แร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กหลายชนิดสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลักตามองค์ประกอบของแร่ ได้แก่ แมกนีไทต์ เฮมาไทต์ และลิโมไนต์ องค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างผลึก และสภาพทางธรณีวิทยาแตกต่างกัน แร่เหล็กต่างๆ จึงมีรูปร่างภายนอกและคุณสมบัติทางกายภาพต่างกัน
(1) แมกนีไทต์
แร่ที่มีธาตุเหล็กหลักคือแมกนีไทต์ และสูตรทางเคมีของมันคือ Fe3O4 ซึ่ง FeO=31 เปอร์เซ็นต์ , Fe2O3=69 เปอร์เซ็นต์ และปริมาณเหล็กตามทฤษฎีคือ 72.4 เปอร์เซ็นต์ แร่นี้บางครั้งมีส่วนผสมของแร่ผสม TiO2 และ V2O5 เรียกว่า titanomagnetite หรือ vitriolite ตามลำดับ มักไม่ค่อยพบในแร่แมกนีไทต์บริสุทธิ์ตามธรรมชาติ และมักเกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่พื้นผิว ส่วนหนึ่งของแมกนีไทต์จะถูกออกซิไดซ์และเปลี่ยนเป็นเฮมาไทต์กึ่งผีและเฮมาไทต์เทียม ที่เรียกว่าเฮมาไทต์เท็จคือปฏิกิริยาออกซิเดชันของแมกนีไทต์ (Fe3O4) เป็นออกไซด์ (Fe2O3) แต่ยังคงรูปร่างเดิมของแมกนีไทต์ไว้ ดังนั้นจึงเรียกว่าเฮมาไทต์ปลอม
แมกนีไทต์มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กแรงสูง และคริสตัลมักเป็นรูปแปดด้าน และบางชิ้นเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน มวลรวมมักจะก่อตัวเป็นบล็อกหนาแน่น ริ้วสีเป็นสีดำเหมือนเหล็ก ความแวววาวกึ่งโลหะ ความหนาแน่นสัมพัทธ์คือ 49-5.2 ความแข็งคือ 55-6 และไม่มีรอยแยก gangue ส่วนใหญ่เป็นควอตซ์และซิลิเกต มีความสามารถในการลดลงต่ำและโดยทั่วไปมีสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายสูง เช่น ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัส
(2) เฮมาไทต์
เฮมาไทต์เป็นแร่เหล็กออกไซด์ที่ปราศจากน้ำ สูตรทางเคมีคือ Fe2O3 และปริมาณธาตุเหล็กตามทฤษฎีคือ 70 เปอร์เซ็นต์ แร่นี้มักจะก่อตัวเป็นก้อนใหญ่ในธรรมชาติ และเป็นแร่หลักสำหรับการผลิตทางอุตสาหกรรมในแง่ของปริมาณการฝังศพและการขุด
ปริมาณธาตุเหล็กของแร่เหล็กออกไซด์โดยทั่วไปอยู่ที่ 50 เปอร์เซ็นต์ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ ประกอบด้วยสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายน้อยกว่า เช่น ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัส และการลดลงนั้นดีกว่าแมกนีไทต์ ดังนั้นเฮมาไทต์จึงเป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กที่ค่อนข้างดี
แร่เฮมาไทต์มีองค์ประกอบหลักและเป็นธรรมชาติ และแร่แมกนีไทต์ที่สร้างใหม่จะสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กหลังจากออกซิเดชั่น แต่ยังคงรักษารูปร่างผลึกของแมกนีไทต์ไว้ เทียม-เฮมาไทต์มักมีแมกนีไทต์ตกค้างอยู่บ้าง บางครั้งเฮมาไทต์ยังมีผลิตภัณฑ์ที่ผุกร่อนจากเฮมาไทต์ เช่น ลิโมไนต์ (2Fe2O3·3H2O)
เฮมาไทต์มีความแวววาวกึ่งโลหะ ความแข็งของสารตกผลึกคือ 55-6 ความแข็งของแร่เฮมาไทต์ที่เป็นดินต่ำมาก ไม่มีรอยแยก ความหนาแน่นสัมพัทธ์คือ 49-5.3 อ่อนเท่านั้น แม่เหล็กและ gangue คือซิลิเกต
(3) ลิโมไนต์
ลิโมไนต์เป็นแร่ไฮดรัสไอรอนออกไซด์ ซึ่งเกิดจากการผุกร่อนของแร่อื่นๆ มีการแพร่กระจายอย่างกว้างขวางที่สุดในธรรมชาติ แต่หายากที่จะพบแหล่งฝังศพขนาดใหญ่ สูตรทางเคมีของมันคือ nFe2O3·mH2O (n=1-3, m=1-4) ลิโมไนต์เป็นส่วนผสมของเกอไทต์ (Fe2O3·H2O) ไฮโดรโกเอไทต์ (2Fe2O3·H2O) และออกไซด์ของเหล็กที่มีน้ำใสและสารจำพวกแร่ต่าง ๆ แร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กส่วนใหญ่ในลิโมไนต์จะอยู่ในรูปของ 2Fe2O3·H2O
โดยทั่วไป ปริมาณเหล็กของแร่ลิโมไนต์อยู่ที่ร้อยละ 37 ถึงร้อยละ 55 และบางครั้งปริมาณฟอสฟอรัสก็สูงกว่านี้ ลิโมไนต์มีการดูดซึมน้ำที่แข็งแกร่ง และโดยทั่วไปจะดูดซับน้ำในปริมาณมาก หลังจากการย่างหรือให้ความร้อนในเตาหลอมเหล็ก น้ำอิสระและน้ำคริสตัลจะถูกกำจัดออก และความพรุนของแร่จะเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการลดลงของแร่ได้อย่างมาก ดังนั้นการลดลงของลิโมไนต์จึงดีกว่าเฮมาไทต์และแมกนีไทต์ ในขณะเดียวกัน ปริมาณเหล็กในแร่ก็เพิ่มขึ้นตามลําดับเนื่องจากการขจัดความชื้น