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鐵礦

鐵礦是一種可以從中提取鐵化合物的巖石或礦床。根據其礦物成分和化學成分,可分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。每種鐵礦石的成分、身體特征不一樣。

根據鐵礦石成因的不同,可分為BIF相關型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型、沉積型鐵礦床和風化淋濾型鐵礦床,其中與BIF有關的鐵礦床最為重要,約占全球鐵礦資源的60%~70%全球鐵礦石資源豐富,分布廣泛,但分布不均,規模和質量差異較大。超過80%鐵礦石資源集中在澳大利亞加拿大、俄羅斯、巴西、中國等10個國家。

鐵礦石是生產鋼鐵的主要原料,鋼鐵用于國防工業農業、交通運輸、廣泛應用于建筑等領域是應用和使用最廣泛的金屬 ,是現代工業的基礎產業。但是鐵礦的開采對土地有很大的影響、空氣和水資源都受到一定程度的破壞。

目錄

歷史起源 編輯本段

古埃及人是鐵器時代早期發現和使用鐵的最早文明之一。公元前3000年,古埃及人可以從隕石中提取鐵來制作工具。公元前1200年后,亞西里人逐漸掌握了冶鐵技術,開始大規模開采鐵礦石,生產鐵制品。在人工煉鐵技術發展之前,很多文明都是用隕石煉鐵的。古埃及、美洲、中國商代就有隕石制成的鐵器。

公元前6世紀,中國已經提煉出鑄造用的液態生鐵,鑄成鐵,應用于生產,并發明了鑄鐵的軟化技術。人工煉鐵技術的發展,加速了鐵取代青銅等生產工具的歷史進程。公元前1300年至公元前1100年,冶鐵術傳入兩河流域和古埃及。隨著技術的傳播和發展,歐洲部分地區也在公元前1000年左右進入鐵器時代,直到公元1400年左右,水力高爐發明后,歐洲才冶煉出生鐵。水力鼓風的出現增加了風量風壓,使燃燒更加充分,提高了冶煉的強度和溫度,也促進了歐洲煉鐵技術的發展。

分類特性 編輯本段

鐵礦物種類很多,但目前能經濟利用的鐵礦物種類不多根據它們的礦物成分和化學成分,可以分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

磁鐵礦

磁鐵礦(magnetite)它是一種氧化鐵礦石,主要成分是Fe3O4它是Fe2O3和FeO的化合物,比重約為5.15,含Fe:72.4%,O:27.6%磁鐵礦一般為鐵黑色,有的呈深靛藍色。條痕色為黑色。相對密度(比重)為4.8~5.3g/cm3; 硬度為5.5~6。等軸晶系。晶體呈八面體、菱形十二面體。晶面有條紋。通常為粒狀、塊狀集合體。磁鐵礦有很強的磁性,可以被永久磁鐵吸引。

鐵礦鐵礦

赤鐵礦

赤鐵礦(red iron ore)它是一種氧化鐵礦石,主要成分是Fe2O3,比重在5左右.26,含Fe:70%,O:30%赤鐵礦的顏色各不相同,從鐵黑色、鋼灰色至暗紅色,條紋顏色為櫻桃紅。金屬光澤至半金屬光澤,不透明。晶體呈菱形或板狀,集合體常呈片狀、鱗片狀、致密塊狀等出現。有一種花狀結晶聚集體叫做“鐵玫瑰”折射率為2.94~3.22;相對密度為5.20;莫氏硬度為56。

褐鐵礦

褐鐵礦(lemon)它是一種含有氫氧化鐵的礦石,氫氧化鐵是針鐵礦HFeO2和鋰云母FeO(OH)兩種不同結構礦石的總稱主要成分的化學式為mFe2O3·NH2O,含約62鐵%,O約27%,H2O約11%,比重為3.6~4.0,大部分在其他鐵礦石中。褐鐵礦常呈塊狀、土狀、鐘形或葡萄形,黃褐色或深褐色,黃褐色條紋,無光澤。

菱鐵礦

菱鐵礦(siderite)它是一種含有碳酸亞鐵的礦石,主要成分是FeCO3,比重為3.8左右。大多數這種礦石含有大量的鈣和鎂鹽。菱鐵礦為白色或黃白色,風化后可變為褐色或棕黑色,條痕為白色;透明到半透明,帶玻璃、珍珠或絲絹光澤。三邊晶系,晶體為菱面體,晶面常彎曲,集合體呈粒狀、塊狀或結核狀。

應用領域 編輯本段

鋼鐵生產

全球98%上述鐵礦石用于鋼鐵冶煉,冶煉成含碳量不同的生鐵和鋼材。生鐵的碳含量一般為2%以上,根據用途不同,可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵、合金生鐵。鋼的碳含量一般為2%在下文中,通常根據合金元素的組成將鋼的類型分為碳鋼和合金鋼。鋼鐵是國防、工業、農業、交通運輸、 ,建筑等國民經濟各領域中使用和使用最廣泛的金屬,是現代工業的基礎產業。

建筑行業

住房建設和基礎設施是鋼鐵消費的重要領域。鐵礦石的主要用途之一是為鋼鐵工業提供原材料,滿足大量的鋼鐵需求,以及建造房屋、道路、隧道、橋梁高速鐵路等基礎設施。隨著社會的發展,現代社會對鋼材的需求會越來越高,高速鐵路的發展會對高強度的發展產生很大的影響、鋼的高韌性和高耐蝕性提出了新的要求。

機械制造

由鐵礦石制成的鋼被廣泛用于機械制造業。鋼的強度很高、耐磨性、耐腐蝕性和可塑性等,同時可以通過熱處理表面處理等加工技術進一步提高和優化性能,應用于各種機床、工程機械、操作平臺和工具,小到各種機械零件,都與鋼材有關,因此鋼材成為制造各種機械零件的理想選擇。此外,在汽車制造中,鋼用于制造車身、底盤、發動機零件等。在航天領域,可用于制造航母飛行甲板。

電力能源

鋼制管道可用于超長的石油和天然氣運輸,比現有的方法更安全、損耗和運費較低的模式。與此同時,鋼鐵在發電站、也廣泛應用于輸電線路等電力行業它能承受高溫高壓,保持結構穩定,也可用于制作電子元件、電表電閥等。

其他領域

鐵礦石也用作合成氨的催化劑(純磁鐵礦)天然礦物顏料(赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦)飼料添加劑(磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦)和水泥工業,但用量很少。

形成原因 編輯本段

根據鐵礦石成因的不同,可分為BIF相關型、火山成因型、巖漿型、接觸交代-熱液型、沉積型鐵礦床和風化淋濾型鐵礦床,其中與BIF有關的鐵礦床最為重要,約占全球鐵礦資源的60%~70%火山鐵礦是指成礦物質全部或部分來源于火山作用和火山巖、與次火山巖有關的鐵礦床約占全球鐵礦資源的10%,這種鐵礦石通常與銅有關、金、稀土和其他成分共存,可以綜合利用。

BIF鐵礦

與BIF有關的鐵礦床也稱為含鐵硅質巖形成的沉積鐵礦床、含鐵石英巖型鐵礦床,其中硅和鐵呈交替帶狀分布(BIF帶狀 鐵 地層)出現。主要礦物成分是富鐵礦物(主要是磁鐵礦或赤鐵礦)和脈石礦物(以石英為主)這種帶狀鐵建造僅廣泛分布于前寒武紀地層,是地球演化特定階段的產物。形成大規模的帶鋼結構需要滿足三個條件:①物質基礎:大型海底熱液供應系統;②沉積場所:發育良好的大陸架;③必要條件:存在分層海洋,含有大量Fe2的海水可以從海底熱液系統向沉積中心遷移。根據帶鋼的建設規模、巖性組合和沉積環境與火山活動的關系可分為優勢類型(superior)和阿爾戈馬型(Algoma)兩種基本類型。

火山鐵礦床

火山鐵礦床有兩種主要的成因模式:一個是火山爆發和沉積;另一種是次火山成礦作用,由早期火山沉積成礦作用和晚期次火山成礦作用共同作用形成。世界上對火山鐵礦床的劃分還沒有統一的認識。根據這類鐵礦的大地構造環境、礦化等因素,我國學者將其分為兩種類型海相火山成因和陸相火山成因。

巖漿型鐵礦床

巖漿鐵礦床的成礦母巖是超鎂鐵質巖來自下地殼或上地幔的巖漿通過深大斷裂侵入地殼淺部,進一步冷卻凝固,巖漿中的鐵元素富集形成鐵礦因此,這類鐵礦床大多產于隆起區邊緣的深大斷裂帶及其附近,在區域內往往呈線性分布。

接觸交代-熱液型鐵礦床

接觸交代鐵礦床也稱為矽卡巖鐵礦床。這類鐵礦主要是由于侵入巖與圍巖之間的熱交代作用,從圍巖中提取的元素與侵入巖中的鐵結合生成鐵礦。熱液鐵礦是在圍巖的各種裂隙中充填熱液脈的鐵礦。兩者統稱為聯系賬戶-熱液型鐵礦床。

沉積型鐵礦床

沉積鐵礦是指主要與沉積作用有關的鐵礦(不包括火山沉積)有成因聯系的鐵礦床。含鐵的巖石、礦物或鐵礦體因風化而破碎、分解、搬運至低洼盆地,再經機械沉積或沉積分異作用沉積,進一步形成沉積鐵礦床。根據鐵礦床的沉積環境,可分為海相和湖相。

風化淋濾鐵礦床

富鐵巖石、炎熱潮濕的氣候和適宜的地形條件下的含鐵多金屬礦和其他鐵礦、在構造條件下,由風化淋濾作用形成,故礦床多產于各種原生鐵礦及其他含鐵巖石的風化淋濾帶中。

分布區域 編輯本段

鐵礦資源豐富,在世界上分布廣泛,各大洲都有分布,海洋中也有豐富的鐵錳結核。鐵礦石資源全球分布前10位的國家依次是澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、中國、玻利維亞、幾內亞印度、烏克蘭和智利占全球資源的815.3%然而,許多國家和地區的鐵礦石資源相對匱乏。巴西、澳大利亞、南非、印度等國生產的鐵礦石大部分是赤鐵礦,而且量大、這里有大量的超大型鐵礦,不僅品位高、雜質少,質量穩定。

澳大利亞鐵礦石資源豐富,儲量和產量均居世界前列。已探明的90%鐵礦資源集中在皮爾巴拉區塊的鐵礦成礦區哈默斯利省和西澳大利亞伊爾岡區塊的中西部鐵礦區。前者約占澳大利亞鐵礦石總產量的95%但由于大量開采,資源日益枯竭,中國中西部鐵礦區逐漸成為西澳新興鐵礦區。

中國鐵礦多為中小型和大型、超大型礦少,貧礦多,富礦少。此外,我國鐵礦石多為磁鐵礦,鐵品位低,礦石成分復雜,共生成分多,生產成本相對較高。

全球消費 編輯本段

歐洲曾經是世界鐵礦石消費的焦點,但自20世紀90年代以來,世界鐵礦石消費主要集中在亞洲,尤其是中國。中國是世界中國是美國最大的鋼鐵生產國和最大的鐵礦石消費國。全球鐵礦石貿易量的60%大約70的鐵礦石從中國進口,70的鐵礦石在中國使用美國鋼鐵工業%大約從海外供應,所以對外依存度高。除了南極洲,中國的鐵礦石來源遍布六大洲。日本作為亞洲第二大經濟體,也是重要的鐵礦石消費國之一,主要從澳大利亞和巴西進口。

礦物開采 編輯本段

鐵礦的開采方法分為露天開采和地下開采。露天采礦是世界上最重要的采礦方法,包括穿孔爆破、采裝、四個環節運輸和傾倒。從地下鐵礦床的礦塊中提取礦石的過程是地下采礦,并且主要使用崩落采礦法、空場采礦法和充填采礦法等,包括存款開發、采準、切割、采礦的四個具體步驟。

鐵礦冶煉 編輯本段

煉鐵過程實質上是鐵礦石是還原性物質(CO、H2、C)在高溫和適宜的溫度條件下,通過物理化學反應得到還原生鐵。按工藝可分為高爐煉鐵和非高爐煉鐵。

高爐煉鐵是指以焦炭為燃料和還原劑,在高爐中還原鐵礦石中的鐵,以獲得溫度和成分令人滿意的液態生鐵。在高爐生產過程中,鐵礦石被混合、焦炭、造渣用的熔劑從爐頂裝入,預熱空氣從爐子下部的風口吹入。爐內生成的CO在上升過程中與含鐵礦物發生還原反應,得到液態生鐵,然后從出鐵口排出。副產品為高爐渣和高爐煤氣,高爐渣從出渣口排出。高爐煤氣從爐頂排出,除塵后可用作燃料。非高爐煉鐵法是除高爐煉鐵以外的其他煉鐵方法的總稱、產品的種類和用途可分為兩類,即直接還原法和熔融還原法。直接還原(直接 還原)方法是指在低于熔化溫度的溫度下,不經熔化將鐵礦石還原成金屬鐵。由于氧氣流失減少,形成大量孔隙,在顯微鏡下看起來像海綿,所以又叫海綿鐵。這種方法可以 不能大規模用于轉爐煉鋼,只適合替代廢鋼作為電爐煉鋼的原料。熔融還原(Smelting   reduction)方法是指在熔融狀態下將鐵礦石還原成高碳生鐵。這種方法適用于各種煉鋼目的。

尾礦處理 編輯本段

鐵礦尾礦是指鐵礦經過處理,精選鐵精礦后,所剩下的廢棄物的總稱。對于尾礦的處理,可采用鐵尾礦再選和有價金屬綜合回收的方法。由于原礦性質不同,尾礦中主要金屬元素的含量和存在形式也不同,因此將采用重選的方法從不同的尾礦中回收金屬、弱磁選、高強度磁分離浮選或聯合分離用于回收有價值的金屬。此外,尾礦的主要部分是砂巖,因此可以用作混凝土骨料、制磚材料、使用水泥填料等建筑材料。利用尾礦生產微晶玻璃是一種高附加值的尾礦利用方式。尾礦還可以直接填充采空區,充當地下填充物。此外,尾礦中往往含有許多微量元素,可以維持植物的生長發育,因此尾礦可以用來生產微量元素肥料,改良土地。

環境影響 編輯本段

鐵礦開采工業中的露天坑和各種礦渣、尾礦廢料的堆放將占用大量土地,并對當地基礎設施和農田造成破壞。固體廢棄物中含有的有毒成分通過地表污染周圍土地,實際危害遠遠超過廢棄物堆放場的面積和空間。鐵礦石的開采包括地下開采、地面和邊坡開挖可能導致開裂、崩塌滑坡等地質災害造成了大量的人員傷亡和經濟損失。鐵礦開采過程中產生的廢水廢渣隨意排放,不僅破壞和影響地下水和地表水,還會產生泉水枯竭、河流斷流等各種水環境問題嚴重破壞了水平衡系統。采礦產生大量廢氣、廢渣、廢水,廢氣、粉塵和廢渣的排放也會造成空氣污染和酸雨。鐵礦開采也會造成水土流失和土地荒漠化。由于表面材料的剝離、擾動、處理和堆積,大量破壞植被和山坡土壤,產生廢石、廢渣等松散物料容易促進礦區水土流失和土地沙化。采礦也可能誘發地震。

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