凡是含有可經(jīng)濟利用的鐵元素的礦石叫做鐵礦石,鐵的化學元素符號為Fe。鐵礦石的種類很多,用于煉鐵的主要有磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦(Fe2O3)和菱鐵礦(FeCO3)等。鐵礦石試樣經(jīng)鹽酸溶解后,其中的鐵轉(zhuǎn)化為Fe3+。在強酸性條件下,F(xiàn)e3+可通過SnCl2還原為Fe2+。Sn2+將Fe3+還原完畢后,甲基橙也可被Sn2+還原成氫化甲基橙而褪色,因而甲基橙可指示Fe3+還原終點。Sn2+還能繼續(xù)使氫化甲基橙還原成N,N-二甲基對苯二胺和對氨基苯磺酸鈉。鐵礦石是國際大宗商品,戰(zhàn)略物資,屬于經(jīng)濟命脈一類的東西。
世界地區(qū)分布
世界鐵礦資源集中在澳大利亞、巴西、俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦、印度、美國、加拿大、南非等國。中國作為世界上最大的鐵礦石需求國,自身的鐵礦石儲量雖然不算少,但品位不幸比較低,從工業(yè)經(jīng)濟的角度來講,倒不如從盛產(chǎn)富鐵礦的澳大利亞、巴西等國進口。
可以直接投入煉鋼爐煉鋼的鐵礦石舊稱“平爐富礦”,可以直接用于煉鐵的鐵礦石舊稱“高爐富礦”,都帶個“富”字。這些富礦最好是磁鐵礦和赤鐵礦,它們的含鐵量都在70%以上。貧礦,或者是有害雜質(zhì)較多的鐵礦,則需要先經(jīng)過選礦,成本一下子就上去了。鐵礦石的分類十分復(fù)雜,可以按主要成分、有害雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)形態(tài)、脈石種類等許多角度來分,每種角度都能分出許多種,工業(yè)上選用哪一種,對應(yīng)于什么樣的工藝流程,有非常多的講究,是一門很大的學問。北京科技大學、中南大學、東北大學、安徽工業(yè)大學都致力于鋼鐵領(lǐng)域的研究。
中國石源分布
中國鐵礦資源有兩個特點:一是貧礦多,貧礦資源儲量占總量的80%;二是多元素共生的復(fù)合礦石較多。此外礦體復(fù)雜;有些貧鐵礦床上部為赤鐵礦,下部為磁鐵礦。
東北地區(qū)
東北地區(qū)鐵礦主要是鞍山礦區(qū),它是目前中國儲量開采量最大的礦區(qū),大型礦體主要分布在遼寧省的鞍山(包括大弧山、櫻桃園、東西鞍山等)、本溪(南芬、歪頭山、通遠堡等)、遼陽(弓長嶺),部分礦床分布在吉林省通化附近。鞍山礦區(qū)是鞍鋼、本鋼的主要原料基地。鞍山礦區(qū)礦石的主要特點:除極少富礦外,約占儲量的98%為貧礦,含鐵量20-40%,平均30%左右。必須經(jīng)過選礦處理,精選后含鐵量可達60%以上。
華北地區(qū)
主要分布在河北省宣化、遷安和邯鄲地區(qū)的武安、峰峰礦區(qū)。礦山村等的地區(qū)以及內(nèi)蒙和山西各地。是首鋼、包鋼、太鋼和邯鄲、宣化及陽泉等鋼鐵廠的原料基地。遷灤礦區(qū)礦石為鞍山式貧磁鐵礦,含酸性脈石,S、P雜質(zhì)少,礦石的可選性好。邯邢礦區(qū)主要是赤鐵礦和磁鐵礦,礦石含鐵量在40%-55%之間,脈石中含有一定的堿性氧化物,部分礦石S高。
中南地區(qū)
中南地區(qū)鐵礦以湖北大冶鐵礦為主,其他如湖南的湘潭,河南省的安陽、舞陽,江西和廣東省的海南島等地都有相當規(guī)模的儲量,這些礦區(qū)分別成為武鋼、湘鋼及該地區(qū)各大中型高爐的原料供應(yīng)基地。大冶礦區(qū)是中國開采最早的礦區(qū)之一,主要包括鐵山、金山店、程潮、靈鄉(xiāng)等礦山,儲量比較豐富。礦石主要是鐵銅共生礦,鐵礦物主要為磁鐵礦,其次是赤鐵礦,其他還有黃銅礦和黃鐵礦等。礦石含鐵量40-50%,最高的達54-60%。脈石礦物有方解石、石英等,脈石中含SiO28%左右,有一定的溶劑性(CaO/SiO2為0.3左右),礦石含P低,(一般0.027%),含S高且波動很大(0.01-1.2%),并含有Cu(0.2-1.0%)和Co(0.013%-0.025%)等含有色金屬。礦石的還原性較差,礦石經(jīng)燒結(jié)、球團造塊后入高爐冶煉。
華東地區(qū)
華東地區(qū)鐵礦產(chǎn)區(qū)主要是自安徽省蕪湖至江蘇南京一帶的凹山,南山、姑山、桃沖、梅山、鳳凰山等礦山。此外還有山東的金嶺鎮(zhèn)等地也有相當豐富的鐵礦資源儲藏,是馬鞍山鋼鐵公司及其他一些鋼鐵企業(yè)原料供應(yīng)基地。蕪寧礦區(qū)鐵礦石主要是赤鐵礦,其次是磁鐵礦,也有部分硫化礦如黃銅礦和黃鐵礦。鐵礦石品位較高,一部分富礦(含F(xiàn)e50%-60%)可直接入爐冶煉,一部分貧礦要經(jīng)選礦精選、燒結(jié)造塊后供高爐使用。礦石的還原性較好。脈石礦物為石英、方解石、磷灰石和金紅石等,礦石中含S、P雜質(zhì)較高(含P一般為0.5%,最高可達1.6%,梅山鐵礦含S平均可達2%-3%),礦石有一定的溶劑性(如凹山及梅山的富礦中平均堿度可達0.7-0.9),部分礦石含V,Ti及Cu等有色金屬。
其他地區(qū)
除上述各地區(qū)鐵礦外,中國西南地區(qū)、西北地區(qū)各省,如四川、云南、貴州、甘肅、新疆等地都有豐富的不同類型的鐵礦資源。
礦石分類
鐵都是以化合物的狀態(tài)存在于自然界中,尤其是以氧化鐵的狀態(tài)存在的量特別多。將幾種比較重要的鐵礦石提出來說明:
磁鐵礦(MagnetITe)
磁鐵礦是一種氧化鐵的礦石,主要成份為Fe3O4,是Fe2O3和FeO的復(fù)合物,呈黑灰色,比重大約5.15左右,含F(xiàn)e72.4%,O 27.6%,具有磁性。在選礦(Beneficiation)時可利用磁選法,處理非常方便;但是由于其結(jié)構(gòu)細密,故被還原性較差。經(jīng)過長期風化作用后即變成赤鐵礦。
赤鐵礦(Hematite)
赤鐵礦也是一種氧化鐵的礦石,主要成份為Fe2O3,呈暗紅色,比重大約為5.26,含F(xiàn)e70%,O 30%,是最主要的鐵礦石。由其本身結(jié)構(gòu)狀況的不同又可分成很多類別,如赤色赤鐵礦(Red hematite)、鏡鐵礦(SPEcularhematite)、云母鐵礦(Micaceous hematite)、粘土質(zhì)赤鐵(Red Ocher)等。
褐鐵礦(Limonite)
褐鐵礦這是含有氫氧化鐵的礦石。它是針鐵礦(Goethite)HFeO2和鱗鐵礦(LepidoCRocite)FeO(OH)兩種不同結(jié)構(gòu)礦石的統(tǒng)稱,也有人把它主要成份的化學式寫成mFe2O3.nH2O,呈現(xiàn)土黃或棕色,含有Fe約62%,O 27%,H2O 11%,比重約為3.6~4.0,多半是附存在其它鐵礦石之中。
菱鐵礦(Siderite)
菱鐵礦是含有碳酸亞鐵的礦石,主要成份為FeCO3,呈現(xiàn)青灰色,比重在3.8左右。這種礦石多半含有相當多數(shù)量的鈣鹽和鎂鹽。由于碳酸根在高溫約800~900℃時會吸收大量的熱而放出二氧化碳,所以我們多半先把這一類礦石加以焙燒之后再加入鼓風爐。
品位要求
鐵礦石的品位指的是鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分數(shù),通俗來說就是含鐵量。比如說,鐵礦石的品位為62,指的是其中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為62%。對于赤鐵礦(主要成分為Fe2O3),理論最高品位為70%;對于磁鐵礦(主要成分為Fe3O4),理論最高品位為72.4%;對于菱鐵礦(主要成分為FeCO3),理論最高品位為48.3%;對于褐鐵礦(主要成分為Fe2O3.H2O),理論最高品位為62.9%。
有害雜質(zhì)(元素)
指影響選冶的雜質(zhì)。常見和最主要的有害雜質(zhì)有:硫、磷、砷、鉀、鈉、氟等。
1、磷在礦石中一般以磷灰石(3CaO?P2O5)狀態(tài)存在,也有以藍鐵礦(3FeO?As3O5)狀態(tài)存在。磷在高爐中全部被還原并大部分進入生鐵。含磷多的鋼鐵在低溫加工時易破裂,即所謂“冷脆”。
2、硫在礦石中主要以黃鐵礦(FeS2)存在,也有以黃銅礦(FeS?、CuS)或硫酸鹽(CaSO4.2H2OBaSO4)狀態(tài)存在。冶煉時硫部分被還原進入生鐵,鋼鐵中含硫在其熱加工時易產(chǎn)生“熱脆”。高爐冶煉時雖然可以脫硫,但卻要多消耗焦碳(提高爐溫)和石灰石(提高爐渣堿度),以至提高生產(chǎn)成本,因此入爐鐵礦石要求含硫應(yīng)< 0.15%。
3、鉀、鈉常存在于霓石、鈉閃石、云石之中。它們的最大危害性是降低鐵礦石的軟化點,常常因此造成高爐結(jié)瘤。含鉀、鈉高的礦石往往容易影響高爐冶煉的順行。
4、砷砷在一般鐵礦石中很少,但在褐鐵礦中比較常見,它以毒砂(FeAs2S)或其它氧化物(As2O3、As3O5)的形態(tài)存在,砷在冶煉時大部分進入生鐵,當鋼中砷含量超過0.1%時會使鋼冷脆冷脆,并影響鋼的焊接性能。
有益元素(雜質(zhì))
鐵礦石中有些元素對冶煉過程不一定帶來好處,但是它們卻往往能改善產(chǎn)品的某些性能,象這些元素我們稱它為有益元素。這類元素常見的有:錳、鎳、鉻、釩、鈦等。