[科普中国]-磁铁矿

矿石简介

矿物名。磁铁矿的主要成分为Fe3O4，晶体属等轴晶系的氧化物矿物，晶体常呈八面体和菱形十二面体、集合体呈粒状或块状。完好单晶形呈八面体或菱形十二面体，呈菱形十二面体时，菱形面上常有平行该晶面长对角线方向的条纹。集合体为致密块状或粒状。

颜色为铁黑色，条痕呈黑色，金属光泽或半金属光泽，不透明，无解理，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3。因为它具有强磁性，中国古代中国古籍中称为磁石，表征它具有磁性；此外尚有偩铁石、磁石、玄石等名称。含铁量为72.4%，是最重要的铁矿石。如矿石中含有害元素很少，可直接用于平炉炼钢。不少磁铁矿中还伴有钛、钒、铬等元素，冶炼过程中可以综合利用。磁铁矿还是传统的中药材之一，中医认为有镇静安神的功效。磁铁矿晶体具反尖晶石型结构(见尖晶石)。单晶体常呈八面体也呈菱形十二面体,双晶常见集合体呈块状或粒状。铁黑色，半金属光泽,有时具八面体裂理。摩斯硬度5.5～6.5，比重5.2,具亚铁磁性,是矿物中磁性最强的能被永久磁铁所吸引。其中具有极磁性、能吸引铁针等物的称为极磁铁矿。又称为慈石、磁石、玄石。是矿物中磁性最强的，能被永久磁铁吸引，中国古代的指南针"司南"就是利用这一特性制成的。氧化后变为赤铁矿或褐铁矿。 磁铁矿晶体常呈八面体和菱形十二面体、集合体呈粒状或块状。是矿物中磁性最强的，能被永久磁铁吸引，氧化后变为赤铁矿或褐铁矿。

磁铁矿分布广，有多种成因。生于变质矿床和内生矿床中，岩浆成因矿床以瑞典基鲁纳为典型；火山作用有关的矿浆直接形成的以智利拉克铁矿为典型；接触变质形成的铁矿以中国大冶铁矿为典型；含铁沉积岩层经区域变质作用形成的铁矿，品位低规模大，俄罗斯、北美、巴西、澳大利亚和中国辽宁鞍山等地都有大量产出。磁铁矿是炼铁的主要矿物原料，也是传统的中药材。

化学组成化学成分：FeO31.03%，Fe2O368.96%。其中Fe的类质同像代替有Al、Ti、Cr、V等；替代Fe的有Mg、Mn、Zn、Ni、Co、Cu、Ge等。当Ti代替Fe时，伴随有Mg—Fe和V—Fe；Ti亦可以钛铁矿或钛铁晶石的细小包裹体呈定向连生形式存在，系由固溶体出溶而成。在>600℃时，形成磁铁矿FeFe2O4—Fe2TiO4完全固溶体，

矿物结构式：Fe3[Fe21-xFe31-2xTi4x]O4(0≤x≤0.2)；Fe31.2-xFe2x-0.2[Fe21.2Fe30.8-xTi4x]O4(0.2≤x≤0.8)；Fe32-2xFe22x-1[Fe22-xTi4x]O4(0.8≤x≤1)；其中方括号中的阳离子为八面体配位。在>500℃时则形成FeFe2O4—FeTiO3完全固溶体；随温度的下降，固溶体发生出溶。 当Ti代替Fe，其中TiO2在25%时称含钛磁铁矿。含钒钛较多时，则称钒钛磁铁矿。含铬者称铬磁铁矿。钛磁铁矿与钒钛磁铁矿在高温时形成固溶体，温度下降时发生出溶，在光片中可看到钛铁矿在磁铁矿晶粒中生成的显微定向连生常沿磁铁矿的八面体裂开分布，叫钛铁磁铁矿。磁铁矿中的Fe2可被Mg2代替，构成磁铁矿－镁铁矿完全类质同像系列。1

主要分类各种含铁矿物按其矿物组成，主要可分为4大类：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿。由于它们的化学成分、结晶构造以及生成的地质条件不同，因此各种铁矿石具有不同的外部形态和物理特性。

（1）磁铁矿主要含铁矿物为磁铁矿，其化学式为Fe3O4，其中FeO=31%，Fe2O3=69%，理论含铁量为72.4%。这种矿石有时含有TiO2及V2O5组合复合矿石，分别称为钛磁铁矿或矾钛磁铁矿。在自然纯磁铁矿矿石很少遇到，常常由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化转变为半假象赤铁矿和假象赤铁矿。所谓假象赤铁矿就是磁铁矿（Fe3O4）氧化成赤铁矿（Fe2O3），但它仍保留原来磁铁矿的外形，所以叫做假象赤铁矿。磁铁矿具有强磁性，晶体常成八面体，少数为菱形十二面体。集合体常成致密的块状，颜色条痕为铁黑色，半金属光泽，相对密度4.9～5.2，硬度5.5～6，无解理，脉石主要是石英及硅酸盐。还原性差，一般含有害杂质硫和磷较高。

（2）赤铁矿赤铁矿为无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%。这种矿石在自然界中经常形成巨大的矿床，从埋藏和开采量来说，它都是工业生产的主要矿石。

赤铁矿含铁量一般为50%～60%，含有害杂质硫和磷比较少，还原较磁铁矿好，因此，赤铁矿是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿有原生的，也有野生的，再生的赤铁矿的磁铁矿经过氧化以后失去磁性，但仍保存着磁铁矿的结晶形状的假象赤铁矿，在假象赤铁矿中经常含有一些残余的磁铁矿。有时赤铁矿中也含有一些赤铁矿的风化产物，如褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）。赤铁矿具有半金属光泽，结晶者硬度为5.5～6，土状赤铁矿硬度很低，无解理，相对密度4.9～5.3，仅有弱磁性，脉石为硅酸盐。

（3）褐铁矿是含水氧化铁矿石，是由其他矿石风化后生成的，在自然界中分布得最广泛，但矿床埋藏量大的并不多见。其化学式为nFe2O3·mH2O(n=1～3、m=1～4)。褐铁矿实际上是由针铁矿（Fe2O3·H2O）、水针铁矿（2Fe2O3·H2O）和含不同结晶水的氧化铁以及泥质物质的混合物所组成的。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3·H2O形式存在的。一般褐铁矿石含铁量为37%～55%，有时含磷较高。褐铁矿的吸水性很强，一般都吸附着大量的水分，在焙烧或入高炉受热后去掉游离水和结晶水，矿石气孔率因而增加，大大改善了矿石的还原性。所以褐铁矿比赤铁矿和磁铁矿的还原性都要好。同时，由于去掉了水分相应地提高了矿石的含铁量。

（4）菱铁矿菱铁矿为碳酸盐铁矿石，化学式为FeCO3，理论含铁量48.2%。在自然界中，有工业开采价值的菱铁矿比其他三种矿石都少。菱铁矿很容易被分解氧化成褐铁矿。一般含铁量不高，但受热分解出CO2以后，不仅含铁量显著提高而且也变得多孔，还原性很好。2

药用价值为最重要和最常见的铁矿石矿物。钛磁铁矿、钒钛磁铁矿同时亦为钛、钒的重要矿石矿物。富含Ti、V、Ni、Co等元素时可综合利用。药用磁铁矿名磁石，别名玄石、慈石、灵磁石、吸铁石、吸针石。功效：潜阳安神；聪耳明目；纳气平喘。 磁不但在现代医学上有着重要的应用，如核磁共振成像技术，常称磁共振CT(计算机化层析术)，以及心磁图和脑磁图的应用，而且还有着悠久的历史。在西汉的《史记》(约公元前90年)书中的“仓公传”便讲到齐王侍医利用5种矿物药(称为五石)治病。这5种矿物药是指磁石(Fe3O4)、丹砂(HgS)、雄黄(As2O3)、矾石(硫酸钾铝)和曾青(2CuCo3)。随后历代都有应用磁石治病的记载。例如，在东汉的《神农本草》(约公元2世纪)药书中便讲到利用味道辛寒的慈(磁)石治疗风湿、肢节痛、除热和耳聋等疾病，南北朝陶弘景著的《名医别录》(公元510年)医药书中讲到磁石可以养肾脏，强骨气，通关节，消痛肿等。唐代著名医药学家孙思邈著的《千金方》(公元652年)药书中还讲到用磁石等制成的蜜丸，如经常服用可以对眼力有益。北宋何希影著的《圣惠方》(公元1046年)医药书中又讲到磁石可以医治儿童误吞针的伤害，这就是把枣核大的磁石，磨光钻孔穿上丝线后投入喉内，便可以把误吞的针吸出来。

南宋严用和著的《济生方》(公元1253年)医药书中又讲到利用磁石医治听力不好的耳病，这是将一块豆大的磁石用新绵塞入耳内，再在口中含一块生铁，便可改善病耳的听力。总的说来，在各个朝代的医药书中常有用磁石治疗多种疾病的记载。明代著名药学家李时珍著的《本草纲目》关于医药用磁石的记述内容丰富并具总结性，对磁石形状、主治病名、药剂制法和多种应用的描述都很详细，例如磁石治疗的疾病就有耳卒聋闭、肾虚耳聋、老人耳聋、老人虚损、眼昏内障、小儿惊痫、子宫不收、大肠脱肛、金疮肠出、金疮血出、误吞针铁、丁肿热毒、诸般肿毒等10多种疾病，利用磁石制成的药剂有磁朱丸、紫雪散和耳聋左慈丸等。3

分布范围磁铁矿分布广，有多种成因。瑞典基鲁纳是典型的岩浆矿床。智利的拉科铁矿是由与火山作用有关的矿浆直接形成的。接触变质形成的铁矿可以中国大冶铁矿为例。由沉积的含铁岩层经区域变质作用形成的铁矿（如中国鞍山一带的铁矿），以磁铁矿和赤铁矿为主，规模很大，但品位较低，是世界上最重要的铁矿来源。前苏联、北美、巴西、澳大利亚都有特大型的此种铁矿。磁铁矿因比重大，并有抵抗风化的能力，所以在河床或滨海砂中也能富集。遭受氧化后能转变为赤铁矿；若保留原有的外形,即称为假象赤铁矿。2

矿产资源南极地区的矿产资源极为丰富。据已查明的资源分布来看，煤、铁和石油的储量为世界第一，其它的矿产资源还正在勘测过程中。在南极地区，可望发现更多更丰富的矿产资源，为人类利用这些资源提出科学依据。南极大陆二叠纪煤层主要分布于南极洲的冰盖下面，储量约为5000亿吨。 铁矿是南极最富有的矿产资源之一。在南极大陆，主要分布在东南极洲。据科学家们勘测，在查尔斯王子山脉南部的地层内，在晚太古至元古代，有一条厚度达400米，长120公里～180公里，宽5公里～10公里的条带状富磁铁矿岩层，矿石平均品位达32%～58%，是具有工业开采价值的富铁矿床，初步估算其蕴藏量可供全世界开发利用200年，是当今世界最大的富铁矿藏。有趣的是，如果沿着南极洲查尔斯王子山脉所在的经度范围（北纬60度至北纬70度）一直往北走，几乎在相同经度差不多对称的北极地区，又是一片世界级大铁矿地区。

人们对南极及其陆架区矿产资源了解得并不多，原因很简单，面积巨大，厚达几千米的冰盖和恶劣的自然环境限制了科学家的调查，但是通过几十年不间断的工作，已经在南极发现矿床、矿点百余处。美国地质调查所把南极大陆划分出三个主要的成矿区：安第斯多金属成矿区，主要为铜、铂、金、银、铬、镍、钻等矿产；横贯南极山脉多金属成矿区，有铜、铅、锌、金、银、锡等矿产；东南极铁矿成矿区，除大量铁矿外，尚有铜、铂等有色金属，并发现金伯利岩。一般认为查尔斯王子山铁矿和横贯南极山脉区的煤矿规模最大；罗斯海、威德尔海、阿蒙森海、别林斯高晋海等海盆油气远景最大。

磁铁矿

尽管南极大陆及其陆架的地质调查和矿产资源开发难度颇大，但随着其他大洲可供开发的矿产资源的日益减少和枯竭，将迫使人类向海洋、南极洲或其他地方寻找出路。至于人们担心矿产资源开发可能造成的环境、生态的破坏和污染，人类也会从科学技术进步中找到妥善的解决办法。但在目前，南极禁止一切矿产资源的开发和利用。

全世界已查明的铁的蕴藏量是相当可观的，但具有工业开采价值的富铁矿床就不是那么乐观了，所以近几十年来，地质学家们又逐步把寻找铁矿远景资源的目光投向南极洲。 铁矿是南极大陆所发现的储量最大的矿产，主要位于东南极。

1966年，苏联地质学家在查尔斯王子山脉南部的鲁克尔山北部，发现了厚度约70米的条带状富磁铁矿岩层，称为条带状磁铁矿层或碧玉岩。矿石平均含铁品位为34.1%，最富可达58%。整个岩系厚度达400米。他们在1971—1974年调查，确定了该地区磁铁矿和硅酸盐中铁的品位可以与澳大利亚西部的哈默斯利盆地、北美洲的苏必利尔湖区、加拿大的谢弗维尔地区和苏联的克里沃·罗格地区的铁构造相比。

航空磁场调查资料表明，铁矿集中区在冰体下长120～180千米，宽5～10千米。1977年，美国的霍夫曼和里瓦齐等人，根据航磁异常报道了在鲁克尔山西部的冰盖下的两个磁异常带，其宽度为5～10千米，延伸达120～180千米，他们初步认为这是鲁克尔条带状含铁层的延续，如果这两个磁异常带确为铁矿所引起的推理得到进一步证实，那么，该地区的铁矿将是世界上最大的。这就是一些南极地质学家所声称的“南极铁山”，其铁矿蕴藏量，初步估算可供全世界开发利用200年。毫无疑义，南极洲鲁克尔山条带状含铁层的发现，已经在关心南极矿产资源的地质界引起了极大的兴趣。2

结构形态等轴晶系，a0=0.8396nm；Z=8。反尖晶石型结构。即1/2的Fe3 和全部的Fe2 占据八面体位置，另1/2的Fe3 占据四面体位置。晶格常数a0随Al3 、Cr3 、Mg2 替代量的增大而减小；随Ti4 、Mn2 的替代量增高而增大。

六八面体晶类，Oh-m3m(3L44L36L29PC)。晶体常呈八面体和菱形十二面体。在菱形十二面体的菱形晶面上常有平行于该面长对角线方向的条纹，为{111}和{110}的聚形纹(图4-4-3)。依{111}尖晶石律成双晶。集合体通常成致密粒状块体。

物理性质黑色。条痕黑色。半金属至金属光泽。不透明。无解理，有时可见裂开，往往为含钛磁铁矿中呈显微状的钛铁晶石、钛磁铁矿的包裹体在{111}方向定向排列所致。性脆。硬度5.5~6。相对密度4.9~5.2。具强磁性，居里点（Tc）578℃。居里点是磁性矿物的一种热磁效应，为磁性或反磁性物质加热转变为顺磁性物质的临界温度值。

产状组合产于相对较还原的环境。主要成因类型有：岩浆型;接触交代型;高温热液型;区域变质型。

鉴定特征八面体晶形，黑色，条痕黑色，无解理，强磁性。以此可与相似矿物铬铁矿、黑钨矿、黑锰矿等区别。3

藏品信息

图片描述：磁铁矿属于氧化物和氢氧化物类，块状；黑褐色；条痕黑色；不透明；半金属光泽；硬度5.5～6；比重4.8～5.3g/cm；无解理。此图为中国安徽省当涂的磁铁矿(Magnetite)的标本照片。

保存单位：中国地质博物馆4