铁矿石基础知识

铁矿石基础知识铁是世界上发现最早，利用最广，用量也是最多的一种金属，其消耗量约占金属总消耗量的95%左右。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。铁矿石分类：1.磁铁矿FeO31.03%，Fe2O368.97%或含Fe72.2%，O27.6%，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。2.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：Fe69.94%，O30.06%，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。3.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Fe62.9%。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Fe62.9%。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4.01～4.14.菱铁矿FeCO3，FeO62.01%，CO237.99%，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。什么是铁矿石品位？矿石品位指单位体积或单位重量矿石中有用组分或有用矿物的含量。一般以重量百分比表示（如铁、铜、铅、锌等矿），有的用克／吨表示（如金、银等矿），有的用克／立方米表示（如砂金矿等），有的用克／升表示（如碘、溴等化工原料矿产）。矿产品位是衡量矿床经济价值的主要指标。判定铁矿石品位的因素铁矿石的品位完全是由它所具有的利用价值来评定的。在工业上和商业上评定铁矿石价值的因素有好几项，分别说明如下：（1）铁含量（ironcontent）：矿石中铁的含量当然是愈高愈好。含铁量愈高，含有杂质的脉石（Gangue）含量就少；于是，在运输的过程中浪费在无用杂质的费用就可以降低，在冶炼的过程中浪费在熔融脉石的燃料费用就可以减少。所以，铁矿石中铁的含量对它的价值影响很大。一般说来，平均含铁量在50％以上的矿石都可以称为富矿（Richore），已经可以有不必经过处理就直接运输的价值。若低于此数值则必须在矿场附近加以富集处理（Concentration），再运输至钢厂当原料。（2）化学成份（Chemicalcomposition）：矿石中脉石的化学成份，对于它的价值亦有很大的影响，因为鼓风炉中分离杂质和铁液的原理是：把矿石熔融之后利用熔铁液和杂质熔液比重不同形成上下两个液相（Liquidphase）而加以分离。所以凡是在熔融状态下，都不希望脉石中含有可溶解在铁熔液中的有害物质，例如硫（Sulpnur）、磷（Phosphorus）及钴（Cobalt）、钒（Vanadium）及铬（Chronium）的化合物。除了以上所说的之外，其它的，如水份的含量高及碳酸盐的含量高都会造成燃料的增加；又如，杂质氧化物多，则还原剂的耗用量增加。这些都是在选择矿石时必须要考虑的。（3）物理性质（Physicalproperties）：在鼓风炉中用来还原氧化铁的主要还原剂是气态的一氧化碳（CO），而矿石则是固体的状态，因此，这个还原反应是发生在气相（gasphase）和固相（Solidphase）之间；于是乎，两相之间接触面的大小和接触时间的长短都会影响这个还原反应的速度。原则上希望相的接触面要大，两相间接触的时间要久。为了合于这两个要求，对铁矿石就必须考虑下面三个因素：第一，铁矿石的气孔性（porosity）要高；因为气孔性高则表面积大而且表面吸附力大，对于还原性一氧化碳气体的亲和力大，而且接触机遇多，有利于还原反应。图二是一个气孔率和还原反应所需时间的关系图、可以看出气孔率高则还原所需时间短。第二，希望铁矿石的粒度（Grainsize）要适中；本来粒度愈小则表面积愈大，应该有利于还原反应，但于由于粒度太小之后，会影响鼓风炉中的通气性，而且也容易被热风（Hotblast）带出，增加炉顶气体（Topgas）中的尘埃量。所以，我们对粒度的要求有一个范围，即颗粒之直径在10～30毫米之间。第三，希望软化点（Soften－point）要高；因为，假如软化点低则在尚未达到还原反应温度时表面就软化而呈半熔融状态，破坏了气孔性使得还原困难。世界铁矿石储量世界铁矿资源丰富，据美国地质调查局报告，截止2004年底，世界铁矿石储量为1600亿t，储量基础为3700亿t，铁金属储量为800亿t，储量基础为1800亿t。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。世界铁矿石产量2004年世界铁矿石总产量为14．3亿t，较2003年增长15％。从分布看，亚洲4．35亿t，南美3．15亿t，大洋洲2．32亿t，欧洲2．46亿t，北美0．98亿t，非洲0．56亿t。铁矿石产量最大的四个国家依次为中国3．1亿t，巴西2．8亿t，澳大利亚2．3亿t，印度1．2亿t，其总和占世界铁矿石总产量的67％。2008年全球铁矿石产量将增加8.7%，至17.9亿吨，去年产量增加约8.2%，至16.5亿吨。2007年巴西是全球最大的铁矿石生产国，产量为3.43亿吨，之后是澳大利亚及中国，产量分别为2.991亿吨及3.298亿吨。这三个国家加之前苏联铁矿石总产量占全球产量的70%。日本新日铁、三井、住友控制罗布河公司43%的股份；三井财团在澳大利亚、巴西、印度及加拿大等国拥有铁矿石资源4087万吨/年；JFE与必和必拓的铁矿合资公司西澳皮尔巴拉地区扬迪矿开发W-4矿床，按其协议，每年将向JFE发运矿石1600万吨，期限长达11年。铁矿石贸易状况铁矿石进口近3年来，随着中国粗钢产量的快速增长，世界铁矿石贸易量也出现明显增加。2004年世界铁矿石进口总量为6．53亿t，其中进口最多的地区集中在亚洲和欧盟15国。亚洲进口铁矿石总量为4．11亿t，占世界铁矿石贸易量的63％。欧盟15国进口铁矿石为1．30亿t，占世界铁矿石贸易量的20％。近几年中国进口铁矿石的量急剧增长，我国自1981年起首度自国外进口铁矿石，如今已成为全球最大的铁矿石进口国。1995年进口铁矿石4115万t，2000年进口铁矿石6997万t，2004年达N2．08亿t，2008年我国进口铁矿石4.4366亿吨，占全球海运铁矿石的比重约52%，并且60%以上的进口量来自全球三大铁矿石供应商。日本进口铁矿石1．35亿t。中国和日本两国进口铁矿石总量为3．43亿t，占世界铁矿石贸易量52．5％。世界铁矿石的进口主要来源于各大钢铁企业，以下是世界十大钢铁企业和中国十大钢铁企业：世界主要铁矿石出口商澳大利亚一是BHP铁矿有限公司，即必和必拓公司。BHP公司的矿山位于澳大利亚西部皮尔巴拉地区，分别是纽曼、扬迪和戈德沃斯。这三个矿区的总探明储量约为29亿吨，铁矿年产量总和超过7000万吨。在亚里南部，还有未开发的C采区，保有储量45亿吨。所有矿山生产的铁矿石都通过长426公里的铁路线运输到黑德兰和芬尼康岛的港口混匀，再装船外运到国际铁矿石市场销售。二是哈默斯利铁矿有限公司（由力拓公司控股）。哈默斯利铁矿有限公司是澳大利亚第二大铁矿石生产公司，在西澳皮尔巴拉地区有五座生产矿山（即汤姆普赖斯铁矿、帕拉布杜铁矿、恰那铁矿、马兰杜铁矿、布诺克曼第二矿区），探明储量约为21亿吨，公司铁矿年生产能力为5500万吨。预计在建扬迪采矿工程完工后，该公司铁矿年生产能力将达到6500万吨以上。该公司所有生产矿山生产的铁矿石都通过铁路线运输到丹皮尔港口混匀，装船外运国际铁矿石市场销售。三是罗布河铁矿联合公司。罗布河铁矿联合公司是澳大利亚第三大铁矿石生产公司。该公司的铁矿资源集中在潘那瓦尼加附近的罗布河谷，矿脉延续近100公里，估计褐铁矿储量30亿～40亿吨。现生产矿山位于罗布河谷的MesaJ矿区，目前公司铁矿年生产能力为3000万吨。其建在MesaJ矿区的洗选试验厂完成了为生产低AI0203的球团料的试验。其在西安格拉斯矿床有含铁大于60％的铁矿储量7亿吨，可作为球团矿的原料，设计的铁矿年生产能力为800万～1000万吨，正在完成可行性研究，有望近期开发建设。巴西一是淡水河谷公司（CVRD）。该公司是世界第一大铁矿石生产和出口公司。其铁矿资源集中在“铁四角”地区和巴西北部的巴拉州，拥有挺博佩贝铁矿、卡潘尼马铁矿、卡拉加斯铁矿等，保有铁矿储量约40亿吨，年生产能力在1．2亿吨，球团矿生产能力在2000万吨左右。二是巴西联合矿物公司（MBR）。MBR是巴西第二大铁矿生产出口公司。该矿山位于南部的“铁四角”地区，保有铁矿储量约10亿吨，公司铁矿年生产能力2300万吨。三是弗尔特科矿业公司。其生产矿山在“铁四角”地区，保有铁矿储量3亿吨以上，铁矿年生产能力2000万吨。四是萨马尔库矿业公司。其生产矿山在铁四角地