赤铁矿的主要成分

磁赤铁矿

1概述

磁赤铁矿【Maghemite】

近年来磁赤铁矿被人们所日益熟悉，现在它已经被发现是一种地表十分常见

的矿物,与磁铁矿常常相伴随。磁赤铁矿（γ-Fe

2

O

3

）是一种常见的亚铁磁性矿

物。是氧化透水通气环境的很好指示矿物。它也是制造音乐和录像磁带的重要磁

性材料,在工业有很广泛的用途。

2矿物组分化学组成

磁赤铁矿为γ-Fe

2

O

3

，在自然界呈亚稳状态。常含类质同像替代的Ti、Al、

Mn、Ca、Mg及少量的Ga、Co；常含金红石、钛铁矿的微包裹体。隐晶质致密块

体中常有机械混入物SiO

2

、Al

2

O

3

。纤维状或土状者含水，多呈粒状集合体，致

密块状，常具磁铁矿假象。

3矿物晶格

3.1晶格价键图

离子堆积图

3.2XRD图及分析

纯矿物分析

晶面参数晶面参数

hklI/I

0

d（Å）

hklI/I

0

d（Å）

11184.85264241.122

220302.967731121.093

3311002.532800161.049

22282.42466020.989

400202.09975160.969

422101.71466240.963

511301.61584040.938

440401.48493160.880

53121.41984480.856

62041.327102040.823

533101.28095160.811

62241.265102240.808

44421.21166420.895

ICSD数据库结果

3.3晶格参数等相应的描述

等轴晶系，属于高级晶族，对称特点有4个L3，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。在自然界

呈亚稳态，多呈粒状集合体，致密块状，常具磁铁矿假象。

五角三四面体晶类，对称型种类3L24L3,空间群(spacinggroup)Fd-3mZ(227)

a=b=c=8.4053Å，α=β=γ=90度。晶格常数a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。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。依{111}尖晶石律成双晶。

集合体通常成致密粒状块体。颜色及条痕均为褐色，硬度5，比重4.88，强

磁性。半金属至金属光泽，不透明，无解理，有时可见∥{111}的裂开性脆。硬

度5.5-6。相对密度4.9-5.2。

在自然界，磁赤铁矿和赤铁矿及磁铁矿可相互转化。当氧逸度增大时，磁

铁矿可氧化成赤铁矿；若仍保留有原磁铁矿的晶形，称之为假象赤铁矿。若磁铁

矿仅部分转变为赤铁矿，则称为假赤铁矿。而当氧逸度减小时，赤铁矿又可还原

成磁铁矿；若仍保留有赤铁矿的晶形，则称之为穆赤铁矿。

4矿物晶体化学

4.1晶格结点上粒子的化学性质

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。晶格节点上的粒子即为Fe3+和O

2-，二者均为离子。铁的原子序数为26，原

子量56，熔点1534℃，沸点2750℃。铁有多种同素异形体，如α铁、β铁、γ

铁、б铁等。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面。铁在干

燥空气中很难跟氧气反应，但在潮湿空气中很容易发生电化学腐蚀，若在酸性气

体或在盐水中或卤素蒸气氛围中腐蚀更快。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、

硫、氯等非金属单质起反应，在高温时，则剧烈反应。

Fe3+的最外层电子数为13，其离子半径和极化性能介于惰性气体型离子和铜

型离子之间。因为13即接近于8也接近于18，所以Fe3+既可以与硫结合形成硫

化物也可以与氧结合形成硫化物。

4.2粒子间作用力及价键分析

铁的电子构型为[Ar]3d64s2，铁是一变价元素，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、

+6，常见价态为+2和+3，其中+3价化合物较为稳定。O的原子序数为8，原子

量16。Fe金属原子半径为0.124nm,O原子半径为0.074nm。晶格节点上的Fe3+

电子构型为[Ar]3d

5

，离子半径为64pm，O2-电子构型为1s

22s22p6，离子半径为132pm。

氧的电负性仅次于氟为3.5，对电子的亲和力较大；铁的电负性1.83，很难接受

电子。两种元素靠近时电子偏向电负性较大的氧，使两者之间形成离子键。同时

由于Fe3+的极化力强、变形性大，使得阴阳离子的电子云会发生相应变行，导致

阴、阳离子外层轨道程度不同地发生重叠现象，阴、阳离子的核间距缩短，键的

极性减弱，从而使键型-离子键中含有共价成分。

4.3矿物破碎后表面价键情况及表面化学性质

经过破磨体系时，因为体系给矿物颗粒很大能量，颗粒表面因为晶格受到

破坏，而存在剩余的不饱和键能，因此具有一定的“表面能”。这种表面能对其

与水、矿浆或溶液中的离子、分子、浮选药剂及气体等的作用起决定性的影响。

破碎时，往往沿脆弱面（如裂缝、解离面、晶格间含杂质区等）断裂，或沿应力

集中部位断裂。磁赤铁矿因为无解理所以大多沿含杂质区裂开或沿应力集中部位

断裂，破裂后Fe3+由于缺电子容易与溶液中OH-结合形成Fe(OH)

3

,O2-则容易与溶

液中H+结合形成OH-

。因为形成的Fe(OH)

3

为难容亲水物质，会吸附于矿物表面

形成罩盖恶化后续分选过程。

4.4矿物可选性

目前磁赤铁矿的选别方法主要是磁选法、浮选法等。

磁赤铁矿因为具有强磁性所以可以用弱磁选的方法进行有效分选。

磁赤铁矿浮选过程中主要是通过反浮选选出石英等脉石矿物。反浮选捕收剂

的主要作用是使目的矿物颗粒表面疏水性增强，增大矿物在气泡上的附着力和缩

短附着时间，使其易于向气泡附着。

阳离子捕收剂主要有胺类和胺类衍生物以及铵盐类化合物，起捕收作用的疏

水性离子是阳离子（RNH

3

+）。RNH

3

+与石英主要是通过3种离子键合力而发生作

用：H（RNH

3

+）—O（SiO

2

），N（RNH

2

）—SiO

2

及N（RNH

2

）—H（Si—OH-），

这种键合力大约是水分子二聚物中氢键（H—O—H…O=）作用力的一半。由于

N—H…O的稳定性比N…H—O键稳定性差，胺类与石英的键合形式主要是

≡SiO—H…N+H

3

R。在某些情况下胺分子起捕收作用。

阴离子捕收剂多为弱有机酸（或其盐），如油酸、油酸钠以及从动植物和石

油加工副产品中提炼出来的含多种脂肪酸类产品，如塔尔油（皂）、动植物脂肪

酸（皂）、环烷酸（皂）、氧化石蜡（皂）及其精制产品。在矿浆中按其解离常数

大小及介质pH值不同，呈分子或离子状态。它们与矿物表面的作用，由范德华

氏力产生分子的物理吸附，或由于静电力产生双电层中的吸附，在矿物表面也可

发生化学吸附及表面化学反应，认为双电层吸附及化学吸附是其主要的作用机

理。常见阴离子基团主要有羧基（-COOH）、磺酸基（-SO

3

H）、膦酸基（-PO

3

H

2

等。在强碱性介质中采用钙离子可以活化硅质矿物和抑制铁矿物，使铁矿物与硅

质矿物的可浮性差别较大，提高了浮选选择性，因此可获得高质量铁精矿，并且

对入浮物料性质的变化具有良好的适应性。

现阶段我们应注重组合药剂的研究与应用。组合药剂能实现不同特性的矿物

及同一矿物不均匀表面发生相适应的作用，或者混合药剂彼此间相互作用，相互

强化，即药剂的协同效应。协同效应产生的机理，可归纳为共吸附机理、螯合机

理、电荷补偿机理、功能互补机理等。共吸附机理即矿物表面在成矿、加工过程

中形成的物理不均匀和化学不均匀是药剂产生共吸附的矿物学基础。螯合机理是

螯合剂能和金属离子选择性地生成稳定的螯合物。电荷补偿机理可用于解释阴离

子型和阳离型捕收剂之间的组合。两种具有不同功能基团的捕收剂组合时，可归

为功能互补机理。

组合药剂是浮选药剂发展的必然结果，也是进一步发展的重要方向之一，它

可以改善现有药剂的性能、提高生产指标、降低成本、解决生产中实际问题等。