铁矿石的主要工业用途和工业指标

铁矿开采相关基础常识

一：有磁性的矿物

根据矿物的比磁化系数的不同，磁性矿物分成强磁性和弱磁性矿物。强磁性矿物包括：磁铁矿、钛磁铁矿、锌铁尖晶石、磁黄铁矿等。弱磁性矿物包括：赤铁矿、假象赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿，钛铁矿、水锰矿、硬锰矿、黑云母、辉石等

二：铁矿基础知识

1、铁矿概述

（1）性质：铁为银灰色的金属。常见铁的化合物主要为正二价、正三价，个别为正六价，其中以正三价的化合物最稳定。铁的熔点为1535℃，沸点3000℃，单质铁是具有光泽的白色金属，有铁磁性是最重要的基本结构材料，其化学性质为中等活泼的金属，在高温下易和氧、硫、氯等非金属发生强烈反应，易溶于稀的无机酸溶液和浓盐酸溶液中，金属铁能被浓碱溶液侵蚀。

（2）用途：铁矿石主要用于钢铁工业，冶炼含碳量不同的生铁（含碳量一般在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。合金钢是在碳素钢的基础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。此外，铁矿石还用于作合成氨的催化剂（纯磁铁矿），天然矿物颜料（赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿)、饲料添加剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用量很少。钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面，是社会生产和公众生活所必需的基本材料。自从19世纪中期发明转炉炼钢法逐步形成钢铁工业大生产以来，钢铁一直是最重要的结构材料，在国民经济中占有极重要的地位，是社会发展的重要支柱产业，是现代化工业最重要和应用最多的金属材料。所以，人们常把钢、钢材的产量、品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。

铁是钢铁工业的基本原料，广泛应用于国民经济的各个部门和人民日常生活的各个方面。铁矿石可冶炼成生铁、熟铁、铁合金、炭素钢、合金钢、特种钢等。纯磁铁矿还可作合成氮的催化剂。

2、铁矿石的分类

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。

3：铁矿石的主要品种

（1）主要矿物含铁量主要矿物：铁在自然界中，大多呈铁的氧化物、硫化物和含铁碳酸盐及含铁硅酸盐等矿物，但在当前的技术经济条件下具有工业利用价值的矿物主要有以下几种：

磁铁矿Fe3O4 含Fe 72.4%

赤铁矿Fe2O3 含Fe 70.0%

镜铁矿Fe2O3 含Fe 70.0%

菱铁矿FeCO3 含Fe 48.2%

褐铁矿Fe2O3.nH2O 含Fe 48-62.9%（难选）

针铁矿Fe2O3.H2O 含Fe 62.9%

（2）物铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。

（3）.磁铁矿

FeO 31.03%，Fe2O3 68.97%或含Fe 72.2%，O 27.6%，等轴晶系。单晶体常呈八面体，较少呈菱形十二面体。在菱形十二面体面上，长对角线方向常现条纹。集合体多呈致密块状和粒状。颜色为铁黑色、条痕为黑色，半金属光泽，不透明。硬度5.5～6.5。比重4.9～5.2。具强磁性。

磁铁矿中常有相当数量的Ti4+以类质同象代替Fe3+，还伴随有Mg2+和

V3+等相应地代替Fe2+和Fe3+，因而形成一些矿物亚种，即：

1)钛磁铁矿Fe2+(2+x)Fe3+(2-2x)TixO4(0＜x＜1)，含TiO212%～16%。常温下，钛从其中分离成板状和柱状的钛铁矿及布纹状的钛铁晶石。

2)钒磁铁矿FeV2O4或Fe2+(Fe3+V)O4，含V2O5有时高达68.41%～72.04%。

3)钒钛磁铁矿为成分更为复杂的上述两种矿物的固溶体产物。

4)铬磁铁矿含Cr2O3可达百分之几。

5)镁磁铁矿含MgO可达6.01%。

磁铁矿是岩浆成因铁矿床、接触交代-热液铁矿床、沉积变质铁矿床，以及一系列与火山作用有关的铁矿床中铁矿石的主要矿物。此外，也常见于砂矿床中。

磁铁矿氧化后可变成赤铁矿(假象赤铁矿及褐铁矿)，但仍能保持其原来的晶形。

（4）.赤铁矿

自然界中Fe2O3的同质多象变种已知有两种，即α-Fe2O3和γ-Fe2O3。前者在自然条件下稳定，称为赤铁矿；后者在自然条件下不如α-Fe2O3稳定，处于亚稳定状态，称之为磁赤铁矿。

赤铁矿：Fe 69.94%，O 30.06%，常含类质同象混入物Ti、Al、Mn、Fe2+、Ca、Mg及少量Ga和Co。三方晶系，完好晶体少见。结晶赤铁矿为钢灰色，

隐晶质；土状赤铁矿呈红色。条痕为樱桃红色或鲜猪肝色。金属至半金属光泽。有时光泽暗淡。硬度5～6。比重5～5.3。

赤铁矿的集合体有各种形态，形成一些矿物亚种，即：

(1)镜铁矿为具金属光泽的玫瑰花状或片状赤铁矿的集合体。

(2)云母赤铁矿具金属光泽的晶质细鳞状赤铁矿。

(3)鲕状或肾状赤铁矿形态呈鲕状或肾状的赤铁矿。

赤铁矿是自然界中分布很广的铁矿物之一，可形成于各种地质作用，但以热液作用、沉积作用和区域变质作用为主。在氧化带里，赤铁矿可由褐铁矿或纤铁矿、针铁矿经脱水作用形成。但也可以变成针铁矿和水赤铁矿等。在还原条件下，赤铁矿可转变为磁铁矿，称假象磁铁矿。

（5）.磁赤铁矿

γ-Fe2O3，其化学组成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等轴晶系，五角三四面体晶类，多呈粒状集合体，致密块状，常具磁铁矿假象。颜色及条痕均为褐色，硬度5，比重4.88，强磁性。

磁赤铁矿主要是磁铁矿在氧化条件下经次生变化作用形成。磁铁矿中的Fe2+完全为Fe3+所代替(3Fe2+→2Fe3+)，所以有1/3Fe2+所占据的八面体位置产生了空位。另外，磁赤铁矿可由纤铁矿失水而形成，亦有由铁的氧化物经有机作用而形成的。

（6）.褐铁矿

实际上并不是一个矿物种，而是针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿以及含水氧化硅、泥质等的混合物。化学成分变化大，含水量变化也大。

(1)针铁矿α-FeO(OH)，含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者，称水针铁矿HFeO2·NH2O。斜方晶系，形态有针状、柱状、薄板状或鳞片状。通常呈豆状、肾状或钟乳状。切面具平行或放射纤维状构造。有时成致密块状、土状，也有呈鲕状。颜色红褐、暗褐至黑褐。经风化而成的粉末状、赭石状褐铁矿则呈黄褐色。针铁矿条痕为红褐色，硬度5～5.5，比重4～4.3。而褐铁矿条痕则一般为淡褐或黄褐色，硬度1～4，比重3.3～4。

(2)纤铁矿γ-FeO(OH)，含Fe 62.9%。含不定量的吸附水者，称水纤铁矿FeO(OH)·NH2O。斜方晶系。常见鳞片状或纤维状集合体。颜色暗红至黑红色。条痕为桔红色或砖红色。硬度4～5，比重4.01～4.1。

（7）.钛铁矿

FeTiO3，Fe 36.8%，Ti 36.6%，O 31.6%。三方晶系。菱面体晶类。常呈不规则粒状、鳞片状或厚板状。在950℃以上钛铁矿与赤铁矿形成完全类质同象。当温度降低时，即发生熔离，故钛铁矿中常含有细小鳞片状赤铁矿包体。钛铁矿颜色为铁黑色或钢灰色。条痕为钢灰色或黑色。含赤铁矿包体时呈褐色或带褐的红色条痕。金属-半金属光泽。不透明，无解理。硬度5～6.5，比重4～5。弱磁性。钛铁矿主要出现在超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩及变质岩中。我国攀枝花钒钛磁铁矿床中，钛铁矿呈粒状或片状分布于钛磁铁矿等矿物颗粒之间，或沿钛磁铁矿裂开面成定向片晶。

（8）.菱铁矿

FeCO3，FeO 62.01%，CO2 37.99%，常含Mg和Mn。三方晶系。常见菱面体，晶面常弯曲。其集合体成粗粒状至细粒状。亦有呈结核状、葡萄状、土状者。黄色、浅褐黄色(风化后为深褐色)，玻璃光泽。硬度3.5～4.5，比重3.96左右，因Mg和Mn的含量不同而有所变化。

三：一般工业指标

（一）：工业铁矿质量要求

1.炼钢用铁矿石(原称平炉富矿)

矿石入炉块度要求：

平炉用铁矿石50～250 mm；

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要求见表3.2.2(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；

自熔性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=0.8～1.2；

半自熔性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=0.5～0.8；

酸性矿石(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)＜0.5。

直接用于高炉炼铁用铁矿石质量要求见表3.2.3(适用于各种铁矿石类型块矿)。

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规定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，其一般标准是：

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：

mFe/TFe≥85磁铁矿石

mFe/TFe85～15混合矿石

mFe/TFe≤15赤铁矿石

（二）矿床工业指标

1、需选矿石矿石工业类型TFe（%）

边界品位工业品位

磁铁矿石20 25

赤铁矿石25 28—30

菱铁矿石20 25

褐铁矿石25 30

2、按开采技术条件可将矿体划分为：

极薄矿体：厚度＜0.8米；薄矿体：厚度0.8～2米；

中厚矿体：厚度2～5米；厚矿体：厚度5～20米；

极厚矿体：厚度＞20米；水平矿体：倾角5°；

缓倾斜矿体：倾角45°～90°；倾斜矿体：倾角30°～45°；急倾斜矿体：倾角45°～90°。

3、按选、冶要求划分下列类型

①根据铁矿石成分及性质分为磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿及混合矿。

②根据铁矿石含铁及杂质含量划分为平炉富矿、高炉富矿、一般富矿及贫矿。

③根据铁矿石氧化程度划分为原生矿石、氧化矿石及混合矿石。一般情况下，铁矿石中金属矿物是磁铁矿及赤铁矿，脉石矿物是石英及不含铁的硅酸盐矿物或碳酸盐矿物时，可采用：

TFe/FeO＜2.7为原生矿（磁铁矿，易选）；

TFe/FeO＞3.5为氧化矿（赤铁矿，难选）；

TFe/FeO=2.7～3.5为混合矿。

④根据铁矿石造渣成分含量可划分为酸性矿石、自熔性矿石、半自熔性矿石和碱性矿石。、

CaO+MgO/SiO2+Al2O3=0.8～1.2为自溶性矿石

四、矿床实例

上述一般工业指标是近几年根据矿山、冶炼方面的实际资料总结出来的，已用于新近勘探的一些铁矿区。而现在生产的老矿山仍沿用原指标，现选择一些分列如下

（1）河北中关、西郝庄、崔石门接触交代型磁铁矿床

矿石类型TFe≥ （%）有害杂质允许含量≤（%）块度（毫米）

边界品位工业品位S P SiO2

平炉富矿55 58 0.15 0.15 12 ≥20

高炉低硫富矿40 45 0.3 0.2

高炉高硫富矿40 45 ＞0.3 0.2

低硫自熔矿石30 35 0.3 0.2

高硫自熔矿石30 35 ＞0.3 0.2

贫矿15 20 ————

可采厚度：富矿、贫矿均≥0.5米

夹石剔除厚度：0.5米（有的区段为1米）

依据（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）的比值确定矿石类型，当比值大于1.2为

碱性矿石；比值为0.8—1.2的为自熔性矿石；比值为0.5—0.8的为半自熔性矿石。硅酸铁大于2—3%时，要相应提高全铁要求。

（2）辽宁弓长岭受变质沉积铁矿床

矿石类型TFe≥（%）有害杂质允许含量≤（%）备注边界品位块段平均品位S P SiO2

平炉富矿52 58 0.05 0.15 12 炼钢用铁矿石

高炉富矿①40 45 0.3 0.2

磁铁贫矿20 28—30

赤铁贫矿25 29—32

①现称炼铁用矿石，表中所列TFe品位要求是未扣除烧损的。

可采厚度：富矿1米，贫矿2米

夹石剔除厚度：富矿1米，贫矿2米

（3）河北水厂受变质沉积铁矿床

矿石品级边界品位（SFe%）块段品位（SFe%）

原生矿（磁铁矿）20 25

氧化矿（赤铁矿）20 28

原生矿与氧化矿的划分标准暂采用磁性率3。5，待取得选矿试验结果后，再最后确定。

由于矿石S、P普遍很低，且需经选矿方能利用，所以指标中对S、P、SiO2均未提限量要求。

最小可采厚度：2米，夹石剔除厚度：1米

（4）四川攀枝花钒钛磁铁矿床

高品位：TFe≥45%

中品位：TFe≥30%

低品位：TFe≥20%

表外矿石：TFe≥15—20%

矿石可采厚度：≥2米

夹石剔除厚度：≥2米

五、综合评价

铁矿床中常伴生有钒、钛、钴、铜、镍、铅、锌、锡、铬、钼、硫、磷、镓、锗、硼、铂族元素、稀有、稀土元素及铀等。不同的矿床伴生有不同的组分，一些组分当其超过一定限量时，成为有害组分，但若这些有害组分通过选、冶途径可以分离出来综合回收时，它又变成了有用组分。因此，在铁矿勘探过程中需要查明伴生组分的含量，赋存状态分布规律，综合利用途径、回收的难易程度等，以便作出确切的评价。

（1）如果矿石易采、易选，经济效果好，或含有可以综合回收的伴生组分时，则全铁（TFe）品位要求可以低些，如果矿石中硅酸铁、硫化铁、铁白云石含量较高时，其全铁（TFe）品位要求则应适当提高；

（2）矿石工业类型均以铁矿石中含水量铁量占全铁（TFe）85%以上的某种含铁矿物来命名；

（3）磁铁矿石、赤铁矿石采用磁性铁（MFe）对全铁（TFe）占有率进行划分，其标准为：

MFe/Tfe ≥85% 磁铁矿石

MFe/Tfe ≥85—15% 混合矿石

MFe/Tfe ≤15% 赤铁矿石

（4）如矿床中矿石物质成分比较简单，铁矿石中硅酸铁、硫化铁及铁白云石等含铁量＜3%，主要铁矿物为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿，也可以采用传统的磁性率法，即用TFe/FeO比值来划分矿石工业类型。TFe/FeO≤2.7为磁铁矿石。

由于某些矿石中的半假象赤铁矿在弱磁选时也可被选出，其TFe/FeO比值虽＞2.7，磁选效果仍较好，故亦可将其划归属磁铁矿石类型之中。因此，要求在采用TFe/FeO比值划分矿石类型时，还要用磁性铁占有率方法进行检验。

（5）铁矿床中的伴生元素达到下表的含量要求时，即应注意综合评价。

当某些矿床中的伴生组分，其含量虽低于下表的要求，但在选矿后的尾矿中能高度富集时，也应进行评价。

元素或组分 Co Cu Ni Pb Zn Mo S V2O5 P2O5 U Sn TiO2

含量（%） 0.02 0.1-0.2 0.1-0.2 0.2 0.5 0.02 2-4 0.15-0.20 1-2 0.005

0.1 5

CaO+MgO/SiO2+Al2O3=0.5～0.8为半自溶性矿石

CaO+MgO/SiO2+Al2O3＜0.5为酸性矿石

CaO+MgO/SiO2+Al2O3＞1.2为碱性矿石

属于造渣组份的还有：K2O、Na2O、TiO2、BaO，由于其含量一般很低，因而计算比例时没有加入。在地质勘探时，对提供直接入炉使用的矿石，都要查明造渣组分含量。当矿石中的MgO、Al2O3都很低时，可采用CaO /SiO2来确定酸碱度。

（6）有害杂质

有害杂质会影响生铁和钢的质量或妨碍生产效率。因此，对直接入炉冶炼的铁矿，还需限制其有害杂质含量。当有害杂质超过要求时，需要选矿后使用或做配矿生产之用。有害杂质如下：

二氧化硅（SiO2）：属有害杂质，含量高时增加渣量和粘度。SiO2每增高1%，焦比将增加1～1.2%，产量降低1.2～1.5%。

硫（S）：是钢中最有害的元素，使钢产生“热脆性”，减少钢的韧性和塑性。

磷（P）：能使钢的强度和硬度增加，在冷加工中易断裂，称“冷脆性”。

砷（As）：能使钢产生“热脆”和“冷脆”，给轧钢生产带来困难。高炉逸出的砷蒸气污染环境。

锡（Sn）：高炉条件下易被还原。熔于钢中后，因锡熔点低，热轧时，钢材表面易产生裂纹。

铅锌（Pb、Zn）：铅的渗透能力强，对炉底有破坏作用，铅蒸气遇冷于炉衬结瘤，不但影响高炉冶炼的顺行，而且还污染环境；锌在低于400℃时冷凝堆积而成氧化锌炉瘤，还能使炉衬产生裂纹，缩短炉体寿命。

铜（Cu）：铜的有害作用是在加热中产生“热脆性”。当铁矿石中含铜大于0.2%时需选矿处理，综合回收。