磁鐵礦一問

磁鐵礦的化學成分為Fe3O4 ， 晶體屬等軸晶系的氧化物礦物，晶體常呈八面體和菱形十二面體、集合體呈粒狀或塊狀。完好單晶形呈八面體或菱形十二面體，呈菱形十二面體時，菱形面上常有平行該晶面長對角線方向的條紋。集合體為緻密塊狀或粒狀。顏色為鐵黑色，條痕呈黑色，金屬光澤或半金屬光澤，不透明，無解理 ，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3。因為它具有強磁性 ， 中國古代又稱為慈石 、 磁石 、 玄石 。是礦物中磁性最強的，能被永久磁鐵吸引，中國古代的指南針 " 司南 "就是利用這一特性製成的。氧化後變為赤鐵礦或褐鐵礦 。
磁鐵礦分佈廣，有多種成因。生於變質礦床和內生礦床中， 岩漿成因礦床以瑞典基魯納為典型； 火山作用有關的礦漿直接形成的以智利拉克鐵礦為典型；接觸變質形成的鐵礦以中國大冶鐵礦為典型；含鐵沉積岩層經區域變質作用形成的鐵礦， 品位低規模大， 俄羅斯 、 北美 、 巴西 、 澳大利亞和中國遼寧鞍山等地都有大量產出。磁鐵礦是煉鐵的主要礦物原料，也是傳統的中藥材 。
[晶體化學]理論組成(wB%)：FeO 31.03，Fe2O3 68.96。其中Fe3的類質同像代替有Al3 、Ti4 、Cr3 、V3等；替代Fe2的有Mg2 、Mn2 、Zn2 、Ni2 、Co2 、Cu2 、Ge2等。
當Ti4代替Fe3時，伴隨有Fe2 —Fe3 、Mg2 —Fe2和V3 —Fe3 ；Ti亦可以鈦鐵礦或鈦鐵晶石的細小包裹體呈定向連生形式存在，係由固溶體出溶而成。在>600℃時，形成磁鐵礦FeFe2O4—Fe2TiO4完全固溶體，礦物結構式：Fe3 [Fe2 1-xFe3 1-2xTi4 x]O4(0≤x≤0.2)；Fe3 1.2-xFe2 x-0.2[Fe2 1.2Fe3 0.8 -xTi4 x]O4(0.2≤x≤0.8)；Fe3 2-2xFe2 2x-1[Fe2 2-xTi4 x]O4(0.8≤x≤1)；其中方括號中的陽離子為八面體配位。在>500℃時則形成FeFe2O4—FeTiO3完全固溶體；隨溫度的下降，固溶體發生出溶。
當Ti4代替Fe3 25%者稱鈦磁鐵礦。25%時稱含鈦磁鐵礦，TiO2，其中TiO2含釩鈦較多時，則稱釩鈦磁鐵礦。含鉻者稱鉻磁鐵礦。鈦磁鐵礦與釩鈦磁鐵礦在高溫時形成固溶體，溫度下降時發生出溶，在光片中可看到鈦鐵礦在磁鐵礦晶粒中生成的顯微定向連生常沿磁鐵礦的八面體裂開分佈，叫鈦鐵磁鐵礦。磁鐵礦中的Fe2可被Mg2代替，構成磁鐵礦－鎂鐵礦完全類質同像系列。
[結構與形態]等軸晶系，a0=0.8396nm；Z=8。 反尖晶石型結構。即1/2的Fe3和全部的Fe2佔據八面體位置，另1/2的Fe3佔據四面體位置。晶格常數a0隨Al3 、Cr3 、Mg2替代量的增大而減小；隨Ti4 、Mn2的替代量增高而增大。六八面體晶類，Oh-m3m(3L44L36L29PC)晶體常呈八面體和菱形十二面體。在菱形十二面體的菱形晶面上常有平行於該面長對角線方向的條紋，為和的聚形紋。依尖晶石律成雙晶。 集合體通常成緻密粒狀塊體。
[物理性質]黑色條痕黑色半金屬至金屬光澤。不透明。無解理，有時可見∥的裂開，往往為含鈦磁鐵礦中呈顯微狀的鈦鐵晶石、鈦磁鐵礦的包裹體在｛111｝方向定向排列所致。性脆。硬度5.5~6。相對密度4.9~5.2。具強磁性，居里點（Tc）578℃。居里點是磁性礦物的一種熱磁效應，為磁性或反磁性物質加熱轉變為順磁性物質的臨界溫度值。 [產狀與組合]產於相對較還原的環境。主要成因類型有： 岩漿型;接觸交代型;高溫熱液型;區域變質型。 [鑑定特徵]八面體晶形，黑色，條痕黑色，無解理，強磁性。以此可與相似礦物鉻鐵礦、黑鎢礦、黑錳礦等區別。 [工業應用]為最重要和最常見的鐵礦石礦物。鈦磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦同時亦為鈦、釩的重要礦石礦物。富含Ti、V、Ni、Co等元素時可綜合利用。 藥用磁鐵礦名磁石，別名玄石、慈石、靈磁石、吸鐵石、吸針石。功效：潛陽安神；聰耳明目；納氣平喘。

鐵礦山的開拓方式有露天開采和地下開採(平峒,斜井,豎井)兩大類別.我國在1949～1957年期間,80%以上的礦山為地下開採,露天開采的不到20%.隨後,由於一批露天礦相繼建成投產,地下開采的比重急劇下降,到90年代初,露天開采的比重升到了80%,地下開采的比重則降到了20%.

(一)露天開採

1996年全國露天開采的鐵礦石原礦量為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:采出的礦石平均含鐵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,完全淘汰了衝擊鑽.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. 露天開采的採礦工藝,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,由於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,陸續採用了岩石炸藥,銨油炸藥,硝銨炸藥,乳化油炸藥等等,在生產中應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:采出礦石平均品位為36.9%,回採率76.2%,貧化率19.8%,年下降速度6.98m. 目前,地下開采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%.地下開采的礦山巷道支護由50年代的木支護髮展到了現在木支護,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.由於採礦方法,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只有19.9t/(人•a),到1995年已達到561t/(人•a),提高了近30倍.