γ-Fe₂O₃，其化学组成中常含有Mg、Ti和Mn等混入物。等轴晶系，五角三四面体晶类，多呈粒状集合体，致密块状，常具磁铁矿假象。颜色及条痕均为褐色，硬度5，比重4.88，强磁性。
    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。另外，磁赤铁矿可由纤铁矿失水而形成，亦有由铁的氧化物经有机作用而形成的。

 
    4.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Fe 62.9%。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Fe 62.9%。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4.01～4.1。

 
    5.钛铁矿

 
    FeTiO₃，Fe 36.8%，Ti 36.6%，O 31.6%。三方晶系。菱面体晶类。常呈不规则粒状、鳞片状或厚板状。在950℃以上钛铁矿与赤铁矿形成完全类质同象。当温度降低时，即发生熔离，故钛铁矿中常含有细小鳞片状赤铁矿包体。钛铁矿颜色为铁黑色或钢灰色。条痕为钢灰色或黑色。含赤铁矿包体时呈褐色或带褐的红色条痕。金属-半金属光泽。不透明，无解理。硬度5～6.5，比重4～5。弱磁性。钛铁矿主要出现在超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩及变质岩中。我国攀枝花钒钛磁铁矿床中，钛铁矿呈粒状或片状分布于钛磁铁矿等矿物颗粒之间，或沿钛磁铁矿裂开面成定向片晶。

 
    6.菱铁矿

 
    FeCO₃，FeO 62.01%，CO₂ 37.99%，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。

(二)铁的化学和物理性质

 
    铁元素(Ferrum)的原子序数为26，符号为Fe。在元素周期表上，铁是第四周期第八副族(ⅧB)的元素。它与钴和镍同属四周期ⅧB族。
    在自然界中，铁元素有4种稳定同位素，其同位素丰度(%)如下(Hertz，1960)：
    ⁵⁴Fe—5.81，⁵⁶Fe—91.64，⁵⁷Fe—2.21，⁵⁸Fe—0.34。
    铁的原子量平均为55.847(当¹²C=12.000时)。
    铁的原子半径，取12配位数时，为1.26×10^-10m。铁的原子体积为7.1cm^３/克原子，原子密度为7.86g/cm³。
    铁原子的电子结构是3d64s²。
    铁原子很容易失掉最外层的两个s电子而呈正二价离子(Fe²⁺)。如果再失掉次外层的1个d电子，则呈正三价离子(Fe³⁺)。铁元素的这种变价特征，导致铁在不同氧化还原反应中显示出不同的地球化学性质。
    铁原子失去第一个电子的电离势(I₁)为7.90eV，失去第二个电子的电离势(I₂)为16.18eV，失去第三个电子的电离势(I₃)为30.64eV。
    铁的离子半径随配位数和离子电荷而变化。据Ahrens(1952)资料，取6配位数时，Fe²⁺的离子半径为0.074nm，Fe³⁺的离子半径为0.064nm。铁离子在含氧盐和卤化物等中构成离子化合物。
    铁常与硫和砷等构成共价化合物。铁的共价半径为1.17×10^－１０m。其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。铁的电负性，Fe²⁺为1.8，Fe³⁺为1.9(波林，1964)。
    凡是原子半径与铁相近的元素，当晶体结构相同时，易与铁形成金属互化物，如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿(Pt，Fe)。凡是离子半径与铁相近的元素，当化学结构式相同时，易与铁发生类质同象替换，如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列；碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列；以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列，等等。
    离子电位(Φ)是一个重要的地球化学指标。Fe²⁺的离子电位为2.70，可在水溶液中呈自由离子(Fe²⁺)迁移。Fe³⁺的离子电位较高，为4.69，它易呈水解产物沉淀。因此，在还原条件下，有利于Fe²⁺呈自由离子迁移；在氧化条件下，则Fe²⁺易氧化为Fe³⁺而呈水解产物沉淀。与铁共沉淀的元素(同价的或异价的)共生组合，可用离子电位图来预测。
    铁及其化合物的密度、熔点和沸点，以及它们在水中的溶解度或溶度积，是决定铁进行地球化学迁移的重要物理常数(表3.2.1)。
    铁化合物的溶度积(18℃时)，Fe(OH)₃为1.1×10^-36，Fe(OH)₂为1.04×10^-14，FeS为3.7×10^-19，等等。
    铁的熔化潜热为269.55J/g，蒸发潜热为6343J/g。

表3.2.1铁及其化合物的物理常数

 t3-2-1.jpg