鐵礦

鐵礦

鐵是世界上發現最早,利用最廣,用量也是最多的一種金屬,其消耗量約佔金屬總消耗量的95%左右。鐵礦石主要用于鋼鐵工業,冶煉含碳量不同的生鐵(含碳量一般在2%以上)和鋼(含碳量一般在2%以下)。

  • 中文名稱
    鐵礦
  • 主要用途
    主要用于鋼鐵工業
  • 釋義
    含有可提煉出鐵的的化合物
  • 生鐵分類
    煉鋼生鐵、鑄造生鐵、合金生鐵
  • 鐵礦物分類
    磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦等
  • 鐵元素符號
    Fe
  • 鐵原子序數
    26

簡史

(一)鐵、鐵礦的發現與利用

中國是世界上利用鐵最早的國家之一。早在19000年前,周口店“山頂洞人”就開始使用赤鐵礦粉作為赭紅色顏料,塗于裝飾品上或者隨葬撒在屍體周圍。這是人類利用天然礦物顏料的開始。到新石器時代(距今10000~4000年),興起了製陶業,並發明繪製各種風格的彩陶。繪製赭紅色彩陶的原料就是赭石(赤鐵礦)。

人類使用鐵器製品至少有5000多年歷史,開始是用鐵隕石中的天然鐵製成鐵器。最早的隕鐵器是在尼羅河流域的格澤(Gerzeh)和幼發拉底河流域烏爾(Ur)出土于公元前4000多年前的鐵珠和匕首。目前中國最早的隕鐵文物是1972年在河北藁城台西村商代中期(公元前13世紀中期)遺址中發現的鐵刃青銅鉞。這件古兵器,經全面的科學考查,確定刃部是隕鐵加熱鍛造成的。它表明我國商代人們已掌握一定水準的鍛造技術和對鐵的認識,熟悉鐵加工性能,並認識鐵與青銅在性質上的差別。但那時人們還不會利用鐵礦石煉鐵,而鐵隕石又很少,所以當時的鐵製品是十分珍貴的物品。

我國用鐵礦石直接煉鐵,早期的方法是塊煉鐵,後來用豎爐煉鐵。在春秋時代晚期(公元前6世紀)已煉出可供澆鑄的液態生鐵,鑄成鐵器,套用于生產,並發明了鑄鐵柔化術。這一發明加快了鐵器取代銅器等生產工具的歷史進程。戰國冶鐵業興盛,生產的鐵器製品以農具、手工工具為主,兵器青銅、鋼、鐵兼而有之。據記載,今山東臨淄和河北邯鄲鐵礦等,春秋戰國時期都已進行開採。

(二)採掘簡史

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隨著冶鐵業的興盛與發展,發現和開採的鐵礦產地,一代比一代多。春秋戰國時代(公元前770年~前221年),據<山海經·五藏山經>記載產鐵之山有37處。漢武帝(公元前119年)在49個產鐵地區設定鐵官。唐代,按<新唐書·地理志>記載,當時全國產鐵之山104處。明代,有鐵礦產地130處。到清代前期(公元1644~1840年)鐵礦產地發展到134處之多。古代開採的大部為地表風化殘積、堆積礦和江河岸邊的鐵礦,以及露出地表的淺部鐵礦體。採掘方法主要有:

(1)露天墾土法翻耕有鐵礦的土地,礦石隨之露出地面。<天工開物>記載:土錠鐵(即褐鐵礦結核)“淺浮土面,不生深穴”,“若起冶煎煉,浮者拾之。又乘雨濕之後,牛耕起土,拾其數寸土內者”。這是古代記載的一種特殊採礦方法。

(2)露天掘取法用于採掘地表露頭鐵礦體。1974年在鞍山東北的太平溝發掘的漢代古採坑,坑形上寬10m,下窄2m,深10m,呈漏鬥狀。顯然是古代露採遺址。清代開採的廟兒溝(南芬)鐵礦,是人們在地表露頭處先用棒撬開石縫,再用火燒(火爆法),經過冷縮熱脹,使其破碎,採取礦石。

(3)地下鑿坑法即沿著礦體往地下鑿坑採掘礦石。在河南、江蘇、黑龍江等地一些古鐵礦遺址,都發現有豎井、斜井和巷道直接採掘礦石的古洞。說明當時人們已能根據礦體的不同產狀,採用不同的採掘方法,河南發掘的漢代鞏縣鐵生溝的巷道是沿礦體平行掘進,並沿礦體傾斜分別有上山和下山小斜井,直接採礦。豎井有方形和圓形兩種,一般在礦體中間或一側往下採掘礦石。對緩傾斜礦體再採用斜井。江蘇利國東漢冶鐵遺址附近的峒山古豎井,井口徑1.5m,深約10m。

由于採掘技術的提高,礦井愈來愈深。黑龍江阿城五道嶺地區,發掘金代中期的鐵礦井深達40m,礦井呈階梯式,井內有採礦和選礦(手選)的不同作業區,還有燈洞和採掘工具。

(4)古代採掘工具有鐵斧、鐵錘、鐵錐、鐵鎬和鐵砧等。如在河南發現的漢代、宋代一些鐵礦,採掘工具是鐵斧、鐵錘、鐵錐、鐵鎬等,在古採洞的圍岩壁上還遺留有鐵斧、鐵錐的鑿痕。到近代(1840~1949年),開採的鐵礦山大部是在古礦硐(採場)的基礎上建立起來的。據已查閱的40多處礦山資料記載,這些都曾先後經過不同程度的地表調查和礦石質量化驗。有些礦山開始逐步採用新的採掘、運輸方法和設備以及貧礦選別。開採規模比較大。如遼寧鞍山弓長嶺鐵礦1933~1945年年均產礦石約60萬t,最高年產達100萬t;湖北大冶鐵礦1942年最高年產礦石達144萬t;安徽馬鞍山鐵礦南山區1941年最高產礦石90萬t。這3個礦山是我國近代時期鐵礦主要產區,也是古代著名的鐵礦產地。

(三)地質找礦簡史

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人類對地質現象的觀察和描述以及對岩石、礦物的認識,可追溯到遠古時期。在我國春秋戰國成書的《山海經》、《管子》中的某些篇章,是人類對岩石礦物的最早總結,並從發現的礦產地中總結一些礦產分布規律和找礦標志。《管子·地數》中記載:“天下名山五千二百七十,出銅之山四百六十七,出鐵之山三千六百有九”。而後《史記·貨殖列傳》:“銅、鐵則千裏往往出棋置”。概括了鐵銅礦產的分布。《管子·地數》對礦產分布規律的論述有:“山上有赭,其下有鐵”;“上有慈石(磁鐵礦)者,下有金也”,明確地總結了鐵和銅、金礦產的垂直(上、下)分布規律,除垂直分布規律外,<山海經·五藏山經>記載許多地區(山)不同礦產分布的“陰陽”分布關系。西山經:“符禺之山(今陝西華縣西南)其陽多銅,其陰多鐵”,盂山(今陝西靖邊縣)“其陽多銅,其陰多鐵”;泰冒之山(今陝西膚施)“其陽多金,其陰多鐵”;龍首之山(今陝西隴縣)“其陽多黃金,其陰多鐵”;西皇之山“其陽多金,其陰多鐵”。《中山經》:”荊山(今湖北南漳縣)“其陰多鐵,其陽多赤金”;密山(今河南新安縣)“其陰多鐵”;求山“其陽多金,其陰多鐵”;<北山經>:白馬之山(在今山西孟縣北)“其陰多鐵,多赤銅”等等。這是古人通過開採實踐總結出來的“規律”。但如何加以科學解釋,是一個有待探討的問題。

找礦線索(標志),古代稱之為“苗”、“引”或“榮”。除前邊敘述的一些鐵礦與其他金屬礦產分布規律作為找礦標志外,還總結有,<丹房鏡源>:“陰平(今甘肅文縣西北)鉛出劍州(今川北龍山東南)是鐵之苗”。“寶藏論”:“上鐃樂平鉛……鐵苗也”。郭璞<流赭贊>:“沙則潛流,亦有運赭;于以求鐵,趁在其下”。可見“赭”有在高山上的,也有在流水中,都見有找鐵礦的線索。<管子·地數>記:“山上有赭,其下有鐵……此山之見榮者也”。

古代對金屬礦物的生成,也有比較明確的認識。如《博物志》記:“石者,金之根甲”。這是說金屬礦物以岩石為“根”,而又被岩石所包圍(“甲”),很形象地說明了原生金屬礦物的成因。

從上述來看,我國古代人們對地質的認識具有一定水準,許多經驗總結至今仍具有一定的地質找礦價值。但許多經驗與認識,沒有發展到現代地質科學的高度。從18世紀以後無論在地質學的認識上還是在套用上,較諸歐洲都顯得落後。

19世紀後期,中國官辦和民用工業進一步發展與擴大,使鋼鐵消耗量增加,近代礦冶工業的發展,需要進行地質調查和找礦工作。但當時我們還沒有自己的專業地質人員,因此不得不聘請外國礦師進行找礦。直到辛亥革命以後,1916年由中國自己培養的首批地質人員在國內開始了地質礦產調查工作。最先進行地質調查的鐵礦區有河北龍煙、井陘和湖北鄂城等鐵礦山。這可能是中國自己的地質人員最早調查的鐵礦床。

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據查閱部分文獻記載,1916~1948年間,由我國自己的地質隊伍調查的主要鐵礦產區有:河北省宣化、承德、灤縣、武安、涉縣;河南省安陽、林縣、鞏縣—修武、新安—澠池、南召;山西省太原東山;內蒙古白雲鄂博;湖北省西南部和大冶、鄂城、靈鄉;揚子江下遊;浙江省建德;福建省安溪、永春、永泰、龍岩;江西西部;江蘇省利國;四川省和重慶綦江、涪陵—彭水、威遠、攀枝花、達縣—渠縣、南江—旺蒼、洪雅、永川—銅梁、冕寧瀘沽、會理、道孚、滎經;雲南易門、祿豐、安寧、昆陽、武定、鶴慶;貴州省水城觀音山、赫章及貴州南部;湖南省寧鄉、新化、茶陵;廣東省雲浮、紫金;陝西省鳳縣;甘肅省皋蘭、天水、武威、成縣等。

通過地質調查新發現了白雲鄂博、攀枝花、承德大廟等當今仍在開採的一些重要鐵礦山,並初步了解與掌握了一批鐵礦產地(礦點)。

近代時期(1840~1949年),我國地質學家對我國鐵礦床種類(類型)進行了分類。據《中國礦產資源一覽(鐵礦)》記載,經對標明礦床類型的611個鐵礦產地(礦點)統計歸納,有動力變質礦床、水成變質礦床、水成礦床、接觸變質(交代)礦床、熱液(充填、交代)礦床、岩漿分離(分化)礦床、殘留礦床、漂沙礦床等8個類型。

總的看來,近代地質工作對鐵礦的勘查和科研作了一些工作,也發現了一批重要的鐵礦床。但由于缺乏進行勘探儲量的手段,除個別鐵礦床進行了少量深部工程外,一般僅作了些地表踏勘。因此,很難對我國鐵礦資源作出較正確的評價。(四)冶鐵(鋼)簡史

古代的煉鐵方法是塊煉鐵,即在較低的冶煉溫度下,將鐵礦石固態還原獲得海綿鐵,再經鍛打成的鐵塊。冶煉塊煉鐵,一般採用地爐、平地築爐和豎爐3種。我國塊煉鐵始于春秋時代,在掌握塊煉鐵技術的不久,就煉出了含碳2%以上的液態生鐵,並用以鑄成工具。戰國初期,我國已掌握了脫碳、熱處理技術方法,發明了韌性鑄鐵。戰國後期,又發明了可重復使用的“鐵範”(用鐵製成的鑄造金屬器物的空腹器)。西漢時期,出現坩堝煉鐵法。同時,煉鐵豎爐規模進一步擴大。1975年,在鄭州附近古滎鎮發現和發掘出漢代冶鐵遺址,場址面積達12萬m2,發掘出兩座並列的高爐爐基,高爐容積約50m3。西漢時期還發明了“炒鋼法”,即利用生鐵“炒”成熟鐵或鋼的新工藝,產品稱為炒鋼。同時,還興起“百煉鋼”技術。東漢(公元25~220年),光武帝時,發明了水力鼓風爐,即“水排”。我國古代水排的發明,大約比歐洲早1100多年。漢代以後,發明了灌鋼方法。<北齊書·綦母懷文傳>稱為“宿鋼”,後世稱為灌鋼,又稱為團鋼。這是中國古代煉鋼技術的又一重大成就。據〈中華百科要覽〉記載:中國是最早用煤煉鐵的國家,漢代時已經試用,宋、元時期已普及。到明代(公元1368~1644年)已能用焦炭冶煉生鐵。在公元14~15世紀之際,鐵的產量曾超過2000萬斤,折契約為1.2萬t。西方最先開始工業革命的英國,約晚兩個世紀,才達到這個水準。

總的來看,中國古代鋼鐵發展的特點與其他各國不同。世界上長期採用固態還原的塊煉鐵和固體滲碳鋼,而中國鑄鐵和生鐵煉鋼一直是主要方法。由于鑄鐵和生鐵煉鋼法的發明與發展,中國的冶金技術在明代中葉以前一直居世界先進水準。

19世紀下半葉清政府發展近代軍事工業,製造槍炮、戰艦,大量輸入西方國家生產的鋼鐵。1867年進口鋼約8250t,1885年約9萬t,1891年增加到170萬擔(約13萬t)。進口鋼逐漸佔領了中國的市場,使傳統的冶鐵業難以維持生產,而國內鋼鐵消耗量又不斷增加。因此近代鋼鐵工業的興起就成為時代的需要。

1871年(清同治十三年),直隸總督李鴻章、船政大臣沈葆楨請開煤鐵,以濟軍需,上允其請,命于直隸磁州、福建、台灣試辦。1875年,直隸磁州煤鐵礦向英國訂購熔鐵機器,因運道艱遠未能成交。此事表明,當時已開始註重舉辦新式鋼鐵事業。1886年,貴州巡撫潘蔚創辦青廠,先用土爐,後從英國訂購煉鐵、煉鋼設備,1888年安裝完畢。終因清廷腐敗,缺乏資金、煤和鐵礦石,加上不善管理,無人精通技術,而于1893年停辦。這是興辦近代鋼鐵廠的一次嘗試。

1890年,湖廣總督張之洞主持興建湖北漢陽鐵廠和大冶鐵礦,它的建設標志中國近代鋼鐵工業的興起。1908年,漢陽鐵廠、大冶鐵礦和萍鄉煤礦聯合組成漢冶萍煤鐵廠礦公司。這是中國近代第一個鋼鐵聯合企業,也是當時遠東第一流的鋼鐵聯合企業。

第一次世界大戰後,除漢冶萍有較大的發展外,本溪、鞍山、上海、陽泉、武漢和石景山等地的鋼鐵工廠也先後起步。以上鋼鐵企業建立後,1920年全國生鐵產量達43萬t,鋼產量達6.8萬t。1931年“九一八”事變後,日本帝國主義佔領了中國東北地區;1937年“七七”事變後,又侵佔了華北、華中、華東等廣大地區。除東北地區外在北京、天津、唐山、陽泉等地新增或改建一批鋼鐵廠。

抗日戰爭期間,在抗戰後方的四川、雲南和晉東南等地也建設一批鋼鐵廠。1932~1948年,全國最高產量,鐵未超過180萬t,鋼未超過100萬t。1943年是1949年以前中國鋼產量最高年份,在世界上隻佔第16位。由于日本帝國主義的侵略戰爭和內戰的破壞,1949年生產鋼鐵的企業隻有19個,年產鋼僅15.8萬t,在世界上居第26位。

從1890年張之洞創辦漢陽鐵廠到1948年半個世紀中,我國產鋼總量僅760萬t。新中國成立後,到1958年,僅用9年時間,我國(未包括台灣)鋼產量就達到800萬t。1978年鋼產量突破3000萬t(3178萬t),11年後的1989年升至6159萬t,到1996年鋼產量突破1億t(10124萬t),這在世界鋼鐵工業發展史上是少有的。

原料特點

(一)主要鐵礦

物鐵礦物種類繁多,目前已發現的鐵礦物和含鐵礦物約300餘種,其中常見的有170餘種。但在當前技術條件下,具有工業利用價值的主要是磁鐵礦、赤鐵礦、磁赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

1.磁鐵礦

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磁鐵礦FeO31.03%,Fe2O368.97%或含Fe72.2%,O27.6%,等軸晶系。單晶體常呈八面體,較少呈菱形十二面體。在菱形十二面體面上,長對角線方向常現條紋。集合體多呈致密塊狀和粒狀。顏色為鐵黑色、條痕為黑色,半金屬光澤,不透明。硬度5.5~6.5。比重4.9~5.2。具強磁性。

磁鐵礦中常有相當數量的Ti4+以類質同象代替Fe3+,還伴隨有Mg2+和V3+等相應地代替Fe2+和Fe3+,因而形成一些礦物亞種,即:

(1)鈦磁鐵礦Fe2+(2+x)Fe3+(2-2x)TixO4(0<x<1),含TiO212%~16%。常溫下,鈦從其中分離成板狀和柱狀的鈦鐵礦及布紋狀的鈦鐵晶石。

(2)釩磁鐵礦FeV2O4或Fe2+(Fe3+V)O4,含V2O5有時高達68.41%~72.04%。

(3)釩鈦磁鐵礦為成分更為復雜的上述兩種礦物的固溶體產物。

(4)鉻磁鐵礦含Cr2O3可達百分之幾。

(5)鎂磁鐵礦含MgO可達6.01%。

磁鐵礦是岩漿成因鐵礦床、接觸交代-熱液鐵礦床、沉積變質鐵礦床,以及一系列與火山作用有關的鐵礦床中鐵礦石的主要礦物。此外,也常見于砂礦床中。

磁鐵礦氧化後可變成赤鐵礦(假象赤鐵礦及褐鐵礦),但仍能保持其原來的晶形。

2.赤鐵礦

鐵礦

赤鐵礦自然界中Fe2O3的同質多象變種已知有兩種,即α-Fe2O3和γ-Fe2O3。前者在自然條件下穩定,稱為赤鐵礦;後者在自然條件下不如α-Fe2O3穩定,處于亞穩定狀態,稱之為磁赤鐵礦。

赤鐵礦:Fe69.94%,O30.06%,常含類質同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2+、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系,完好晶體少見。結晶赤鐵礦為鋼灰色,隱晶質;土狀赤鐵礦呈紅色。條痕為櫻桃紅色或鮮豬肝色。金屬至半金屬光澤。有時光澤暗淡。硬度5~6。比重5~5.3。

赤鐵礦的集合體有各種形態,形成一些礦物亞種,即:

(1)鏡鐵礦為具金屬光澤的玫瑰花狀或片狀赤鐵礦的集合體。

(2)雲母赤鐵礦具金屬光澤的晶質細鱗狀赤鐵礦。

(3)鮞狀或腎狀赤鐵礦形態呈鮞狀或腎狀的赤鐵礦。

赤鐵礦是自然界中分布很廣的鐵礦物之一,可形成于各種地質作用,但以熱液作用、沉積作用和區域變質作用為主。在氧化帶裏,赤鐵礦可由褐鐵礦或纖鐵礦、針鐵礦經脫水作用形成。但也可以變成針鐵礦和水赤鐵礦等。在還原條件下,赤鐵礦可轉變為磁鐵礦,稱假象磁鐵礦。

3.磁赤鐵礦

γ-Fe2O3,其化學組成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等軸晶系,五角三四面體晶類,多呈粒狀集合體,致密塊狀,常具磁鐵礦假象。顏色及條痕均為褐色,硬度5,比重4.88,強磁性。

磁赤鐵礦主要是磁鐵礦在氧化條件下經次生變化作用形成。磁鐵礦中的Fe2+完全為Fe3+所代替(3Fe2+→2Fe3+),所以有1/3Fe2+所佔據的八面體位置產生了空位。另外,磁赤鐵礦可由纖鐵礦失水而形成,亦有由鐵的氧化物經有機作用而形成的。

鐵礦

褐鐵礦4.褐鐵礦

實際上並不是一個礦物種,而是針鐵礦、纖鐵礦、水針鐵礦、水纖鐵礦以及含水氧化矽、泥質等的混合物。化學成分變化大,含水量變化也大。

(1)針鐵礦α-FeO(OH),含Fe62.9%。含不定量的吸附水者,稱水針鐵礦HFeO2·NH2O。斜方晶系,形態有針狀、柱狀、薄板狀或鱗片狀。通常呈豆狀、腎狀或鍾乳狀。切面具平行或放射纖維狀構造。有時成致密塊狀、土狀,也有呈鮞狀。顏色紅褐、暗褐至黑褐。經風化而成的粉末狀、赭石狀褐鐵礦則呈黃褐色。針鐵礦條痕為紅褐色,硬度5~5.5,比重4~4.3。而褐鐵礦條痕則一般為淡褐或黃褐色,硬度1~4,比重3.3~4。

(2)纖鐵礦γ-FeO(OH),含Fe62.9%。含不定量的吸附水者,稱水纖鐵礦FeO(OH)·NH2O。斜方晶系。常見鱗片狀或纖維狀集合體。顏色暗紅至黑紅色。條痕為桔紅色或磚紅色。硬度4~5,比重4.01~4.1。

5.鈦鐵礦

鐵礦

鈦鐵礦FeTiO3,Fe36.8%,Ti36.6%,O31.6%。三方晶系。菱面體晶類。常呈不規則粒狀、鱗片狀或厚板狀。在950℃以上鈦鐵礦與赤鐵礦形成完全類質同象。當溫度降低時,即發生熔離,故鈦鐵礦中常含有細小鱗片狀赤鐵礦包體。鈦鐵礦顏色為鐵黑色或鋼灰色。條痕為鋼灰色或黑色。含赤鐵礦包體時呈褐色或帶褐的紅色條痕。金屬-半金屬光澤。不透明,無解理。硬度5~6.5,比重4~5。弱磁性。鈦鐵礦主要出現在超基性岩、基性岩、鹼性岩、酸性岩及變質岩中。我國攀枝花釩鈦磁鐵礦床中,鈦鐵礦呈粒狀或片狀分布于鈦磁鐵礦等礦物顆粒之間,或沿鈦磁鐵礦裂開面成定向片晶。

6.菱鐵礦

FeCO3,FeO62.01%,CO237.99%,常含Mg和Mn。三方晶系。常見菱面體,晶面常彎曲。其集合體成粗粒狀至細粒狀。亦有呈結核狀、葡萄狀、土狀者。黃色、淺褐黃色(風化後為深褐色),玻璃光澤。硬度3.5~4.5,比重3.96左右,因Mg和Mn的含量不同而有所變化。

(二)鐵的化學和物理性質

鐵礦

菱鐵礦鐵元素(Ferrum)的原子序數為26,符號為Fe。在元素周期表上,鐵是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它與鈷和鎳同屬四周期ⅧB族。

在自然界中,鐵元素有4種穩定同位素,其同位素豐度(%)如下(Hertz,1960):

54Fe—5.81,56Fe—91.64,57Fe—2.21,58Fe—0.34。

鐵的原子量平均為55.847(當12C=12.000時)。

鐵的原子半徑,取12配位數時,為1.26×10-10m。鐵的原子體積為7.1cm3/克原子,原子密度為7.86g/cm3。

鐵原子的電子結構是3d64s2。

鐵原子很容易失掉最外層的兩個s電子而呈正二價離子(Fe2+)。如果再失掉次外層的1個d電子,則呈正三價離子(Fe3+)。鐵元素的這種變價特征,導致鐵在不同氧化還原反應中顯示出不同的地球化學性質。

鐵原子失去第一個電子的電離勢(I1)為7.90eV,失去第二個電子的電離勢(I2)為16.18eV,失去第三個電子的電離勢(I3)為30.64eV。

鐵的離子半徑隨配位數和離子電荷而變化。據Ahrens(1952)資料,取6配位數時,Fe2+的離子半徑為0.074nm,Fe3+的離子半徑為0.064nm。鐵離子在含氧鹽和鹵化物等中構成離子化合物。

鐵常與硫和砷等構成共價化合物。鐵的共價半徑為1.17×10-10m。其鍵性強度可用鐵和硫、砷等的電負性差求得。鐵的電負性,Fe2+為1.8,Fe3+為1.9(波林,1964)。

凡是原子半徑與鐵相近的元素,當晶體結構相同時,易與鐵形成金屬互化物,如鐵和鉑族形成的金屬互化物粗鉑礦(Pt,Fe)。凡是離子半徑與鐵相近的元素,當化學結構式相同時,易與鐵發生類質同象替換,如矽酸鹽中的鐵橄欖石和鎂橄欖石類質同象系列;碳酸鹽中的菱鐵礦和菱錳礦類質同象系列;以及鎢酸鹽中的鎢鐵礦和鎢錳礦類質同象系列,等等。

離子電位(Φ)是一個重要的地球化學指標。Fe2+的離子電位為2.70,可在水溶液中呈自由離子(Fe2+)遷移。Fe3+的離子電位較高,為4.69,它易呈水解產物沉淀。因此,在還原條件下,有利于Fe2+呈自由離子遷移;在氧化條件下,則Fe2+易氧化為Fe3+而呈水解產物沉淀。與鐵共沉淀的元素(同價的或異價的)共生組合,可用離子電點陣圖來預測。

鐵及其化合物的密度、熔點和沸點,以及它們在水中的溶解度或溶度積,是決定鐵進行地球化學遷移的重要物理常數。

鐵化合物的溶度積(18℃時),Fe(OH)3為1.1×10-36,Fe(OH)2為1.04×10-14,FeS為3.7×10-19,等等。

鐵的熔化潛熱為269.55J/g,蒸發潛熱為6343J/g。

技術指標

​鐵礦石是指岩石(或礦物)中TFe含量達到最低工業品位要求者。

分類

按照礦物組分、結構、構造和採、選、冶及工藝流程等特點,可將鐵礦石分為自然類型和工業類型兩大類。

1.自然類型

1)根據含鐵礦物種類可分為:磁鐵礦石、赤鐵礦石、假象或半假象赤鐵礦石、釩鈦磁鐵礦石、褐鐵礦石、菱鐵礦石以及由其中兩種或兩種以上含鐵礦物組成的混合礦石。

2)按有害雜質(S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni、Sn、F、As)含量的高低,可分為高硫鐵礦石、低硫鐵礦石、高磷鐵礦石、低磷鐵礦石等。

3)按結構、構造可分為浸染狀礦石、網脈浸染狀礦石、條紋狀礦石、條帶狀礦石、致密塊狀礦石、角礫狀礦石,以及鮞狀、豆狀、腎狀、蜂窩狀、粉狀、土狀礦石等。

4)按脈石礦物可分為石英型、閃石型、輝石型、斜長石型、絹雲母綠泥石型、夕卡岩型、陽起石型、蛇紋石型、鐵白雲石型和碧玉型鐵礦石等。

2.工業類型

1)工業上能利用的鐵礦石,即表內鐵礦石,包括煉鋼用鐵礦石、煉鐵用鐵礦石、需選鐵礦石。

2)工業上暫不能利用的鐵礦石,即表外鐵礦石,礦石含鐵量介于最低工業品位與邊界品位之間。

鐵礦床類型

鐵礦

中國幅員遼闊,分布有從超基性—基性—中性—酸性—鹼性各時代的各類岩漿(噴發)岩;沉積了從太古宙到第四紀各個時代的地層,包括各種沉積岩系、火山沉積岩系、沉積變質岩系,為不同類型鐵礦的形成創造了條件。中國目前具有工業意義的鐵礦床,按其成因可分為沉積變質型、岩漿型、接觸交代-熱液型、火山岩型、沉積型和風化型等6種主要類型,其中以沉積變質型最重要。現介紹如下:(一)沉積變質型鐵礦床

這類鐵礦床又稱受變質沉積型鐵礦床,主要產于前寒武紀(太古宙、元古宙)古老的區域變質岩系中,是中國十分重要的鐵礦類型,其儲量佔全國總儲量的57.8%。並具有“大、貧、淺、易(選)”的特點,即礦床規模大,含鐵量低,礦體出露地表或淺部,易于選別。主要分布于吉林東南部、遼寧—本溪、冀東、北京密雲、晉北、內蒙古南部、豫中、魯中、皖西北、江西新餘、陝西漢中、湘中等地。根據礦床中的礦石類型和含礦變質岩系的岩石礦物組合以及其他地質特征,又分為下列兩大類。

1.受變質鐵矽質建造型鐵礦床

典型鐵礦床分布于遼寧鞍山—本溪一帶,因此,一般稱為“鞍山式”鐵礦。這類鐵礦是受不同程度區域變質作用並與火山-鐵矽質沉積建造有關的鐵礦床。大致與國外阿爾戈馬型鐵礦相當。主要形成于前寒武紀(多集中于2000~3000Ma)老變質岩區。

鐵礦床主要產于遼寧、河北、山東、河南、安徽等地太古宇鞍山群、遷西群、泰山群、登封群、霍丘群及其相當的變質岩系中的不同層位;山西、內蒙古古元古界五台群、呂梁群及其相當的變質岩地層中,變質作用大多數屬于綠片岩至角閃岩相,個別產于麻粒岩相中。湖南、江西等省產于板溪群或震旦系松山群。多數地區含鐵變質岩系受到不同程度的混合岩化、花崗岩化作用。

受變質鐵矽建造中鐵礦層是多層的,也有1~2層的,呈層狀、似層狀、透鏡狀產出。礦層厚度一般幾十至百米,最厚可達350m左右。延長較穩定,個別礦層長可達幾十公裏以上。礦床規模大多數為大型或特大型。礦石中鐵礦物與石英組成具有黑白相間的條帶狀、條紋狀構造,變質程度高時,向片麻狀過渡。礦石為磁鐵石英岩、赤鐵石英岩、綠泥磁鐵石英岩、角閃磁鐵石英岩。以貧礦為主,含鐵品位一般為25%~40%。在貧礦中也有含鐵品位達50%~60%不同規模不同成因的富鐵礦石。

2.受變質碳酸鹽建造型鐵礦床

典型礦床分布于吉林大傈子,因此,稱為“大傈子式”鐵礦。這種類型鐵礦是受到輕微區域變質作用的碳酸鹽型沉積鐵礦床。主要產于元古宇地層中。含礦岩系主要由碎屑-碳酸鹽岩組成,如砂岩、泥岩、灰岩等。

已知礦產地不多,主要產于吉林東南部古元古界遼河群千枚岩與碳酸鹽類岩層中;雲南易門、峨山鐵礦產于新元古界下部的昆陽群碳酸鹽類岩層中。礦體呈層狀、似層狀、扁豆狀、地瓜狀、不規則形態,礦體一般沿走向長100~300m,傾斜延深200~500m,傾斜長大于走向長,厚度變化大。礦石礦物有赤鐵礦、磁鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等。礦石以塊狀、條帶狀構造為主,鮞狀構造次之。礦石類型有赤鐵礦型、磁鐵礦型、菱鐵礦型、次生褐鐵礦型。磁鐵礦型、赤鐵礦型礦石圍岩多為千枚岩,而菱鐵礦型礦石圍岩多為大理岩。富鐵礦佔較大比例為特點,如雲南化念鐵礦,其儲量一半為含鹼性煉鐵用礦石。

(二)岩漿晚期鐵礦床

這是一類與基性、基性-超基性岩漿作用有關的礦床,以其鐵礦物中富含釩和鈦,通常稱為釩鈦磁鐵礦礦床,儲量佔11.6%。按照成礦方式可以分為兩類:

1.岩漿晚期分異型鐵礦床

由岩漿結晶晚期分異作用形成的富含鐵、釩、鈦等殘餘岩漿冷凝而成的礦床。中國首先發現于四川省攀枝花地區,故國內常稱之為“攀枝花式”鐵礦床。

礦床產于輝長岩-橄欖岩等基性-超基性岩體中。而岩體多分布于古陸隆起帶的邊緣,受深大斷裂的控製。含礦岩體延長可達數至數十公裏,寬一至數公裏。岩體分異良好,相帶明顯,韻律清楚。按岩石組合可以分為輝長岩型、輝長-蘇長岩型、輝長-橄長岩型、輝長-斜長岩型、輝長-輝岩-橄輝岩型和輝綠岩型等岩相組合類型。

鐵礦體多呈似層狀,分布于岩體的中部或下部韻律層底部的暗色相帶內,與岩體的韻律層呈平行的互層。礦床常由數至數十層平行的礦體組成,累計厚度由數十至兩三百米,延深可達千米以上。主要礦石礦物有粒狀鈦鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵晶石、鎂鋁尖晶石等,含少量磁黃鐵礦、黃鐵礦及鈷、鎳、銅的硫化物。礦石具隕鐵結構、鑲嵌結構。礦石呈致密塊狀、條帶狀和浸染狀構造,礦石含TFe20%~45%、TiO23%~16%、V2O50.15%~0.5%,Cr2O30.1%~0.38%,伴生微量的Cu、Co、Ni、Ga、Mn、P、Se、Te、Sc和Pt族元素,可綜合利用,這類礦床的規模多屬大型,是鐵、釩、鈦金屬的重要來源,在中國主要分布于四川省的攀(枝花)西(昌)地區。

2.岩漿晚期貫入型鐵礦床

為岩漿晚期分異的含鐵礦液沿岩體內斷裂或接觸帶貫入而成。中國首先發現于河北省大廟,故常稱之為“大廟式”鐵礦床。

鐵礦床產于斜長岩、輝長岩岩體中。基性岩體沿東西向斷裂帶呈帶狀分布。礦體是沿岩體裂隙或上述兩種岩漿岩接觸帶貫入而形成的。

礦體形態不規則,多呈扁豆狀或脈狀,成群出現,作雁行式排列。礦體與圍岩界線清楚,產狀陡立。從地表到深部,礦體常見分支復合現象,多為盲礦體。單個礦體長數至數百米,厚數至數十米,延深數十至數百米。主要礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、金紅石和黃鐵礦等。脈石礦物有斜長石、輝石、綠泥石、陽起石、纖閃石和磷灰石。礦石結構均勻,常見隕鐵結構。具浸染狀和塊狀構造。貧富礦石均有,含釩、鈦以及鎳、鈷、鉑等硫化物。

近礦圍岩常見纖閃石化、綠泥石化和黝簾石化等蝕變。有用礦物顆粒大,礦石易選。礦床規模一般為中—小型,主要分布于河北省承德地區大廟、黑山一帶。

(三)接觸交代-熱液型鐵礦床

接觸交代型礦床,常稱為夕卡岩型礦床。主要賦存于中酸性-中基性侵入岩類與碳酸鹽類岩石(含鈣鎂質岩石)的接觸帶或其附近。這類礦床一般都具有典型的夕卡岩礦物組合(鈣鋁-鈣鐵榴石系列、透輝石-鈣鐵輝石系列),而在成因和空間分布上,都與夕卡岩有一定的關系。

岩漿岩侵入體的形成時代,從加裏東期、海西期、印支期,到燕山期都有。在中國以燕山期最為重要。

碳酸鹽類岩石生成時代,從前震旦紀到侏羅紀都有,岩性也很不相同。就已知國內夕卡岩型鐵礦圍岩而言,包括灰岩、大理岩、白雲質灰岩、泥灰岩、各種不純質的灰岩、白雲岩;部分圍岩可為角岩、片岩、板岩、砂岩或凝灰岩等。從岩性的時代來看,元古宙(包括震旦紀)多為矽質灰岩;寒武紀—奧陶紀多為純質灰岩或含鎂質灰岩;石炭紀-二疊紀多為含泥質及有機質灰岩。中國北方最有利形成接觸交代型鐵礦的是寒武紀-奧陶紀灰岩,南方主要是三疊紀大冶灰岩和早二疊世棲霞灰岩。

接觸交代型鐵礦大部分形成于接觸帶,有的礦體可延伸到非夕卡岩的圍岩之中,礦體常成群出現,形態復雜,多呈透鏡狀、囊狀、不規則狀和脈狀等,礦石礦物成分較復雜。鐵礦石以塊狀構造為主,次為浸染狀、斑點狀、團塊狀和角礫狀構造。該類鐵礦常伴生有可綜合利用的銅、鈷、金、銀、鎢、鉛、鋅等;甚至構成鐵銅、鐵銅鉬、鐵硼、鐵錫、鐵金等共(伴)生礦床。礦床規模以中小型為主,也有大型。

這類鐵礦在中國分布十分廣泛,主要集中在河北省邯(鄲)—邢(台)地區、鄂東、晉南、豫西、魯中、蘇北、閩南、粵北以及川西南、滇西等地,是中國富鐵礦石的重要來源。

按岩漿岩和圍岩條件,在工業上常分為邯邢式、大冶式和黃崗式鐵礦。邯邢式鐵礦圍岩主要是中奧陶統馬家溝組灰岩,礦體常呈似層狀。大冶式鐵礦圍岩主要為三疊系大冶灰岩,礦體形態不規則。黃崗式鐵礦成礦岩體為花崗岩及白崗岩,圍岩為古生界碳酸鹽岩夾火山岩系。

熱液型鐵礦床明顯受構造控製,有的是斷裂控礦,有的是褶皺控礦,還有斷裂與褶皺復合控礦。熱液型鐵礦床與岩漿岩的關系常因地而異,多數礦體與岩體有一定距離。高溫熱液磁鐵礦、赤鐵礦礦床常與偏鹼性花崗岩、花崗閃長岩、閃長岩類有關,中低溫熱液赤鐵礦礦床常與較小的中酸性侵入體有關,兩者多保持一定的距離。中低溫熱液菱鐵礦礦床與侵入體無明顯關系。圍岩條件對熱液型鐵礦的控製作用不甚明顯。圍岩蝕變是熱液型鐵礦的顯著特征,高溫礦床常見透輝石化、透閃石化、黑雲母化、綠簾石化等;中低溫礦床多見綠泥石化、絹雲母化、矽化、碳酸鹽化等。

大多數熱液型鐵礦體較小,常成群出現。礦體呈脈狀、透鏡狀、扁豆狀,多見分支復合,膨脹收縮,尖滅再現現象。礦石組合簡單,礦石品位一般較高。礦床規模以中小型為主。分布于內蒙古、吉林、山東、湖北、廣東、貴州和雲南等省、自治區。但也有大型礦床,如山東淄河一帶,產于上寒武統—中奧陶統碳酸鹽類岩石中的文登鐵礦床,該礦床為淺成-低溫熱液充填交代礦床。礦床由22個礦體組成,呈似層狀和透鏡狀,重疊平行分布。主礦體長7000m,厚12~36m,延深100~470m。礦石礦物以褐鐵礦、菱鐵礦為主。礦石品位TFe平均41%(褐鐵礦)、30%(菱鐵礦),探明鐵礦石儲量1.16億t,其中煉鐵用礦石儲量5400萬t。

(四)與火山-侵入活動有關的鐵礦床

這類礦床是指與火山岩、次火山岩有成因聯系的鐵礦床。成礦作用與富鈉質的中性(偏基性或偏酸性)、基性火山岩侵入活動有關。以成礦地質背景為基礎,按火山噴發環境,可分為陸相火山-侵入型鐵礦床和海相火山-侵入型鐵礦床。

1.陸相火山-侵入型鐵礦床

在中國東部陸相安山質火山岩分布區,發育著一套與輝石閃長玢岩-次火山或火山侵入岩有空間、時間和成因聯系的鐵礦床。典型礦床產于寧(南京)蕪(湖)地區的中生代陸相火山岩斷陷盆地中,同偏鹼性玄武安山質火山侵入活動有密切的成因關系。國內有人稱之為“玢岩鐵礦”。它實際包括由岩漿晚期-高溫、中溫,直至中低溫一系列成因類型。按礦床在火山機構中的產出特點,大致可分為3類:①產于玢岩體內部、頂部及其周圍火山岩接觸帶中的鐵礦床,如“陶村式”、“凹山式”、“梅山式”等。②產于玢岩體與周圍接觸帶中的鐵礦床。如“姑山式”等。③產于火山碎屑岩中的火山沉積礦床,如“龍旗山式”等。其中以第①類礦床規模最大,礦石含鐵較高。

陸相火山-侵入型鐵礦床,礦體常呈似層狀、透鏡狀、囊狀、柱狀、脈狀等。礦體規模大小不一,大型礦體長可達千米以上,厚數十至二三百米,寬數十至近千米。礦石礦物以磁鐵礦為主,假象赤鐵礦、赤鐵礦次之,可見少量菱鐵礦。礦石構造有塊狀、浸染狀、角礫狀、斑雜狀、條紋條帶狀等。這類礦床的磁鐵礦以含Ti、V為特征。

2.海相火山-侵入型鐵礦床

多產于地槽褶皺帶海底火山噴發中心附近,鐵礦床的形成與火山作用有直接的關系。典型礦床以雲南大紅山鐵礦為代表。

鐵礦體賦存于由火山碎屑岩-碳酸鹽岩-熔岩(細碧岩和角斑岩)組成的一套含礦建造中。下部為石英砂岩、鈣質或硬砂質粉砂岩,夾泥灰岩、白雲質灰岩和粉砂岩薄層;富鈉質的淺色岩是主礦體的容礦岩層。上部為厚層大理岩。

礦體常呈層狀、似層狀、透鏡狀,少數呈脈狀或囊狀,常成群成帶出現。礦石構造主要有塊狀、浸染狀、角礫狀、條帶狀、杏仁狀和定向排列構造等。礦石礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦,次有假象赤鐵礦、菱鐵礦和硫化礦物。脈石礦物有石英、鈉長石、絹雲母、鐵綠泥石等。

(五)沉積型鐵礦床

它是出露地表的含鐵岩石、礦物或鐵礦體,在風化作用下,被破碎、分解,搬運到低窪盆地中,有的經過機械沉積,有的經過沉積分異作用(包括化學分異作用)沉積下來。鐵礦物或鐵質富集達到工業要求時,即形成沉積礦床。這種類型鐵礦床儲量佔全國儲量的8.7%。其礦床具有“廣、薄、難”的特點,即礦層分布面積廣,厚度薄,礦石多為赤鐵礦、菱鐵礦,含磷高,難選。根據鐵礦床形成的沉積環境,可分為海相和湖相兩類沉積礦床。

1.海相沉積型鐵礦床

該類鐵礦產于新元古代以後各個地質時期。

時代最老的是早震旦世沉積鐵礦床,以河北宣化龐家堡鐵礦為代表。礦體產于長城系串嶺溝組底部,礦體底板是細砂岩或砂質灰岩,頂板為黑色頁岩夾薄層砂岩。礦體一般有3~7層,與砂岩互層,構成厚10m的含礦帶。礦體頂板之上為大紅峪組灰岩和鈣質砂岩,底板之下為長城系石英砂岩夾層,常見波痕及交錯層。礦體呈層狀、扁豆狀或透鏡體狀。礦石主要由赤鐵礦組成,還有鏡鐵礦、石英、方解石和黃鐵礦、綠泥石、磷灰石等。礦石具有鮞狀、豆狀、腎狀構造。礦床規模一般為中、小型。主要分布于河北宣化、龍關一帶。俗稱“宣龍式”鐵礦。

分布最廣的是泥盆紀“寧鄉式”鐵礦,主要分布于湘贛邊界、鄂西、湘、川東、黔西、滇北、甘南、桂中等地。鐵礦產于中、上泥盆統砂頁岩中,礦體呈層狀,主要含礦層有1~4層,層間夾綠泥石頁岩或細砂岩。礦體厚0.5~2m,厚度比較穩定。礦體延長數百米至數千米,最長達十幾公裏。礦石由赤鐵礦、菱鐵礦、方解石、白雲石、綠泥石、膠磷礦、黃鐵礦、粘土礦物和石英等組成。具有鮞狀和粒狀結構,豆狀、塊狀、礫狀構造。礦床規模以中型為主。因首先發現于湖南省寧鄉縣,故稱之為“寧鄉式”鐵礦。

最新的是晚三疊世沉積鐵礦床。該類礦床主要分布于滇西、川西一帶,如滇西維西-德欽的楚格鐵礦、勐臘新山鐵礦和川西鹽源—木裏一帶的褐鐵礦、菱鐵礦礦點。

2.湖相沉積鐵礦床

礦床形成的時代以二疊紀、侏羅紀最為重要,主要分布于四川省。

鐵礦層往往與煤系地層有密切關系,產于煤系砂頁岩中,礦體呈透鏡狀和似層狀,沿走向變化大。長數十米至數百米,厚一般小于2m。礦石礦物為赤鐵礦、菱鐵礦,有時為褐鐵礦。礦石構造主要為鮞狀、塊狀。礦石含鐵量多在35%~40%之間。

具有代表性礦床是賦存早、中侏羅世自流井群底部的“綦江式”鐵礦。是湖相沉積赤鐵礦、菱鐵礦礦床,伴有磁鐵礦、鐵綠泥石等,礦床規模一般多為中、小型礦床,如綦江、白石潭鐵礦。

另外,還有在山西省壽陽一帶產于二疊紀頁岩中湖相沉積“壽陽式”鐵礦床和甘肅省六盤山以東的華亭一帶賦存于白堊紀粘土岩或砂頁岩中的湖相沉積“華亭式”鐵礦床及廣西右江流域賦存在第三紀漸新統煤系中的湖相沉積“右江式”鐵礦床。礦床規模均為小型。

(六)風化淋濾型鐵礦床

本類礦床包括原生鐵礦體、玄武岩和含鐵質岩石或硫化礦體,經風化淋濾、殘坡積堆積形成的鐵礦床。

礦床多產于鐵礦或硫化礦頂部及其附近的低凹處或山坡上。礦體形態多不規則。礦石礦物有褐鐵礦、假象赤鐵礦等。礦床規模以中、小型為主,但埋藏淺,礦石含鐵量較高,易于開採,是地方和民眾開採的主要對象。在中國兩廣、福建、貴州、江西等省區都有分布。

(七)其他重要鐵礦床

這類礦床主要包括內蒙古白雲鄂博和海南石碌鐵礦。這兩個鐵礦床均屬大型礦床,因對其礦床成因問題,尚有爭議。關于其礦床地質特征,請參閱下一節典型礦床實例。

資源狀況

截至1996年底,全國共查明鐵礦產地1834處。累計探明鐵礦石儲量(A+B+C+D級)504.78億t,按全國鐵礦石平均含鐵品位33%計算,鐵金屬量為166.58億t。扣除歷年開採與損失,尚保有鐵礦石儲量(A+B+C+D級)463.47億t,鐵金屬152.95億t,其中A+B+C級鐵礦石儲量222.09億t,鐵金屬為73.29億t,D級鐵礦石儲量241.38億t,鐵金屬為79.66億t。

根據80年代中期地質科研部門對我國鐵礦資源的預測,將全國大陸劃分為17個預測區,共有有望航磁異常區1084處,預測資源潛力606億t。其中11個預測區分布在東經105°線以東地區,有望航磁異常區754處,預測資源潛力為317億t,東部地區找礦程度較高,預測資源多以隱伏礦或盲礦體分布在已知礦帶的深部和周邊部。東經105°線以西地區,包括6個預測區,有望航磁異常330處,預測資源潛力為289億t,西部地區找礦和研究工作程度較低或很低,尚有發現新礦區的前景。

據美國地質調查所和礦業局1996年1月的統計,世界鐵礦石資源量超過8000億t,折合金屬量超過2300億t。1995年世界鐵礦石儲量1 500億t、儲量基礎2300億t,折合鐵金屬量分別為650億t、1000億t。若以我國A+B+C級儲量與世界各國儲量基礎比較,我國鐵金屬儲量73.29億t,應在俄羅斯澳大利亞加拿大巴西之後居世界第5位。

礦山開採

中國經過40多年的基本建設,已建成鐵礦山204座。其中:重點礦山44座,地方國營礦山160座,共形成鐵礦開採能力19719萬t。

鐵礦山的開拓方式有露天開採和地下開採(平峒、斜井、豎井)兩大類別。中國在1949~1957年期間,80%以上的礦山為地下開採,露天開採的不到20%。隨後,由于一批露天礦相繼建成投產,地下開採的比重急劇下降,到90年代初,露天開採的比重升到了80%,地下開採的比重則降到了20%。

(一)露天開採

1996年全國露天開採的鐵礦石原礦量為18538萬t,佔全國鐵礦石原礦產量的73.5%。重點露天礦山27座,共產鐵礦石原礦量9106萬t,佔重點礦山礦石產量10637萬t的85.6%。重點露天礦經濟技術指標:採出的礦石平均含鐵27.67%,回採率97.07%,貧化率4.39%,剝採比2.74t/t,下降速率7.50m/a。

露天礦穿孔、鏟裝、運輸等技術裝備不斷更新。目前,在全國重點礦山穿孔已形成牙輪鑽和潛孔鑽並用的結構,完全淘汰了沖擊鑽。1996年,牙輪鑽台年綜合效率為23787m,最高31611m(水廠鐵礦);潛孔鑽台年綜合效率14066m,最高25279m(蘭尖鐵礦)。鏟裝設備向著大型化、現代化方向發展。1996年,重點露天礦使用最多的是4~4.6m3電鏟,台年平均綜合效率133.3萬t,容量最大的16m3電鏟,台年平均效率347.5萬t,最高482.1萬t(齊大山鐵礦)。運輸方式主要為汽車和鐵路運輸,部分採用膠帶運輸。80年代以來,本溪鋼鐵公司和鞍山鋼鐵(集團)公司的一些礦山逐步用108~154t的電動輪汽車取代了其他汽車,實現了運輸汽車大型化、現代化。1996年,108t汽車的台年效率平均為35.9萬t;154t汽車為89.5萬t,最高123萬t(齊大山鐵礦);使用最多的42t汽車,台年效率平均為27.6萬t,最高44.3萬t(白雲鄂博鐵礦)。1965年以後,部分重點礦山採用了鐵路電機車運輸,1996年,重點露天開採礦山電機車的台年平均效率:80t電機車為79.18萬t、100t電機車為54.99萬t、150t電機車為88.26萬t。

露天開採的採礦工藝,長期採用全境推進,寬台階緩幫作業的採剝工藝,現在已開始轉向陡幫開採,橫向推進新工藝。80年代以來,許多大型露天礦由山坡露天轉入深凹開採,由于作業條件惡化和運輸出現問題,從而製約了生產能力的提高。1994年開始實施了“深凹露天礦開採綜合技術研究”的“八五”攻關項目,現已取得了初步成果。

在爆破器材和技術方面也有所發展,陸續採用了岩石炸葯、銨油炸葯、硝銨炸葯、乳化油炸葯等等,在生產中套用了大區多排孔微差爆破技術。

(二)地下開採

1996年全國地下開採鐵礦石原礦6690萬t,佔全國鐵礦石原礦產量的26.5%。其中重點地下礦山17座,共產礦石原礦1536萬t,佔重點礦山產量的14.4%。重點地下礦經濟技術指標:採出礦石平均品位為36.9%,回採率76.2%,貧化率19.8%,年下降速度6.98m。

目前,地下開採的採礦方法主要是無底柱採礦法,大約佔72%,其次是淺孔留礦法,佔9%,房柱式和壁式採礦法佔8%,空場法佔7%,有底柱分段崩落採礦法佔3%,充填法佔1%。地下開採的礦山巷道支護由50年代的木支護發展到了現在木支護、混凝土支護和噴錨支護三種支護方法並存的局面。鑿岩裝運也逐步向機械化方向發展,現在已普遍採用鑿岩台車鑿岩、裝運機鏟裝、電機車運輸。由于採礦方法、技術裝備、支護方法等方面的不斷改進,地下礦山的全員勞動生產率有了很大提高,新中國成立初期的1949年,全國重點地下礦山的全員勞動生產率隻有19.9t/(人·a),到1995年已達到561t/(人·a),提高了近30倍。

分布及成礦規律

不同的地質時期,在類似的地質條件下,可以形成同類型的鐵礦床;但在不同的地質時期和構造運動期,佔主導地位的鐵礦床類型則是不同的,顯示了鐵礦床形成與地殼演化密切有關的特點。由老到新,各地質時期的主要鐵礦床類型及其成礦規律如下:

(一)太古宙

鐵礦主要分布于華北地台北緣的吉林東南部、鞍山本溪、冀東—北京、內蒙古南部和地台南緣的許昌—霍丘、魯中地區。以受變質沉積型鐵矽質建造礦床為主,常稱“鞍山式”鐵礦。多為大型礦床,鐵礦床主要賦存于鞍山群、遷西群、密雲群、烏拉山群、泰山群、登封群、霍丘群等。其岩石變質程度多屬角閃岩相,部分屬麻粒岩相或綠片岩相,並受混合岩化。礦石以條紋狀、條帶狀、片麻狀構造為特征,被稱為條帶狀磁鐵石英岩型鐵礦。該時代儲量佔41.4%。

(二)古元古代

鐵礦主要分布于華北地台中部北東向五台燕遼地槽區。礦床仍以受變質沉積型鐵矽質建造為主,賦存于五台群、呂梁群變質岩中,礦石以條紋狀、條帶狀構造為主。在南方地區有伴隨海相火山岩、碳酸鹽岩的火山岩型礦床,以雲南大紅山鐵銅礦床為代表,礦體產于大紅山群鈉質凝灰岩、凝灰質白雲質大理岩中。

(三)新元古代(含震旦紀)

鐵礦床類型較多。在北方地區,有產于淺海-海濱相以泥砂質為主沉積型赤鐵礦床,分布于河北龍關—宣化一帶和產于斜長岩體中的承德大廟一帶的岩漿型釩鈦磁鐵礦床;在內蒙古地軸北緣有產于白雲鄂博群白雲岩中的白雲鄂博鐵、稀土、鈮綜合礦床;還有賦存細碎屑岩-泥灰岩-碳酸鹽建造中的酒泉鏡鐵山沉積變質型鐵礦(銅、重晶石)。在南方地區,除分布于湘、贛兩省的板溪群、松山群淺變質岩系中的沉積變質型鐵礦,還有產于新元古界瀾滄群中基性火山岩中的雲南惠民大型火山-沉積型鐵礦。

元古宙形成的鐵礦,儲量佔22.8%。

(四)古生代

志留紀鐵礦較少外,其他各時代都有鐵礦。以沉積型和岩漿型礦床為主,也有接觸交代-熱液型鐵礦。如沉積型鐵礦,分布于南方(湘、桂、贛、鄂、川)泥盆系中的海相沉積赤鐵礦床,常稱“寧鄉式”鐵礦;岩漿晚期型礦床以釩鈦磁鐵礦(攀枝花式)最為重要,含礦岩體分布于攀枝花—西昌一帶。該時代儲量佔22.4%。

(五)中生代

是陸相火山-侵入活動有關的鐵礦床和接觸交代-熱液型鐵礦形成的主要時代。陸相火山-侵入型,主要分布于寧(南京)—蕪(湖)地區。接觸交代-熱液型鐵礦床,分布于鄂東(大冶式)、邯邢、魯中、晉南、豫北和閩南等地區。這個時代形成的鐵礦,儲量佔12.4%。

(六)新生代

以風化淋濾及殘、坡積型為主,次為陸相沉積的菱鐵礦、沼鐵礦,還有海濱砂鐵礦。儲量佔1.0%。

中國地理分布

截至1996年底,全國查明鐵礦產地1834處,分布于全國29個省、市、自治區的660多個縣(旗),主要集中在遼寧(111.81億t)、四川(53.32億t)、河北(62.36億t)3省,總計保有鐵礦石儲量227.49億t,佔全國總保有鐵礦石儲量的49.08%;其次,儲量超過10億t的有北京、山西、內蒙古、山東、河南、湖北、雲南、安徽等8個省、市、自治區,儲量合計為160.88億t,佔全國總保有鐵礦石儲量的34.71%;再是儲量不足10億t的有吉林、黑龍江、上海、江蘇、浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西、海南、貴州、西藏、陝西、甘肅、青海、寧夏和新疆等18個省、市、自治區,儲量合計為75.10億t,佔全國總保有鐵礦石儲量的16.21%;上海、寧夏為最少,隻有幾百萬t(表3.2.6)。

保有鐵礦石儲量超過10億t的有:遼寧鞍山—本溪(106.5億t)、四川攀枝花—西昌(51.6億t)、冀東—北京(58.1億t)、山西五台—嵐縣(30.8億t)、寧(南京)蕪(湖)—廬(江)樅(陽)(21.4億t)、內蒙古包頭—白雲鄂博(16.3億t)、雲南惠民(11.2億t)、皖西霍丘(10.2億t)、魯中(10.1億t)等9個地區;儲量在5~10億t之間的有鄂東、鄂西、河北邯鄲、邢台、滇中、甘肅酒泉、河南舞陽—許昌、江西新餘—吉安、閩南等地區。上述17個地區經過40多年的開發建設,除惠民、鄂西、霍丘幾個區因礦床自身特點和外部條件的影響,目前尚未開發利用外,均已成為我國主要的鐵礦石原料供應基地。

現將國內5個主要鐵礦儲量集中分布地區,即鞍山—本溪、冀東—北京、攀枝花—西昌、五台—嵐縣、寧蕪—廬樅介紹如下:

(1)鞍山—本溪地區萬 鐵礦分布于遼寧鞍山、本溪和遼陽3市,東西長85km,南北寬60km,面積約5000km2(圖3.2.4)。鐵礦床幾乎全為“鞍山式”沉積變質型。有大、中、小型鐵礦床53處,其中大型19處。合計保有鐵礦石儲量(A+B+C+D級)106.5億t。已開採的大型鐵礦山有:鞍山齊大山、大孤山、東鞍山、眼前山和本溪南芬、歪頭山、北台以及遼陽弓長嶺鐵礦等,1996年末鐵礦開採能力3955萬t。另外,可供設計與規劃建設的大型鐵礦床有紅

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