凡是含有可经济利用的铁元素的矿石叫做铁矿石,铁的化学元素符号为Fe。铁矿石的种类很多,用于炼铁的主要有磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)和菱铁矿(FeCO3)等。铁矿石试样经盐酸溶解后,其中的铁转化为Fe3+。在强酸性条件下,Fe3+可通过SnCl2还原为Fe2+。Sn2+将Fe3+还原完毕后,甲基橙也可被Sn2+还原成氢化甲基橙而褪色,因而甲基橙可指示Fe3+还原终点。Sn2+还能继续使氢化甲基橙还原成N,N-二甲基对苯二胺和对氨基苯磺酸钠。铁矿石是国际大宗商品,战略物资,属于经济命脉一类的东西。
世界地区分布
世界铁矿资源集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦、印度、美国、加拿大、南非等国。中国作为世界上最大的铁矿石需求国,自身的铁矿石储量虽然不算少,但品位不幸比较低,从工业经济的角度来讲,倒不如从盛产富铁矿的澳大利亚、巴西等国进口。
可以直接投入炼钢炉炼钢的铁矿石旧称“平炉富矿”,可以直接用于炼铁的铁矿石旧称“高炉富矿”,都带个“富”字。这些富矿最好是磁铁矿和赤铁矿,它们的含铁量都在70%以上。贫矿,或者是有害杂质较多的铁矿,则需要先经过选矿,成本一下子就上去了。铁矿石的分类十分复杂,可以按主要成分、有害杂质、结构形态、脉石种类等许多角度来分,每种角度都能分出许多种,工业上选用哪一种,对应于什么样的工艺流程,有非常多的讲究,是一门很大的学问。北京科技大学、中南大学、东北大学、安徽工业大学都致力于钢铁领域的研究。
中国石源分布
中国铁矿资源有两个特点:一是贫矿多,贫矿资源储量占总量的80%;二是多元素共生的复合矿石较多。此外矿体复杂;有些贫铁矿床上部为赤铁矿,下部为磁铁矿。
东北地区
东北地区铁矿主要是鞍山矿区,它是目前中国储量开采量最大的矿区,大型矿体主要分布在辽宁省的鞍山(包括大弧山、樱桃园、东西鞍山等)、本溪(南芬、歪头山、通远堡等)、辽阳(弓长岭),部分矿床分布在吉林省通化附近。鞍山矿区是鞍钢、本钢的主要原料基地。鞍山矿区矿石的主要特点:除极少富矿外,约占储量的98%为贫矿,含铁量20-40%,平均30%左右。必须经过选矿处理,精选后含铁量可达60%以上。
华北地区
主要分布在河北省宣化、迁安和邯郸地区的武安、峰峰矿区。矿山村等的地区以及内蒙和山西各地。是首钢、包钢、太钢和邯郸、宣化及阳泉等钢铁厂的原料基地。迁滦矿区矿石为鞍山式贫磁铁矿,含酸性脉石,S、P杂质少,矿石的可选性好。邯邢矿区主要是赤铁矿和磁铁矿,矿石含铁量在40%-55%之间,脉石中含有一定的碱性氧化物,部分矿石S高。
中南地区
中南地区铁矿以湖北大冶铁矿为主,其他如湖南的湘潭,河南省的安阳、舞阳,江西和广东省的海南岛等地都有相当规模的储量,这些矿区分别成为武钢、湘钢及该地区各大中型高炉的原料供应基地。大冶矿区是中国开采最早的矿区之一,主要包括铁山、金山店、程潮、灵乡等矿山,储量比较丰富。矿石主要是铁铜共生矿,铁矿物主要为磁铁矿,其次是赤铁矿,其他还有黄铜矿和黄铁矿等。矿石含铁量40-50%,最高的达54-60%。脉石矿物有方解石、石英等,脉石中含SiO28%左右,有一定的溶剂性(CaO/SiO2为0.3左右),矿石含P低,(一般0.027%),含S高且波动很大(0.01-1.2%),并含有Cu(0.2-1.0%)和Co(0.013%-0.025%)等含有色金属。矿石的还原性较差,矿石经烧结、球团造块后入高炉冶炼。
华东地区
华东地区铁矿产区主要是自安徽省芜湖至江苏南京一带的凹山,南山、姑山、桃冲、梅山、凤凰山等矿山。此外还有山东的金岭镇等地也有相当丰富的铁矿资源储藏,是马鞍山钢铁公司及其他一些钢铁企业原料供应基地。芜宁矿区铁矿石主要是赤铁矿,其次是磁铁矿,也有部分硫化矿如黄铜矿和黄铁矿。铁矿石品位较高,一部分富矿(含Fe50%-60%)可直接入炉冶炼,一部分贫矿要经选矿精选、烧结造块后供高炉使用。矿石的还原性较好。脉石矿物为石英、方解石、磷灰石和金红石等,矿石中含S、P杂质较高(含P一般为0.5%,最高可达1.6%,梅山铁矿含S平均可达2%-3%),矿石有一定的溶剂性(如凹山及梅山的富矿中平均碱度可达0.7-0.9),部分矿石含V,Ti及Cu等有色金属。
其他地区
除上述各地区铁矿外,中国西南地区、西北地区各省,如四川、云南、贵州、甘肃、新疆等地都有丰富的不同类型的铁矿资源。
矿石分类
铁都是以化合物的状态存在于自然界中,尤其是以氧化铁的状态存在的量特别多。将几种比较重要的铁矿石提出来说明:
磁铁矿(MagnetITe)
磁铁矿是一种氧化铁的矿石,主要成份为Fe3O4,是Fe2O3和FeO的复合物,呈黑灰色,比重大约5.15左右,含Fe72.4%,O 27.6%,具有磁性。在选矿(Beneficiation)时可利用磁选法,处理非常方便;但是由于其结构细密,故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。
赤铁矿(Hematite)
赤铁矿也是一种氧化铁的矿石,主要成份为Fe2O3,呈暗红色,比重大约为5.26,含Fe70%,O 30%,是最主要的铁矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多类别,如赤色赤铁矿(Red hematite)、镜铁矿(SPEcularhematite)、云母铁矿(Micaceous hematite)、粘土质赤铁(Red Ocher)等。
褐铁矿(Limonite)
褐铁矿这是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿(Goethite)HFeO2和鳞铁矿(LepidoCRocite)FeO(OH)两种不同结构矿石的统称,也有人把它主要成份的化学式写成mFe2O3.nH2O,呈现土黄或棕色,含有Fe约62%,O 27%,H2O 11%,比重约为3.6~4.0,多半是附存在其它铁矿石之中。
菱铁矿(Siderite)
菱铁矿是含有碳酸亚铁的矿石,主要成份为FeCO3,呈现青灰色,比重在3.8左右。这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸根在高温约800~900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳,所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。
品位要求
铁矿石的品位指的是铁矿石中铁元素的质量分数,通俗来说就是含铁量。比如说,铁矿石的品位为62,指的是其中铁元素的质量分数为62%。对于赤铁矿(主要成分为Fe2O3),理论最高品位为70%;对于磁铁矿(主要成分为Fe3O4),理论最高品位为72.4%;对于菱铁矿(主要成分为FeCO3),理论最高品位为48.3%;对于褐铁矿(主要成分为Fe2O3.H2O),理论最高品位为62.9%。
有害杂质(元素)
指影响选冶的杂质。常见和最主要的有害杂质有:硫、磷、砷、钾、钠、氟等。
1、磷在矿石中一般以磷灰石(3CaO?P2O5)状态存在,也有以蓝铁矿(3FeO?As3O5)状态存在。磷在高炉中全部被还原并大部分进入生铁。含磷多的钢铁在低温加工时易破裂,即所谓“冷脆”。
2、硫在矿石中主要以黄铁矿(FeS2)存在,也有以黄铜矿(FeS?、CuS)或硫酸盐(CaSO4.2H2OBaSO4)状态存在。冶炼时硫部分被还原进入生铁,钢铁中含硫在其热加工时易产生“热脆”。高炉冶炼时虽然可以脱硫,但却要多消耗焦碳(提高炉温)和石灰石(提高炉渣碱度),以至提高生产成本,因此入炉铁矿石要求含硫应< 0.15%。
3、钾、钠常存在于霓石、钠闪石、云石之中。它们的最大危害性是降低铁矿石的软化点,常常因此造成高炉结瘤。含钾、钠高的矿石往往容易影响高炉冶炼的顺行。
4、砷砷在一般铁矿石中很少,但在褐铁矿中比较常见,它以毒砂(FeAs2S)或其它氧化物(As2O3、As3O5)的形态存在,砷在冶炼时大部分进入生铁,当钢中砷含量超过0.1%时会使钢冷脆冷脆,并影响钢的焊接性能。
有益元素(杂质)
铁矿石中有些元素对冶炼过程不一定带来好处,但是它们却往往能改善产品的某些性能,象这些元素我们称它为有益元素。这类元素常见的有:锰、镍、铬、钒、钛等。