磁赤铁矿

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（-Fe2O3）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-Fe2O3，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SiO2、Al2O3。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3.2 XRD图及分析 纯矿物分析晶面参数晶面参数hklI/I0d（）hklI/I0d（）11184.85264241.122220302.967731121.0933311002.532800161.04922282.42466020.989400202.09975160.969422101.71466240.963511301.61584040.938440401.484 93160.88053121.41984480.85662041.327102040.823533101.28095160.81162241.265102240.80844421.21166420.895 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(spacing group)Fd-3mZ(227)a=b=c=8.4053，=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O2-，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，如铁、铁、铁、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Ar3d64s2，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Ar3d5，离子半径为64pm，O2-电子构型为1s22s22p6，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（RNH3+）。RNH3+与石英主要是通过3种离子键合力而发生作用：H（RNH3+）O（SiO2），N（RNH2）SiO2及N（RNH2）H（SiOH-），这种键合力大约是水分子二聚物中氢键（HOHO=）作用力的一半。由于NHO的稳定性比NHO键稳定性差，胺类与石英的键合形式主要是SiOHN+H3R。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（-SO3H）、膦酸基（-PO3H2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。