氧化物-矿物学基础和分选概论

矿物岩石学适用专业：矿物加工工程授课教师：岳增川辽宁工程技术大学（朝阳联办）2第三章氧化物和氢氧化物大类需要掌握的矿物刚玉,赤铁矿,金红石,锡石,软锰矿，铀矿，石英，蛋白石，硅藻土钛铁矿,铬铁矿,磁铁矿,黑钨矿铝土矿，褐铁矿，硬锰矿简单氧化物矿物：一种阳离子复杂氧化物矿物：阳离子2种或2种以上氢氧化物矿物：氢氧根离子3概述氧化物和氢氧化物矿物是一系列金属阳离子与O2-与OH-相化合的化合物。这类矿物的种数约在200种左右。它们占地壳总重量的17%左右，其中石英族矿物就占了12.6%，而铁的氧化物和氢氧化物占了3.9%。化学成分阳离子主要是惰性气体型离子(如Si、Al等)和过渡型离子(如Fe、Mn、Ti、Cr等),及少量铜型离子(如Cu、Sb、Bi等)。此外，在少数氧化物中还含有水分子。晶体化学特征氧化物中以离子键为主，随着离子电价的增加，共价键的成分趋向增多。另一方面,随着从惰性气体型、过渡型离子向铜型离子改变时，共价键性则趋向增强。氢氧化物的晶体结构中，由(OH)-或(OH)-和O2-共同形成紧密堆积，晶体结构主要是层状或链状，除离子键外，还往往存在氢键。由于氢键的存在，以及(OH)-的电价较O2-为低而导致阳离子与阴离子间键力的减弱，因此与相应的氧化物比较，其比重和硬度都趋向减小。5物理性质氧化物的物理性质以硬度最为突出，一般均在5.5以上，氢氧化物的硬度与其相应的氧化物相比，硬度显著降低。比重上，彼此相差很大。光学性质方面，Mg、Al、Si等惰性气体型离子组成的氧化物和氢氧化物，通常浅色或无色，半透明至透明，以玻璃光泽为主。而Fe、Mn、Cr等过渡型离子则呈深色或暗色，不透明至微透明，半金属光泽。成因氧化物可形成于内生、外生和变质等作用下，绝大多数是多成因的。氢氧化物多是外生成因的，在区域变质作用过程中，氢氧化物和含水的氧化物往往转变为无水的氧化物。某些变价元素，如Fe，在不同的氧化－还原条件下，易于相互转变为不同价态的氧化物，可作为判断氧化－还原条件的依据。6CupriteLocation:Arizona,USA赤铜矿Cu2O(Cuprite)化学组成:含Cu88.82%，常含自然Cu机械混入物。结构特点:等轴晶系。O离子位于单位晶胞的角顶和中心，Cu离子配置于相互错开的1/8晶胞小立方体的四个中心，Cu和O的配位数分别是2和4。晶体形态:单晶体呈八面体形，有时呈针状或发状，集合体呈致密粒状或土状。物理性质:暗红色，条痕褐红；金刚光泽或半金属光泽，薄片微透明。硬度3.5~4；性脆；不完全解理。比重6.14。鉴定特征:金刚光泽，褐红条痕。分选：可硫化后当做硫化矿进行浮选7CupriteLocation:Namibia8刚玉Al2O3(Corundum)化学组成:Al2O3。有时含微量Fe、Ti或Cr等。结构特点:三方晶系。O2-成立方最紧密堆积；而Al3+则在两氧离子层之间，充填三分之二的八面体空隙，组成共面的Al-O6。晶体形态:一般呈近似腰鼓状晶形，常依菱面体(1011)，较少依（0001）成聚片双晶。物理性质:蓝灰、黄灰色，含铁者呈黑色；含铬而呈红色者，称红宝石(ruby)；含钛而呈蓝色者称蓝宝石(sapphire)；玻璃光泽。硬度9；无解理；常因聚片双晶或细微包体产生(0001)或(1011)裂理。比重3.95~4.10。鉴定特征:以其晶形，双晶条纹和高硬度作为鉴定特征。9刚玉铁矿中国铁矿分布图中国铁矿主要分布在辽宁、内蒙古、甘肃、陕西、河北、河南、山西、安徽、武汉、四川、山东、湖南、新疆等地。攀枝花铁矿：攀枝花铁矿位于四川省西南边陲，探明储量的钒钛磁铁矿达近百亿吨，其中钒、钛储量分别占全国已探明储量的87%和94.3%，分别居世界第三位和第一位，有“世界钒钛之都”之称。矿石中还伴生有铬、钪、钴、镍、镓等多种有用矿物。现攀枝花已成为我国西南地区最大的铁矿石原料基地和全国最大的钛原料基地，是全国四大铁矿区之一。属于内生矿床中基性、超基性岩浆矿床类型。镜铁山铁矿位于甘肃省嘉峪关市西南部祁连山、肃南裕固族自治县境内。北距嘉峪关市区78km的铁路干线，途经玉门东138km的公路干线，交通尚为便利。矿区内有7个矿体，最长的可达2000余m。重晶石与铁矿共生，矿石由菱铁矿、镜铁矿、碧玉、重晶石和铁白云石组成。大冶式铁矿床：铁矿床类型之一。位于湖北省大冶市西北单个矿体，长几百米至千米，厚30～120米。矿石为致密块状，以磁铁矿为主。浅部氧化带或局部地段发育赤铁矿。伴生有工业价值的黄铜矿和黄铁矿。非金属矿物，除矽卡岩矿物外，还有方解石、石英等。矿石含铁品位中—高，含硫高，含磷低。山西式铁矿矿床工业类型的一种。晋城市黑色金属矿藏的主要类型。赋存于石炭系底部，包括本溪组及太原组铁矿。矿石类型以赤褐铁矿为主。矿体主要呈透镜状、囊状、巢状。已探明全市储量为6245.78万吨，矿产地43处，除城区外均有分布，郊区与陵川县分布较多。埋藏浅，露头好，大多数矿区可露采。鞍山式铁矿床：大型铁矿床类型之一。海相火山一沉积变质型铁矿床。产于辽宁省鞍山市、本溪市一带。此类铁矿虽较贫，但含硫、磷低，易采、选，为主要开采对象。矿体呈层状、似层状，主要为含铁石英岩，个别地段也有含铁角闪岩。矿石致密块状和条带状，一般条带宽1～10毫米，由磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿、石英、角闪石及少量菱铁矿、白云母等组成。矿石可分为角闪石—磁铁矿—石英、磁铁—石英、赤铁—石英等组合。富铁矿石以致密块状赤铁矿、磁铁矿为主,还有疏松状磁铁矿。鞍山式铁矿，在中国绝大部分是贫矿。探明储量占全国总储量第一位。矿石大多易选。矿石开采量占全国铁产量的52%。单质铁的制备一般采用冶炼法。以赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（Fe3O4）为原料，与焦炭和助溶剂在熔矿炉内反应，焦炭燃烧产生二氧化碳（CO2），二氧化碳与过量的焦炭接触就生成一氧化碳（CO），一氧化碳和矿石内的氧化铁作用就生成金属铁。加入CaCo3在高温下生成CaO除去铁矿石中的SiO2，生成CaSiO3（炉渣）。C+O₂=点燃=CO₂（提供热量和CO₂)CO₂+C=高温=2COFe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂Fe₃O₄+4CO=高温=3Fe+4CO₂CaCO3=高温+=CaO+CO2Sio2+Cao=CaSiO3工业制取磁铁矿是人类最早利用的矿石之一，而且磁铁矿选矿是铁矿石选矿工作的主体。而同时，2000年以后，随着钢铁工业的发展，对原料的要求越来越高，许多单位和矿山围绕“提铁降硅”做了大量的研究开发工作，并采用各种不同的技术方案对选矿厂进行了卓有成效的改造，取得了显著效果，使我国磁铁矿品位提高到了68.85%，SiO2由8%~9%降至4%。磁铁矿FeFe2O4（magnetite）目前每年我国铁精矿产量中磁选铁精矿产量占3/4，所以处理好贫磁铁矿石的选矿技术及工艺十分重要。我国铁矿资源比较丰富，就储量而言仅次于俄罗斯、加拿大、澳大利亚和巴西等国家。在铁矿资源中，鞍山式铁矿分布最广，是我国最重要的铁矿床，其储量约占全国铁矿石总储量的一半以上，而且规模一般比较大，其矿石类型以磁铁矿为主，是当前国内铁矿选矿厂最主要的入选矿石类型。19化学组成:FeFe2O4,常含Mg、Mn、Ti、V、Cr等元素。结构特点:等轴晶系。晶体结构属倒置尖晶石型。即在它的结构中半数的三价阳离子充填1/8的四面体空隙，另外半数的三价阳离子和二价阳离子一起充填1/2的八面体空隙。晶体形态:单晶体常呈八面体，较少呈变形十二面体。物理性质:铁黑色；条痕黑色；半金属光泽；不透明。硬度6；无解理；有时具(111)裂理；性脆。比重5.20。具强磁性。鉴定特征:以其晶形，黑色条痕和可磁性可与其相似的矿物如赤铁矿、铬铁矿等相区别。磁铁矿FeFe2O4（magnetite）磁铁矿分布广，有多种成因。生于变质矿床和内生矿床中，岩浆成因矿床以瑞典基鲁纳为典型；火山作用有关的矿浆直接形成的以智利拉克铁矿为典型；接触变质形成的铁矿以中国大冶铁矿为典型；含铁沉积岩层经区域变质作用形成的铁矿，品位低规模大，俄罗斯、北美、巴西、澳大利亚和中国辽宁鞍山等地都有大量产出。磁铁矿是炼铁的主要矿物原料，也是传统的中药材。23HematiteLocation:Brazil赤铁矿Fe2O3(Hematite)化学组成:Fe2O3。有时含TiO2、SiO2、Al2O3等混入物。结构特点:三方晶系。晶体结构属刚玉型。晶体形态:单晶体常呈板状，主要由板面与菱面体等所形成之聚形。集合体多样，显晶质有片状、鳞片状或块状，隐晶质有鲕状、肾状、粉末状和土状。具金属光泽的片状集合体称镜铁矿；具金属光泽的细鳞片状集合体称云母赤铁矿；鲕状或肾状的称鲕状或肾状赤铁矿；粉末状的称铁赭石。物理性质:显晶质的赤铁矿呈铁黑至钢灰色。硬度5.5~6，土状者显著降低；性脆；无解理。比重5.0~5.3。鉴定特征:樱红色条痕。在赤铁矿的分选工艺方面，主要体现在赤铁矿的强磁选—阴离子反浮选技术的应用。我国红矿资源储量大，可选性差，主要分布在辽宁、河北、甘肃、安徽、内蒙、河南、湖北、山西、贵州等地。红矿选矿一直是我国选矿界的一大难题。20世纪50年代至70年代，主流技术是焙烧—磁选和单一浮选。精矿品位59%，回收率仅46%左右。2001年来，鞍钢调军台选矿厂、齐大山选矿厂、东鞍山选矿厂和舞阳矿业公司成功地研究出连续磨矿—弱磁—强磁—阴离子反浮选、阶段磨矿—粗细分选—重-磁-阴离子反浮选和阶段磨矿—粗细分选—磁-重-阴离子反浮选全套工艺流程，并配套开发了新型高效阴离子捕收剂（RA系列和MZ系列）和相应的药剂制度，在国内外首次成功地将阴离子反浮选技术工业应用于赤铁矿选矿。鞍钢调军台选矿厂流程图(原品29.5%,精品67.61%,收率79.65%)强齐大山选矿厂改造流程(原品29.64%,精品67.56%,收率76.01%)32化学组成:主要为针铁矿即a-FeO(OH)。混入物组份与针铁矿成因有关。结构特点:正交晶系。晶体形态:单晶体少见，呈针状或鳞片状。常成肾状、钟乳状、结核状或土状集合体。物理性质:褐黄至褐红色；条痕褐黄色；半金属光泽；硬度5~5.5；解理平行{010}完全；参差状断口；性脆。比重4.28。鉴定特征:以其胶体形态和褐黄色条痕为特征。通常所谓的褐铁矿(Limonite)，实际上并不是一个矿物种，而是以针铁矿或水针铁矿为主要组份，并包含数量不等的纤铁矿、含水氧化硅、粘土等的混合物。b褐铁矿（主要为针铁矿a-FeO(OH)）（Goethite）褐铁矿是主要的铁矿物之一，它是以含水氧化铁为主要成分的、褐色的天然多矿物混合物。但它的含铁量并不高，是次要的铁矿石。褐铁矿呈多种色调的褐色，一般为钟乳状、葡萄状、致密的或疏松的块状甚至土状，也有像黄铁矿那样的晶体形状（称为假象）。褐铁矿除了能提炼铁外，还可用作颜料。黄土的颜色主要也是由于含有它们而形的。早先认为褐铁矿是成分为2Fe2O3·3H2O的一种独立矿物，但X射线衍射分析表明，它们大部分是隐晶质的针铁矿，可混有纤铁矿、赤铁矿、石英、粘土等，含吸附水及毛管水，成分可变，但基本上为FeO(OH)·nH2O。物理性质亦可变,但总是呈各种色调的褐色,条痕黄褐色。褐铁矿矿石含铁35%～40%，高者可达50%，有害杂质S、P通常较高.我国探明褐铁矿储量12.3亿t,占全国铁矿储量的2.3%.主要分布于云南、广东、广西、山东、贵州、江西、新疆和福建等省.由于褐铁矿中富含结晶水，因此采用物理选矿方法，铁矿精矿品位很难达到60%.但与菱铁矿相同，焙烧后因烧失较大而大幅度提高铁精矿品位.褐铁矿在磨矿过程中极易泥化，难以获得较高的金属回收率.锡矿锡与硫的化合物——硫化锡，它的颜色与金子相似，常用作金色颜料。二氧化锡是不溶于水的白色粉末，可用于制造搪瓷、白釉与乳白玻璃。1970年以来，人们把它用于防止空气污染——汽车废气中常含有有毒的一氧化碳气体，但在二氧化锡的催化下，在300℃时，可大部转化为二氧化碳