Краткие черты геохимии и минералогии железа

Железо является одним из распространенных элементов земной коры. Его весовой кларк 5,1% (или 0,43% по объему). Повышенное содержание железа характерно для изверженных пород основного состава, где оно связано с пироксенами, оливином, амфиболом или биотитом. В промышленных концентрациях железо накапливается в течение почти всех эндогенных и экзогенных процессов, происходящих в земной коре. В морской воде железо содержится в очень малых количествах — 0,002—0,02 млн.^-1, т. е. меньше, чем Br, Rb, I, Р, As, не говоря уже о Na, Cl, Mg, К. В речной воде содержание железа несколько выше — 2 млн^-1.

Имея много общего в строении атома, в химических и геохимических свойствах, железо вместе с Ti, V, Mn, Cr, Ni и Co образует одно геохимическое семейство. В гипогенных условиях железо обычно ассоциирует с Ti и V в основных и с Cr, Ni и Co в ультраосновных изверженных породах. В зоне гипергенеза типична ассоциация железа с Al, Mn, реже с Cr, Ni, Co и V. Из четырех устойчивых изотопов ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁷Fe и ⁵⁸Fe наиболее распространен ⁵⁶Fe (91,68%) и менее всего ⁵⁸Fe (0,31%). Самородное железо в природе встречается редко, обычная форма двух- и трехвалентная. Валентность железа довольно легко меняется, что обусловливает различия в путях его миграции. Железо (как и Mn) является в основном литофильным и халькофильным элементом, но проявляет также сидерофильные тенденции. Трехвалентное железо устойчиво в растворе лишь при очень низком pH; при повышении pH резко возрастает гидролиз солей с образованием нерастворимого осадка Fe(OH)₃. При наличии в растворе электролитов (солей Ca, Mg, щелочных металлов) Fe³⁺ быстро осаждается. Коллоиды SiO₂ и гумусовых веществ предохраняют Fe³⁺ от коагуляции. Двухвалентное железо менее чувствительно к электролитам, но устойчиво также только в кислой или нейтральной среде. В присутствии свободного кислорода легко окисляется и выпадает в осадок. При низком кислородном потенциале Fe²⁺ мигрирует в растворе в виде бикарбоната. Растворимость Fe²⁺ в несколько раз превышает растворимость Fe³⁺.

Из многих десятков минералов железа промышленное значение имеют лишь немногие: магнетит Fe₃O₄ (72,4% Fe), гематит Fe₂O₃ (70% Fe), мартит Fe₂O₃ (70% Fe), бурый железняк Fe₂O₃ ∙ n H₂O (48—63% Fe), сидерит FeCO₃ (48,3% Fe), железистые хлориты (шамозит, тюрингит).