 矿石类型mFe/TFe(%) 单一弱磁选矿石?65 其他流程选矿石,65 对磁铁矿石、赤铁矿石也可采用另一种划分标准: ?85磁铁矿石 mFe/TFe mFe/TFe85,15混合矿石 mFe/TFe?15赤铁矿石 四、矿业简史 铁、铁矿的发现与利用 中国是世界上利用铁最早的国家之一。早在19000年前，周口店“山顶洞人”就开始使用赤铁矿粉作为赭红色颜料，涂于装饰品上或者随葬撒在尸体周围。这是人类利用天然矿物颜料的开始。到新石器时代(距今10000,4000年)，兴起了制陶业，并发明绘制各种风格的彩陶。绘制赭红色彩陶的原料就是赭石(赤铁矿)。 人类使用铁器制品至少有5000多年历史，开始是用铁陨石中的天然铁制成铁器。最早的陨铁器是在尼罗河流域的格泽(Gerzeh)和幼发拉底河流域乌尔(Ur)出土于公元前4000多年前的铁珠和匕首。目前中国最早的陨铁文物是1972年在河北藁城台西村商代中期(公元前13世纪中期)遗址中发现的铁刃青铜钺。这件古兵器，经全面的科学考查，确定刃部是陨铁加热锻造成的。它表明我国商代人们已掌握一定水平的锻造技术和对铁的认识，熟悉铁加工性能，并认识铁与青铜在性质上的差别。但那时人们还不会利用铁矿石炼铁，而铁陨石又很少，所以当时的铁制品是十分珍贵的物品。 我国用铁矿石直接炼铁，早期的是块炼铁，后来用竖炉炼铁。在春秋时代晚期(公元前6世纪)已炼出可供浇铸的液态生铁，铸成铁器，应用于生产，并发明了铸铁柔化术。这一发明加快了铁器取代铜器等生产工具的历史进程。战国冶铁业兴盛，生产的铁器制品以农具、手工工具为主，兵器则青铜、钢、铁兼而有之。据记载，今山东临淄和河北邯郸铁矿等，春秋战国时期都已进行开采。 五、资源状况 截至1996年底，全国共查明铁矿产地1834处。累计探明铁矿石储量 (A+B+C+D级)504.78亿t，按全国铁矿石平均含铁品位33%计算，铁金属量为166.58亿t。扣除历年开采与损失，尚保有铁矿石储量(A+B+C+D级)463.47亿t，铁金属152.95亿t，其中A+B+C级铁矿石储量222.09亿t，铁金属为73.29亿t，D级铁矿石储量241.38亿t，铁金属为79.66亿t。 根据80年代中期地质科研部门对我国铁矿资源的预测，将全国大陆划分为17个预测区，共有有望航磁异常区1084处，预测资源潜力606亿t。其中11个预测区分布在东经105?线以东地区，有望航磁异常区754处，预测资源潜力为317亿t，东部地区找矿程度较高，预测资源多以隐伏矿或盲矿体分布在已知矿带的深部和周边部。东经105?线以西地区，包括6个预测区，有望航磁异常330处，预测资源潜力为289亿t，西部地区找矿和研究工作程度较低或很低，尚有发现新矿区的前景。 据美国地质调查所和矿业局1996年1月的统计，世界铁矿石资源量超过 ，折合金属量超过2300亿t。1995年世界铁矿石储量1 500亿t、储8000亿t 量基础2300亿t，折合铁金属量分别为650亿t、1000亿t。若以我国A+B+C级储量与世界各国储量基础比较，我国铁金属储量73.29亿t，应在俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西之后居世界第5位。 六、地理分布 截至1996年底，全国查明铁矿产地1834处，分布于全国29个省、市、自治区的660多个县(旗)，主要集中在辽宁(111.81亿t)、四川(53.32亿t)、河北(62.36亿t)3省，共计保有铁矿石储量227.49亿t，占全国总保有铁矿石储量的49.08%;其次，储量超过10亿t的有北京、山西、内蒙古、山东、河南、湖北、云南、安徽等8个省、市、自治区，储量合计为160.88亿t，占全国总保有铁矿石储量的34.71%;再是储量不足10亿t的有吉林、黑龙江、上海、江苏、浙江、福建、江西、湖南、广东、广西、海南、贵州、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆等18个省、市、自治区，储量合计为75.10亿t，占全国总保有铁矿石储量的16.21%;上海、宁夏为最少，只有几百万t。 七、世界铁矿资源 世界铁矿总资源，按含铁量计算为1,964亿吨，其中工业储量930亿吨。 北半球:总资源1237亿吨，工业储量600亿吨，分别占世界总储量的63%和工业储量的64.5%。 南半球:总资源725.6亿吨，工业储量330亿吨，分别占世界总储量的37%和工业储量的35.5%。 欧洲:铁矿资源最丰富，总资源量622亿吨，工业储量350亿吨。 南美洲:铁矿总资源量462.4亿吨，工业储量188.7亿吨。 北美洲:资源总量444.4亿吨，工业储量149亿吨。 大洋洲:资源总量191亿吨，工业储量109亿吨。 亚洲:资源总量171亿吨，工业储量102亿吨，倒数第2位，相当贫乏。 非洲:铁矿资源最贫乏的:资源总量73亿吨，工业储量33亿吨。 按国家来看，前苏联是全球铁矿最丰富的国家，总资源达517亿吨，工业储量281亿吨。其次是巴西，总资源260亿吨，工业储量160亿吨。加拿大居第3位，总资源260亿吨，工业储量109亿吨。澳大利亚总资源181亿吨，工业储量107亿吨。此外，美国、法国、瑞典、南非等也都有比较丰富的铁矿资源。 扩展阅读: 1.中国矿业网，www.cbichina.com及其他各子网站 金石棉县萤石铁精粉非金属矿产盐矿铬矿磷矿锰矿铅锌矿钴矿铝土矿金矿锰铁矿碳酸钙煤重晶石铜矿白云石硫铁矿硅石石墨黄金铁合金油砂稀土钒钛磁铁矿必和必拓公司白铁矿 开放分类: 化学，自然科学，矿物，钢铁，矿产 褐铁矿混合物 英文:limonite mixture 释文:,射线衍射图谱上:褐铁矿为含水稍多的针铁矿,有时还含有纤铁矿,呈混合物态存在,由此得名。这一成果是否具普遍意义,还待进一步研究