菱铁矿

菱铁矿（siderite^[2]）是一种呈灰白或黄白色的弱磁性碳酸盐矿物，^[3][10][11]主要成分为FeCO3。^[2]它在氧化水解的情况下可变成褐铁矿，形成铁帽。^[9][12]菱铁矿性脆，难溶于水，莫氏硬度3.5-4.5，相对密度3.7-4.0，具有玻璃光泽，透明至半透明。^[8][9][13]

菱铁矿为三方晶系，方解石型结构，集合体成粒状、结核状、钟乳状等。^[8][9]菱铁矿属低价铁的碳酸盐，因而形成于还原条件下。热液成因的菱铁矿，形成于温度不高的条件下；沉积成因的菱铁矿常产于粘土或页岩层和煤层内，并具结核状形态特征。^[8]

菱铁矿在全球分布较广，世界主要产地有英国、法国、德国等，以及中国西部地区。^[3][14]菱铁矿不含硫元素或磷元素，属于一种有价值的铁矿物。^[3]它不仅是提取铁、制造铁合金、生铁、熟铁、纯铁等的矿物原料，又可作为药材、磁性日用陶瓷、磁性肥料和颜料工业的原料。此外，高品质的单晶体菱铁矿也是一种稀有的宝石。^[4][5][6][7]

菱铁矿（FeCO3）^[2]是碳酸盐矿物，其理论组成成分为FeO和CO2，占比分别为62.01%和37.99%。^[9][11]实际矿物含有杂质，FeO含量为37.6%-61.08%，MnO含量为24.01%-1.12%，MgO含量为0.21%-0.13%，CaO含量为1.49%-0.1%。^[15]

菱铁矿极少以单独的菱铁矿脉存在，通常呈薄薄一层，与页岩、煤或黏土在一起。^[3][16]热液成因的菱铁矿常见于金属矿脉中，沉积成因的菱铁矿常见于页岩层、黏土层和煤层中。在氧化带易水解成褐铁矿，形成铁帽。菱铁矿大量聚集而且硫、磷等有害杂质的含量小于0.04%时，可作为铁矿石开采。^[12]菱铁矿中Fe元素经常被Mn、Mg代替形成完全类质同象的锰菱铁矿和镁菱铁矿，被Ca元素代替形成不完全类质同象钙菱铁矿，因此，菱铁矿中常见到锰菱铁矿、镁菱铁矿、钙菱铁矿、铁白云石等其中的一种或几种矿物。^[14]

菱铁矿呈灰白色或黄白色，风化后会变为褐色或褐黑色等，条痕为白色至灰白色。^[3]具有弱磁性，性脆，莫氏硬度为3.5-4.5。解理平行完全。^[8][10][17]相对密度为3.7-4.0，随Mn、Mg含量增高而降低。有的菱铁矿在阴极射线下呈橘红色。^[18]难溶于水，玻璃光泽，透明至半透明。^[13][18]熔度4.5，加热至300℃时分解，变黑获磁性。^[19]

菱铁矿为三方晶系的晶体结构，^[14]晶体多呈菱面体或复三方偏三角面体，也可呈平行双面与六方柱组成的短柱状聚形，晶面常弯曲。^[17][20]方解石型结构。^[9]在矿石中的集合体通常以粒状、致密块状产出，有时也呈钟乳状、葡萄状、结核状产出。以显晶质球粒状的菱铁矿称为球菱铁矿，以隐晶质凝胶状出现的为胶菱铁矿。^[14][17]

菱铁矿作为低价碳酸铁，只能在氧气不足的还原条件下形成。^[21]形成原因有两种，一种是沉积成因形成的菱铁矿，一般存在于煤层或页岩的夹层之中，形状多为片状、胶状及结核状等，并与鲕状赤铁矿、针铁矿、褐铁矿等多种含铁矿物等共生，比如位于东北辽河群地区的大栗子铁矿床。^[14]沉积成因的菱铁矿也常见于浅海边缘或泻湖相和陆相沉积层中，如威远式菱铁矿成透镜状产于香溪煤系之泥质页岩中；又如英国威尔斯即产在煤层中。^[21]另外一种是以热液成因形成的菱铁矿，常见与硫铁矿、方铅矿、黄铜矿等硫化矿伴生，少量的偶尔以单独菱铁矿脉存在，如湖北大冶铁矿和云南王家滩铁矿。^[14]在以热液形成的矿脉和交代矿床中（如德国之齐根和苏联的巴卡尔），系白云石化灰岩受水热作用形成，石英为其常见的伴生矿物。它亦次生于某些玄武岩的孔穴中。此外还出现于铝土矿内和作为砂岩的胶结物，在含盐岩系中呈分散粒状产出。^[21]

世界主要产地有英国、法国、德国、巴西、波兰、葡萄牙、秘鲁、玻利维亚，以及捷克波西米亚、澳大利亚新南威尔士州等。美国宾州、加州、密歇根州、犹他州；加拿大蒙特利尔、魁北克也有产出。^[3]

在中国菱铁矿分布广泛，已探明菱铁矿储量为18.34亿吨，占铁矿石探明储量的3.4%，储量居世界前列，主要集中分布于湖北、四川、云南、贵州、新疆、陕西、山西、广西、山东、吉林等省（自治区），特别是在贵州、陕西、山西、甘肃和青海等西部缺水地区，其矿石具有含矿品位高，易开采和储量大等特点，菱铁矿资源一般占全省铁矿资源总储量的一半以上，如陕西柞水县大西沟菱铁矿矿床储量超过3亿吨。^[14][16][22]

菱铁矿中铁元素含量48%，且不含硫元素或磷元素，属于一种有价值的铁矿物。^[3]菱铁矿经冶炼后，是提取铁、制造铁合金、生铁、熟铁、纯铁等的矿物原料。^[4]

菱铁矿在高温氧化分解过程中会发生分解，放出CO，同时产生Fe3O4、γ-FE2O3和αFe2O3。其中Fe3O4、γ-FE2O3具有良好的磁学性能，可用作磁粉原料，用作磁性日用陶瓷的主要原料，磁性肥料和颜料工业的原料。^[5]

菱铁矿经采挖、去除泥土及杂石后，可作为藏医习用药材，清热解毒，性味甘、苦、凉。^[6]

高品质的单晶体菱铁矿，因其美丽、透明无瑕，产出稀少，重2克拉以上的即视为珍稀宝石。^[7][23]

菱铁矿选矿方法有重选、强磁选、浮选、磁化焙烧等。^[24][25]

1、重选

重选是利用铁矿物和脉石矿物在比重上的差异，而把铁矿物与其他脉石矿物分开。它主要用于粗粒嵌布的弱磁性铁矿石。这种方法一般在水或其他比重大于水的介质（即重介质或重液）中进行。矿物的比重差别愈大愈好选，比重差别小，选别就比较困难。所用的设备有螺旋选矿机、摇床、重介质选矿机和溜槽等。^[26]

2、强磁选

菱铁矿具有弱磁性，比磁化率为平均达到116x10-9m3/kg，可用强磁场磁选机选别。磁选过程是在磁选机的磁场中，借助磁力与机械力对矿粒的作用而实现分选的。不同磁性的矿粒沿着不同的轨迹运动，从而分选为两种或几种单独的选矿产品。^[24][27]

3、浮选

浮选是矿粒受药剂的作用，粘附在气泡上而浮起，脉石则受抑制，不能附在泡沫上，因而使两者分开。附在气泡上的矿粒，浮到矿浆表面上，由刮板刮出，而得精矿；未浮起的就是尾矿。但这种方法除需很多设备外，还要消耗大量的药剂。^[26]

4、磁化焙烧

磁化焙烧是物料或矿石加热到一定的温度后在相应的气氛中进行物理化学反应的过程。菱铁矿是铁的碳酸盐，经中性或弱还原气氛焙烧后，二氧化碳从矿石中分解出来，矿石品位得以提高，而且铁矿物的磁性显著增强，脉石矿物磁性则变化不大，从而可利用高效的弱磁选将物料分离。^[24]

一种为沉积成因形成的菱铁矿，多产于黏土或页岩层和煤层，常与赤铁矿、针铁矿、褐铁矿等多种含铁矿物共生；另一种是热液成因的菱铁矿，这种类型的菱铁矿常与硫化矿如方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿等共生，也有极少的菱铁矿以单独的菱铁矿脉存在。^[16]

由于Fe2+与Mg2+、Mn2+离子半径相近，容易相互置换形成类质同象。以FeCO3和MgCO3进行相互置换为例，根据二者相对含量的多少，也可以进行不同的矿物名称分类（Mn元素也有类似推倒），如下表所示：^[28]

鉴定特征：菱面体完全解理， 遇冷稀HCl缓慢起泡。与本亚族其他矿物的区别在于燃灼后的残渣具磁性。^[29]

鉴定方法如下：

1、掂量法：菱铁矿比重大，一般为3.7-4.0，石灰岩约2.6-2.8，因此用手掂量后，比较重的是菱铁矿。^[17][30]

2、焙烧法。菱铁矿在高温氧化分解过程中会分解出磁铁矿，其颜色变成紫褐色，结构变疏松，敲碎后用磁铁可吸起。^[5][30]

3、薄膜反应：菱面体完全解理， 遇冷稀HCl缓慢起泡。^[29][30]

菱铁矿的英文名称来自希腊文sideros，是“铁”的意思。^[31]

2022年7月14日，陕西大西沟矿业有限公司与陕煤技术研究院180万吨/年菱铁矿分质利用项目，在海拔1551米的大西沟绿色矿山小岭揽胜台顺利签约，标志着大西沟800万吨/年菱铁矿开发项目正式启动。陕煤技术研究院党委书记、董事长闵小建指出，菱铁矿悬浮磁化焙烧技术在大西沟落地实施，为中国大量复杂难选铁矿的科学利用提供良好技术示范，为中国钢铁企业提高资源自给率和竞争力提供有力支撑。^[32]

2013年，中国地质科学院地质研究所在对天津蓟jì县中、新元古代剖面进行野外考察时，在铁岭子村附近的下马岭组地层中发现大量原生菱铁矿。富含菱铁矿的层位出露于下马岭组下部，粉砂岩、页岩中夹有铁结核层，铁结核表面呈褐红色，扁平椭球状，致密块状构造，多数直径在1cm-15cm间，少数可达30cm左右，其最大扁平面平行于层面，围岩层理绕结核生长。结核新鲜断面呈灰色，具有碳酸盐岩特征，硬度小于小刀，比重明显大于泥岩、灰岩或白云岩。结合室内研究核定为菱铁矿结核。蓟县铁岭子村下马岭组剖面中菱铁矿的含量非常丰富，具有经济意义。^[33]